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문제 정의
- 본 논문에서는 이상과 같은 한국의 소금산업의 수준을 높이고 세계적인 명품으로서의 브랜드화를 위하여 소금의 품질기준을 Table 7과 같이 새롭게 규정하여 보았다. 먼저 수분(함수율)에 관하여는 소금의 전체 무게에서 수분(H2O)이 차지하는 무게비율이 ‘zero'인 경우와 5%의 경우로 나누어 염화나트륨(NaCl)의 함량을 표기하는 2가지 방안을 제시하였다.
제안 방법
- 먼저 수분(함수율)에 관하여는 소금의 전체 무게에서 수분(H2O)이 차지하는 무게비율이 ‘zero'인 경우와 5%의 경우로 나누어 염화나트륨(NaCl)의 함량을 표기하는 2가지 방안을 제시하였다.
- 뻘과 산화철의 석출이 끝나면 모액량은 1/10로 농축되어 염도는 19.5%, 비중은 1.2176의 상태로 되는데, 실험에서는 비중계와 염도계를 병용하여 모액의 상태를 확인하였다. 이와 같이 하여 농축된 고염도 해수는 24시간 동안 침전시켜 발생한 뻘과 산화철을 제거한 후 건조판 1판당 5kg의 모액을 담아 저온진공건조장치에 투입하여 진공건조실험을 개시하였다.
- 이상과 같은 관점에서 해수의 종합자원화에서 가장 경제적 비중이 높은 소금을 중심으로 유해성분이 전혀 들어가 있지 않는 고품질의 소금을 생산할 수 있는 신공정, 첨단“15℃ 저온진공건조기술”[7]로 함수율 5% 이하로 완벽히 진공건조하는 방안, 제조한 소금의 성분분석결과를 바탕으로한 한국 식용소금의 새로운 품질기준, 대량 생산에 대비한 소금의 저온진공건조 열전달특성에 관한 실험결과 등을 기술하였다.
- 2176의 상태로 되는데, 실험에서는 비중계와 염도계를 병용하여 모액의 상태를 확인하였다. 이와 같이 하여 농축된 고염도 해수는 24시간 동안 침전시켜 발생한 뻘과 산화철을 제거한 후 건조판 1판당 5kg의 모액을 담아 저온진공건조장치에 투입하여 진공건조실험을 개시하였다. 꽃소금(Flower Salt)은 건조판의 상부에 얼음과 같이 석출되며, 결정소금(Crystal salt)은 건조판의 하부에 생성되는데 염도 기준으로 48.
- 이와 같이 하여 얻어진 젖은 결정소금만을 모아서 저온진공건조 열전달실험용 시료①과, 저온진공건조 후 분말화한 양파분말과 젖은 소금의 체적비를 1:1로 하여 혼합한 것을 시료②를 준비하여, 진공건조장치의 가열열원인 가열수의 온도 55℃와 75℃를 실험파라미터로 하여 저온진공건조 열전달실험을 수행하였다. Figure 2에 건조시간의 경과에 따른 No.
성능/효과
- (1) 해수 1,000톤에 포함된 자원중 가치가 큰 상위 8개 자원의 가치는 무려 6,400만원 이상으로 물의 가치비율은 1.38%, 소금은 79.50%, 리튬 등의 용존금속은 16,72%이므로, 해수의 종합자원화 과정에서 주 생산목표물은 당연히 가치비율이 가장 높은 소금이어야 하고, 나머지를 부산물로 채취할 수 있는 방향이 가장 바람직스럽다.
- (3) 우리나라는 세계 5대 갯벌을 보유하고 있어 연간 약 30만톤의 천일염이 생산되는데 간수 석출 소요시간 3년, 유해물질을 함유한 저질 첨일염 생산, 염전의 비위생적 상태, 인건비 상승 등의 문제점을 갖고 있어, 원해수 대비 체적이 1/10로 농축된 단계의 고농도 함수를 필터링한 후, 첨단 ‘15℃ 저온진공건조장치’에 의한 순차석출 건조의 신기술을 적용하면 그야말로 세계최고의 명품 소금을 생산할 수 있으며, 이렇게 하면 현재 연간 600억원의 생산금액은 1.2조원~14조원으로 그 경제적 가치가 급증한다.
- (4) 고품질 소금을 생산하기 위한 원료로서는 ①염도 3.5%의 일반 해수, ②천일염전에서 석고석출 완료단계까지 1/10으로 농축한 고염도 해수 이외에도 ③역삼투막식 담수화설비에서 용적비율 약 45%까지의 담수를 얻고 바다로 버리는 55%의 고염도 해수를 활용할 수 있다.
- (5) 부산광역시 기장군에 설치되는 10만톤/day급 담수화설비에서는 하루에 5.5만톤의 고염도 해수가 발생하는데 이를 전량 처리하면 하루에 고품질 소금 약 2,300톤/day은 물론 부산물로 천연미네랄 약 300톤/day, 용존광물 복합체 약 48톤/day 얻을 수 있다. 만약 2,300톤/day의 소금을 현재의 신안 천일염 가격인 2원/그램으로 판매 하면 약 46억원/day (1.
- (6) 2007년 5월 이태리 나폴리에서 개최된 제1회 국제소금 박람회에 선발된 World Best-10 소금의 성분분석결과와 본 저온진공건조 소금을 비교해보면 World Best-10 소금의 염화나트륨의 비율은 94.35%로 본 연구의 특급 소금의 기준치인 94.51%와 매우 일치함을 알 수 있었으며, 저온진공건조한 소금은 유해성분이 전혀 없어 World Best-10 소금보다도 품질이 훨씬 우수함을 확인하였다.
- (7) 젖은 결정소금, 젖은 결정소금과 양파분말의 체적비를 1:1로 하여 혼합한 것을 시료로 한 일련의 저온진공건조 실험결과, 가열수 온도변화에 따라서 순수 결정소금은약 8~9시간, 양파 첨가소금은 약 7~10시간이 소요되며, 가열수온도가 높을수록 건조소요시간이 짧아짐을 알았다. 진공건조중의 열프럭스에 관하여는 건조 초기 5시간 동안에는 (400~100)kcