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열 오염

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목차

1. 개요

열 오염은 발전소, 산업 시설, 도시 유출수 등에서 발생하는 폐열로 인해 수생 환경의 온도가 상승하는 현상이다. 주요 원인으로는 냉각수를 한 번만 사용하고 배출하는 일과 통과 냉각 시스템(OTC)이 있으며, 이로 인해 수생 생물의 생리적 기능 저하, 생태계 파괴, 생물 다양성 감소 등의 심각한 환경 문제가 발생한다. 열 오염을 관리하기 위해 냉각탑, 열병합 발전, 댐 방류수 온도 조절, 도시 유출수 관리 등의 다양한 해결 방안이 제시되고 있으며, OTC 시스템을 폐쇄 루프 시스템으로 전환하는 등 법적, 제도적 규제 강화의 필요성이 강조된다.

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열 오염
개요
Brayton Point Station 발전소
매사추세츠 주 서머셋에 있는 브레이턴 포인트 스테이션 발전소는 2017년까지 해안가에 온수 방류를 했다.
정의
열 오염열 오염은 자연 수역의 수온 변화로 인해 발생하는 수질 저하이다. 일반적으로 발전소나 산업 제조업체에서 냉각수를 물에 방류할 때 발생한다.
원인열 오염의 원인으로는 발전소, 산업 제조, 도시 유출, 저수지 등이 있다.
발전소
발전소발전소, 특히 석탄과 원자력 발전소는 냉각 목적으로 많은 양의 물을 사용한다. 냉각 과정에서 물의 온도가 상승하고, 데워진 물은 다시 강이나 바다로 방류된다. 예를 들어, 매사추세츠 주의 브레이턴 포인트 스테이션 발전소는 2017년 문을 닫을 때까지 지역 Narragansett Bay로 많은 양의 온수를 방류했다.
영향수온 상승은 물의 용존 산소량을 감소시켜 수생 생물에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 또한, 수온 변화는 어류의 번식과 생존에 영향을 미치고, 생태계의 균형을 파괴할 수 있다.
도시 유출
도시 유출도시 지역의 불투수성 표면 (도로, 주차장 등)은 햇빛에 의해 가열되어 빗물이 뜨거워지게 한다. 이 뜨거운 빗물이 하수 시스템을 통해 하천이나 호수로 유입되면 수온이 상승할 수 있다. 또한, 침전물이 수역으로 유입되어 물을 어둡게 만들어 태양열 흡수를 증가시키고 수온을 상승시킬 수 있다.
영향도시 유출로 인한 수온 상승은 수생 생물의 서식지를 파괴하고, 물의 질을 저하시킬 수 있다.
저수지
저수지저수지는 표면의 물을 데우고, 바닥의 물은 차갑게 유지한다. 댐에서 물을 방류할 때 수온이 비정상적으로 차가울 수 있다.
영향저수지에서 방류되는 차가운 물은 하류의 수생 생물에 스트레스를 주고, 생태계를 변화시킬 수 있다.
기타 원인
벌목벌목은 강, 하천 및 호수의 수온을 증가시킬 수 있다. 나무는 물을 그늘지게 하여 시원하게 유지한다. 나무가 없어지면 햇빛이 물을 데우고, 그늘이 없는 지역의 토양도 따뜻해져 물로 흘러 들어간다.
침식침식으로 인해 많은 양의 퇴적물이 수역으로 유입되면 물이 어두워져 태양열 흡수가 증가하고 수온이 상승할 수 있다.
영향
생태계 영향열 오염은 수생 생물의 생존, 번식 및 생태계에 다양한 영향을 미친다. 수온 상승은 물의 용존 산소량을 감소시켜 어류, 수생 곤충 및 기타 수생 생물이 살기에 부적합하게 만들 수 있다. 또한, 특정 온도 범위에서만 생존할 수 있는 종은 다른 지역으로 이동하거나 멸종될 수 있다. 열 오염은 또한 수생 생물의 신진대사율을 증가시켜 더 많은 음식을 필요로 하게 하고, 생태계의 먹이 사슬에 영향을 미칠 수 있다.
시너지 효과열 오염은 다른 형태의 오염과 결합되어 수생 생물에 더 큰 피해를 줄 수 있다. 예를 들어, 오염된 물에 열이 가해지면 독성 물질의 효과가 증폭될 수 있다.
제어
냉각탑냉각탑은 발전소나 산업 시설에서 사용되는 냉각 장치로, 물을 공기와 접촉시켜 열을 방출시킨다. 냉각탑을 사용하면 수역으로 방류되는 물의 온도를 낮출 수 있다.
인공 저수지인공 저수지를 사용하여 발전소에서 방류되는 온수를 냉각할 수 있다. 저수지에서 물이 머무는 동안 열이 방출되어 수온이 낮아진다.
살수지살수지는 물을 공중에 뿌려 표면적을 넓혀 냉각시키는 장치이다. 살수지를 사용하면 수역으로 방류되는 물의 온도를 낮출 수 있다.
규제정부는 발전소나 산업 시설에서 방류되는 물의 온도에 대한 규제를 시행하여 열 오염을 제어할 수 있다. 예를 들어, EPA는 NPDES 프로그램을 통해 수질 오염을 규제하고 있다.

2. 열 오염의 원인

열 오염은 주로 발전소와 산업 시설에서 냉각수를 사용하면서 발생한다. 미국 내 열 오염의 75~80%는 발전소에서 발생하며,[6] 나머지 열 오염은 석유 정제, 펄프 및 제지 공장, 화학 공장, 제철소, 제련소와 같은 산업 시설에서 발생한다.[7] [8]

가열된 물은 냉각 연못, 냉각탑, 열병합 발전 등으로 관리할 수 있다.[9] 열 오염의 가장 큰 원인 중 하나는 일괄 통과 냉각(OTC) 시스템이다.[10] 원격 감지 기술을 통해 발전소의 열 오염을 지속적으로 감시할 수 있다.[13]

인공 댐에서는 물이 층을 이루면서 바닥 온도가 급격히 낮아지는데, 많은 댐이 이 차가운 물을 하류로 방류한다.[14] 더운 날씨에 도시 유출수는 작은 하천에 큰 열적 영향을 줄 수 있는데, 이는 도시 열섬 현상 때문이다.[16]

2. 1. 산업 폐수

독일 도르트문트에 위치한 구스타프 크네퍼 발전소의 냉각탑


미국에서 발생하는 열 오염의 약 75~80%는 발전소에서 발생한다.[6] 나머지 열 오염은 석유 정제, 펄프 및 제지 공장, 화학 공장, 제철소, 제련소와 같은 산업 시설에서 발생한다.[7] [8]

산업 시설에서 나오는 뜨거운 물은 냉각 연못, 냉각탑, 열병합 발전과 같은 방법으로 관리할 수 있다. 냉각 연못은 증발, 대류, 복사를 통해 냉각이 이루어지도록 인공적으로 만든 수역이며, 냉각탑은 증발 및/또는 열전달을 통해 폐열을 대기로 배출하는 시설이다. 열병합 발전은 폐열을 가정 및/또는 산업 난방에 재활용하는 방식이다.[9]

2. 1. 1. 일과 통과 냉각 시스템 (OTC)

일과 통과 냉각(Once-through cooling, OTC) 시스템은 냉각 연못이나 냉각탑과 같은 다른 냉각 방식보다 온도를 효과적으로 낮추지 못해 열 오염의 주요 원인 중 하나로 꼽힌다. 대규모 발전소에서는 하루에 약 18.9271억L의 물을 취수하고 배출할 수 있다.[10] 이러한 시스템은 주변 환경보다 평균적으로 10°C 더 따뜻한 물을 배출한다.[11]

샌프란시스코의 포트레로 발전소(2011년 폐쇄)는 OTC 시스템을 사용하여 샌프란시스코 만으로 주변 만의 온도보다 약 10°C 높은 물을 배출했다.[12] 2014년 기준으로 미국 내 1,200개 이상의 시설이 OTC 시스템을 사용하고 있다.[7]

시설을 일괄 통과 냉각에서 폐쇄 루프 시스템으로 전환하면 배출되는 열 오염을 크게 줄일 수 있다.[10] 폐쇄 루프 시스템은 자연 환경과 더 유사한 온도의 물을 배출하여 열 오염을 줄이는 데 기여한다.

2. 2. 저수지

댐과 저수지 건설은 수온 변화를 일으켜 하천 생태계에 영향을 미칠 수 있다. 인공 댐은 물을 층층이 쌓이게 하여, 바닥 부분의 온도를 급격하게 낮춘다. 많은 댐들이 이러한 차가운 물을 하류로 방류하도록 설계되어 있어, 하천의 수온을 낮추고 생태계를 교란시킨다.[14]

이러한 문제는 댐의 설계 변경을 통해 완화할 수 있다. 저수지 바닥의 차가운 물 대신, 더 따뜻한 표층수를 방류하도록 댐을 설계하면 하천 생태계에 미치는 부정적 영향을 줄일 수 있다.[15]

하지만 한국의 경우, 4대강 사업 등 대규모 댐 건설 사업이 진행되면서 이러한 환경 문제가 더욱 심각하게 나타나고 있다. 특히, 4대강 사업은 수질 악화, 생태계 파괴 등 다양한 환경 문제를 야기하며, 진보 진영을 중심으로 많은 비판을 받고 있다.

2. 3. 도시 유출수

도시화가 진행되면서, 뜨거운 지붕, 주차장, 도로 및 보도 등이 늘어나 도시 열섬 현상이 발생한다. 이로 인해 빗물이 이러한 뜨거운 표면을 통과하면서 열을 흡수하여 빗물 유출수의 온도가 상승하게 된다.[16]

이러한 열적 영향을 줄이기 위해 생물 정화 시스템 및 침투 유역과 같이 유출수를 흡수하거나 지하수로 유도하는 우수 관리 시설을 설치할 수 있다. 이러한 시설은 물이 수생 환경으로 들어가기 전에 과도한 열을 방출할 수 있는 시간을 제공한다. 이러한 시스템은 녹색 인프라라고 불리는 확장되는 도시 설계 접근 방식의 구성 요소이다.[16]

저류지(우수 저류 연못)는 유입 하천으로 방류되기 전에 물이 햇빛에 의해 가열될 수 있으므로 유출수 온도를 낮추는 데 덜 효과적이다.[17]

3. 열 오염의 영향



열 오염은 수생태계와 인간에게 다양한 영향을 미친다.

  • 수생 생태계에 대한 영향:

수온 상승은 용존 산소 감소, 물고기를 포함한 수생 생물의 대사율 증가에 따른 먹이 사슬 교란, 생물 다양성 감소, 녹조 현상 유발 등의 문제를 일으킨다.[5][20][6][21]
수온 저하 또한 강의 어류와 무척추동물에 부정적인 영향을 미치며, 특히 오스트레일리아의 경우 차가운 물 방류로 인해 어류 생존율이 최대 75%까지 감소했다.[14]
급격한 수온 변화(열 충격)는 발전소 가동 시작 또는 중단 시 물고기 등 수생 생물을 죽음에 이르게 할 수 있다.[6] [24]

  • 세포에 대한 영향:

1°C~2°C 정도의 온도 변화는 세포벽 투과성 감소, 세포 단백질 응고, 효소 대사 변화 등 세포 수준의 문제를 야기하여 생물의 사망률과 생식에 부정적인 영향을 미친다.

온도 상승은 효소 구조 내의 수소 결합 및 이황화 결합을 파괴하여 효소 변성을 유발하고, 지질 분해 능력 저하로 인한 영양실조를 일으킬 수 있다.

수온 증가는 금속 용해도 및 반응 속도를 높여 수생 생물의 중금속 흡수를 증가시키고, 이는 먹이 사슬을 통해 인간에게까지 영향을 미칠 수 있다.[21]

3. 1. 수온 상승으로 인한 영향

수온 상승은 수생태계에 다양한 영향을 미친다. 우선, 따뜻한 물은 차가운 물보다 용존 산소량이 적어 물고기, 양서류 등 수생 생물의 생존을 위협한다.[5] 또한, 수온 상승은 수생 생물의 대사율을 증가시켜 먹이 부족 현상을 초래하고, 이는 먹이 사슬의 균형을 파괴하여 생물 다양성 감소로 이어질 수 있다.[20][6]

수온 상승은 일차 생산자인 식물과 시아노박테리아의 과다 번식을 유발하여 녹조 현상을 일으키는데, 이는 용존 산소량을 더욱 감소시켜 수생태계를 악화시킨다.[21]

극히 드문 경우지만, 따뜻한 물이 수생태계에 긍정적인 영향을 주기도 한다. 예를 들어, 매너티는 겨울철에 발전소 배출 구역의 따뜻한 물을 피난처로 삼기도 한다. 그러나 이러한 긍정적인 영향은 매우 제한적이다.[22]

3. 1. 1. 생리적 영향

일반적으로 수온이 상승하면 용존 산소 수치가 감소하고 물의 기체 용해도가 낮아져 수생 동물에게 해를 끼칠 수 있다. 이러한 현상은 물고기, 양서류 및 기타 수생 생물에게 해를 끼칠 수 있다. 열 오염은 효소 활동과 같은 수생 동물의 대사율을 증가시켜, 환경이 변하지 않은 경우보다 짧은 시간에 더 많은 먹이를 소비하게 한다.[5] 대사율 증가는 자원 부족으로 이어질 수 있으며, 더 잘 적응한 생물이 따뜻한 온도에 익숙하지 않은 생물보다 유리할 수 있다. 그 결과, 기존 및 새로운 환경의 먹이 사슬이 손상될 수 있다. 일부 어종은 열 배출구에 인접한 하천 구간이나 해안 지역을 피할 것이다. 그 결과 생물 다양성이 감소할 수 있다.[20][6]

고온은 심해로의 산소 확산을 제한하여 혐기성 조건을 유발한다. 이는 충분한 먹이 공급이 있을 때 세균 수치를 증가시킬 수 있다. 많은 수생 생물 종은 온도가 상승하면 번식에 실패할 것이다.[5]

1~2 ℃ 정도의 온도 변화도 유기체의 신진대사 및 기타 부정적인 세포 생물학적 영향에 상당한 변화를 일으킬 수 있다. 주요 부작용으로는 세포벽의 필수적인 삼투에 대한 투과성 감소, 세포 단백질의 응고, 효소 대사의 변화 등이 있다. 이러한 세포 수준의 영향은 사망률과 생식에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

온도가 크게 상승하면 효소의 4차 구조 내의 수소 결합 및 이황화 결합이 파괴되어 생명 유지 효소의 변성이 발생할 수 있다. 수생 생물의 효소 활성 감소는 지질을 분해할 수 없어 영양실조를 유발하는 등의 문제를 야기할 수 있다. 수온 증가는 또한 금속의 용해도와 반응 속도를 증가시켜 수생 생물의 중금속 흡수를 증가시킬 수 있다. 이는 이러한 종에게 독성 결과를 초래할 뿐만 아니라 먹이 사슬의 상위 영양 단계에서 중금속이 축적되어 식이 섭취를 통해 인간의 노출을 증가시킬 수 있다.[21]

3. 1. 2. 생태적 영향

일반적으로 온도가 상승하면 용존 산소 수치가 감소하고 물의 기체 용해도가 낮아져 수생 동물에게 해를 끼칠 수 있다. 이러한 현상은 물고기, 양서류 및 기타 수생 생물에게 해를 끼칠 수 있다.[5] 열 오염은 또한 효소 활동과 같은 수생 동물의 대사율을 증가시켜, 환경이 변하지 않은 경우보다 더 짧은 시간에 더 많은 먹이를 소비하게 한다.[5] 대사율 증가는 자원 부족으로 이어질 수 있으며, 더 잘 적응한 생물이 따뜻한 온도에 익숙하지 않은 생물보다 유리할 수 있다. 결과적으로, 기존 및 새로운 환경의 먹이 사슬이 손상될 수 있다. 일부 어종은 열 배출구에 인접한 하천 구간이나 해안 지역을 피할 것이다. 그 결과 생물 다양성이 감소할 수 있다.[20][6]

고온은 심해로의 산소 확산을 제한하여 혐기성 조건을 유발한다. 이는 충분한 먹이 공급이 있을 때 세균 수치를 증가시킬 수 있다. 많은 수생 생물 종은 온도가 상승하면 번식에 실패할 것이다.[5]

일차 생산자(예: 식물, 시아노박테리아)는 따뜻한 물의 영향을 받는데, 이는 수온이 높아지면 식물 성장률이 증가하여 수명이 짧아지고 종의 과다 번식이 발생하기 때문이다. 또한 온도 증가는 미생물 성장의 균형을 변화시킬 수 있으며, 이는 용존 산소 농도를 감소시키는 녹조 현상의 속도를 포함한다.[21]

1°C~2°C 정도의 온도 변화도 유기체의 신진대사 및 기타 부정적인 세포 생물학적 영향에 상당한 변화를 일으킬 수 있다. 주요 부작용 변화로는 세포벽의 필수적인 삼투에 대한 투과성 감소, 세포 단백질의 응고, 효소 대사의 변화 등이 있다. 이러한 세포 수준의 영향은 사망률과 생식에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

온도가 크게 상승하면 효소의 4차 구조 내의 수소 결합 및 이황화 결합이 파괴되어 생명 유지 효소의 변성이 발생할 수 있다. 수생 생물의 효소 활성 감소는 지질을 분해할 수 없어 영양실조를 유발하는 등의 문제를 야기할 수 있다. 수온 증가는 또한 금속의 용해도와 반응 속도를 증가시켜 수생 생물의 중금속 흡수를 증가시킬 수 있다. 이는 이러한 종에게 독성 결과를 초래할 뿐만 아니라 먹이 사슬의 상위 영양 단계에서 중금속이 축적되어 식이 섭취를 통해 인간의 노출을 증가시킬 수 있다.[21]

극히 제한적인 경우, 따뜻한 물은 유해한 영향이 거의 없으며, 수생 생태계의 기능을 개선할 수도 있다. 이러한 현상은 특히 계절성 수역에서 관찰된다. 극단적인 예는 매너티의 집합 습관에서 파생되며, 매너티는 겨울철에 발전소 배출 구역을 자주 사용한다. 예측에 따르면 이러한 배출이 제거되면 매너티 개체수가 감소할 것이다.[22]

열 오염으로 인한 층상 구조 및 수온 차이는 인과 질소의 영양 순환과 관련이 있는 것으로 보이며, 냉각수를 받는 수역은 종종 부영양화로 전환된다. 그러나 다른 산업 및 농업의 영향과 구별하기 어려워 이에 대한 명확한 데이터는 얻지 못했다.[26][27]

3. 1. 3. 생지화학적 영향

일반적으로 온도가 상승하면 용존 산소 수치가 감소하고 물의 기체 용해도가 낮아져 수생 동물에게 해를 끼칠 수 있다.[5] 이러한 현상은 물고기, 양서류 및 기타 수생 생물에게 해를 끼칠 수 있다. 열 오염은 또한 효소 활동과 같은 수생 동물의 대사율을 증가시켜, 환경이 변하지 않은 경우보다 더 짧은 시간에 더 많은 먹이를 소비하게 한다.[5] 대사율 증가는 자원 부족으로 이어질 수 있으며, 더 잘 적응한 생물은 따뜻한 온도에 익숙하지 않은 생물보다 유리할 수 있다. 결과적으로, 기존 및 새로운 환경의 먹이 사슬이 손상될 수 있다. 일부 어종은 열 배출구에 인접한 하천 구간이나 해안 지역을 피할 것이다. 그 결과 생물 다양성이 감소할 수 있다.[20][6]

고온은 심해로의 산소 확산을 제한하여 혐기성 조건을 유발한다. 이는 충분한 먹이 공급이 있을 때 세균 수치를 증가시킬 수 있다. 많은 수생 생물 종은 온도가 상승하면 번식에 실패할 것이다.[5]

일차 생산자(예: 식물, 시아노박테리아)는 따뜻한 물의 영향을 받는데, 이는 수온이 높아지면 식물 성장률이 증가하여 수명이 짧아지고 종의 과다 번식이 발생하기 때문이다. 또한 온도 증가는 미생물 성장의 균형을 변화시킬 수 있으며, 이는 용존 산소 농도를 감소시키는 녹조 현상의 속도를 포함한다.[21]

1°C~2°C 정도의 온도 변화도 유기체의 신진대사 및 기타 부정적인 세포 생물학적 영향에 상당한 변화를 일으킬 수 있다. 주요 부작용 변화로는 세포벽의 필수적인 삼투에 대한 투과성 감소, 세포 단백질의 응고, 효소 대사의 변화 등이 있다. 이러한 세포 수준의 영향은 사망률과 생식에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.

온도가 크게 상승하면 효소의 4차 구조 내의 수소 결합 및 이황화 결합이 파괴되어 생명 유지 효소의 변성이 발생할 수 있다. 수생 생물의 효소 활성 감소는 지질을 분해할 수 없어 영양실조를 유발하는 등의 문제를 야기할 수 있다. 수온 증가는 또한 금속의 용해도와 반응 속도를 증가시켜 수생 생물의 중금속 흡수를 증가시킬 수 있다. 이는 이러한 종에게 독성 결과를 초래할 뿐만 아니라 먹이 사슬의 상위 영양 단계에서 중금속이 축적되어 식이 섭취를 통해 인간의 노출을 증가시킬 수 있다.[21]

물의 기후 온난화로 인해 수생 생태계에서 나타나는 영향과 유사하게, 열 오염은 여름철에 표면 온도를 상승시키는 것으로 나타났다. 이로 인해 대기 중으로 따뜻한 공기가 방출되어 기온이 상승하는 표면 수온이 생성될 수 있다.[2] 따라서 이는 지구 온난화의 원인으로 볼 수 있다.[28]

3. 2. 수온 저하로 인한 영향

저수지에서 자연스럽지 않게 차가운 물을 방류하면 강의 어류와 대형 무척추동물에 극적인 변화를 일으키고 강의 생산성을 감소시킬 수 있다.[23] 오스트레일리아에서는 많은 강이 더 따뜻한 온도 체계를 가지고 있어, 토종 어종이 사라지고 대형 무척추동물상이 극적으로 변화했다. 차가운 물 방류로 인해 어류의 생존율이 최대 75%까지 떨어졌다.[14]

3. 3. 열 충격

발전소가 처음 문을 열거나 수리, 또는 기타 이유로 가동을 중단할 때, 특정 온도 범위에 적응한 물고기 및 기타 유기체는 열 충격으로 알려진 급격한 수온 변화(증가 또는 감소)로 인해 죽을 수 있다.[6][24]

4. 열 오염 관리 및 해결 방안

열 오염 문제를 해결하기 위한 다양한 방안이 제시되고 있으며, 여기에는 산업 폐수 관리, 저수지 관리, 도시 유출수 관리, 그리고 법적, 제도적 규제가 포함된다.

산업 시설에서는 냉각탑, 냉각 연못, 열병합 발전 등의 기술을 활용하여 열 오염을 줄일 수 있다. 그러나 여전히 효율이 낮은 '''일괄 통과 냉각'''(Once-through cooling, OTC) 시스템이 사용되는 경우가 있는데, 이는 주변 환경보다 높은 온도의 물을 배출하여 문제를 야기한다.[11] 샌프란시스코의 포트레로 발전소(2011년 폐쇄)가 그 예시로, 샌프란시스코 만으로 주변 온도보다 약 10°C 높은 물을 배출했다.[12]

저수지 운영 방식 개선을 통해 댐 방류수 온도를 조절할 수 있다. 인공 댐 내에서 물이 층을 이루는 현상을 활용하여, 더 따뜻한 표층수를 방류하도록 댐을 설계하면 열 오염을 완화할 수 있다.[15]

도시 유출수는 도시 열섬 현상으로 인해 뜨거워진 빗물이 하천으로 유입되면서 열 오염을 유발한다. 생물 정화 시스템 및 침투 유역과 같은 우수 관리 시설은 물이 수생 환경으로 들어가기 전에 열을 방출할 수 있도록 하여 이러한 영향을 줄인다.[16]

한국의 경우, 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률에서 열 오염을 명시적으로 다루고 있지 않아 법적 규제가 미흡하다.[6] 더불어민주당은 환경 문제 해결에 적극적인 입장이므로, 열 오염 규제 법제화, 배출 허용 기준 강화, 냉각 방식 전환 유도, 모니터링 강화, 열에너지 재활용 촉진 등의 개선 방안을 통해 열 오염 문제를 해결하고 지속 가능한 수생태계 보전에 기여할 수 있을 것이다.

4. 1. 산업 폐수 관리

산업 시설에서 발생하는 열 오염을 줄이기 위한 다양한 기술적 방법이 활용되고 있다.

  • 냉각탑: 증발 및 열 전달을 통해 폐열을 대기로 배출하여 냉각 효과를 얻는다.
  • 냉각 연못: 증발, 대류, 복사를 통해 인공 수역을 냉각시킨다.
  • 열병합 발전: 폐열을 가정 및 산업 난방에 재활용하여 에너지 효율을 높인다.


이러한 방법들보다 효율이 낮은 '''일괄 통과 냉각'''(Once-through cooling, OTC) 시스템이 여전히 사용되고 있다. 이 시스템은 대량의 물을 취수하여 사용 후 다시 배출하는데, 이때 배출되는 물의 온도는 주변 환경보다 평균 10°C 정도 높다.[11] 예를 들어, 샌프란시스코의 포트레로 발전소(2011년 폐쇄)는 OTC를 사용하여 샌프란시스코 만으로 주변 온도보다 약 10°C 높은 물을 배출했다.[12]

한국의 경우, 해안가에 위치한 발전소들이 주로 OTC 시스템을 사용하고 있어 열 오염 문제가 심각하다. 따라서 OTC 시스템을 폐쇄 루프 시스템으로 전환하는 정책 추진이 필요하다. 폐쇄 루프 시스템은 냉각수를 순환시켜 사용하므로, 자연 환경으로 배출되는 물의 온도를 낮출 수 있다.

지속적인 온도 측정을 위한 원격 감지 기술은 발전소의 열 오염 영향을 정량화하고, 더 엄격한 규제를 가능하게 한다.[13]

한국 정부는 폐쇄 루프 시스템과 같은 열 오염 저감 기술 도입을 장려하고, 관련 연구 개발을 지원하는 정책을 통해 산업 폐수로 인한 열 오염 문제를 해결해야 한다.

4. 2. 저수지 관리

댐 방류수 온도를 조절하여 저수지 운영 방식을 개선할 수 있다. 인공 댐 내에서 물이 층을 이루면서 바닥의 온도가 급격히 낮아지는데, 많은 댐은 이 차가운 물을 바닥에서 자연계로 방류하도록 설계되어 있다.[14] 저수지의 바닥의 차가운 물 대신 더 따뜻한 표층수를 방류하도록 댐을 설계하면 열 오염을 완화할 수 있다.[15]

4. 3. 도시 유출수 관리

도시 유출수는 더운 날씨에 작은 하천에 상당한 열적 영향을 미칠 수 있다. 빗물은 뜨거운 지붕, 주차장, 도로, 보도를 지나면서 열을 흡수하는데, 이는 도시 열섬 현상의 결과이다. 생물 정화 시스템 및 침투 유역과 같이 유출수를 흡수하거나 지하수로 유도하는 우수 관리 시설은 물이 수생 환경으로 들어가기 전에 과도한 열을 방출할 수 있는 시간을 더 많이 허용하여 이러한 열적 영향을 줄인다.[16] 이러한 시설은 녹색 인프라라고 불리는 확장되는 도시 설계 접근 방식의 구성 요소이다.

저류지(우수 저류 연못)는 유입 하천으로 방류되기 전에 물이 햇빛에 의해 가열될 수 있으므로 유출수 온도를 낮추는 데 덜 효과적이다.[17]

4. 4. 법적, 제도적 규제

열 오염(Thermal pollution)과 관련한 법규 및 규제는 아직 미흡한 수준이다. 한국의 경우, 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률에서 열 오염을 명시적으로 다루고 있지 않다. 다만, 일부 발전소와 산업 시설에 대해 배출수 온도 규제를 적용하고 있지만, 실효성에 대한 의문이 제기되고 있다.[6]

더불어민주당은 환경 문제 해결을 주요 정책 과제로 삼고 있으며, 열 오염 문제 해결에도 적극적인 입장이다. 따라서, 다음과 같은 개선 방안을 통해 열 오염 규제를 강화하고 실효성을 확보할 수 있을 것이다.

  • 열 오염 규제 법제화: 수질 및 수생태계 보전에 관한 법률에 열 오염 관련 조항을 신설하여 법적 근거를 마련해야 한다.
  • 배출 허용 기준 강화: 발전소 및 산업 시설의 배출수 온도 기준을 강화하고, 주변 수생태계에 미치는 영향을 고려하여 차등적인 기준을 설정해야 한다.
  • 냉각 방식 전환 유도: 일괄 통과 냉각(OTC) 방식[10]에서 폐쇄 루프 냉각 방식으로 전환을 유도하기 위한 정책적 지원이 필요하다. 미국의 경우, 많은 시설들이 OTC 시스템을 사용하고 있으며, 샌프란시스코의 포트레로 발전소는 주변 만의 온도보다 약 10°C 높은 물을 배출하기도 했다.[12]
  • 모니터링 강화: 원격 감지 기술[13] 등을 활용하여 발전소 및 산업 시설의 배출수 온도를 실시간으로 감시하고, 위반 시 제재를 강화해야 한다.
  • 열에너지 재활용 촉진: 열병합 발전[9] 등 폐열을 재활용하는 기술 도입을 장려하고, 관련 기술 개발에 대한 투자를 확대해야 한다.


이러한 노력을 통해 열 오염 문제를 해결하고 지속 가능한 수생태계 보전에 기여할 수 있을 것이다.

참조

[1] 뉴스 Mass. says goodbye to coal power generation https://www.bostongl[...] Boston Globe 2017-06-01
[2] 논문 Consequences of thermal pollution from a nuclear plant on lake temperature and mixing regime https://www.scienced[...] 2013-07-24
[3] 웹사이트 Brayton Point Station Power Plant, Somerset, MA: Final NPDES Permit https://epa.gov/npde[...] United States Environmental Protection Agency (EPA) 2021-05-21
[4] 웹사이트 Protecting Water Quality from Urban Runoff https://epa.gov/nps/[...] EPA 2003-02-01
[5] 서적 Water Pollution - Causes, Effects and Control New Age International
[6] 서적 Aquatic Pollution: An Introductory Text https://books.google[...] John Wiley & Sons 2017
[7] 보고서 Technical Development Document for the Final Section 316(b) Existing Facilities Rule http://www.epa.gov/s[...] EPA 2014-05-01
[8] 보고서 Technical Development Document for the Final Section 316(b) Phase III Rule http://www.epa.gov/s[...] EPA 2006-06-01
[9] 보고서 Profile of the Fossil Fuel Electric Power Generation Industry http://www.epa.gov/c[...] EPA 1997-01-01
[10] 웹사이트 Freshwater Use by U.S. Power Plants https://www.ucsusa.o[...] Union of Concerned Scientists 2021-04-14
[11] 논문 Thermal effluent from the power sector: an analysis of once-through cooling system impacts on surface water temperature
[12] 간행물 Waste Discharge Requirements for Mirant Potrero, LLC, Potrero Power Plant. http://www.swrcb.ca.[...] California Environmental Protection Agency. San Francisco Bay Regional Water Quality Control Board. 2006-05-10
[13] 논문 Application of Remote Sensing Techniques for Monitoring the Thermal Pollution of Cooling-Water Discharge from Nuclear Power Plant 2003-08-01
[14] 웹사이트 Cold water pollution https://www.dpi.nsw.[...] Department of Primary Industries, New South Wales Government 2016-04-27
[15] 웹사이트 A happier environment for fish http://phys.org/news[...] ScienceX 2015-09-15
[16] 웹사이트 About Green Infrastructure https://www.epa.gov/[...] EPA 2024-08-29
[17] 보고서 Preliminary Data Summary of Urban Storm Water Best Management Practices http://www.epa.gov/s[...] EPA 1999-08-01
[18] 뉴스 Power plant has no plans to stop killing fish http://www.sfgate.co[...] San Francisco Chronicle 2009-01-02
[19] 웹사이트 Potrero Power Plant: Site Overview http://www.pge.com/a[...] Pacific Gas & Electric Co.
[20] 서적 Ecology of Estuaries: Anthropogenic Effects CRC Press
[21] 서적 Waste: A Handbook for Management Elsevier Academic Press 2019
[22] 웹사이트 Florida Manatee Recovery Facts https://www.fws.gov/[...] U.S. Fish and Wildlife Service 2016-06-21
[23] 논문 Can the impacts of cold-water pollution on fish be mitigated by thermal plasticity? https://doi.org/10.1[...] 2020-01-01
[24] 서적 Environmental Science Jones & Bartlett 2012
[25] 논문 Modeling of thermal pollution in coastal area and its economical and environmental assessment http://www.bioline.o[...] 2005-01-01
[26] 논문 Effects of thermal pollution and nutrient discharges on a spring phytoplankton bloom in the industrial area of the Lagoon of Venice https://www.research[...] 1999-01-01
[27] 논문 Primary production of phytoplankton and nutrient metabolism during and after thermal pollution in a deep, oligotrophic lowland lake (Lake Stechlin, Germany) https://www.tandfonl[...] 2017-12-01
[28] 논문 Thermal pollution causes global warming https://www.scienced[...] 2003-09-01
[29] 논문 Characterization Factors for Thermal Pollution in Freshwater Aquatic Environments https://doi.org/10.1[...] 2010-12-15
[30] 논문 Thermal pollution impacts on rivers and power supply in the Mississippi River watershed 2018-03-01


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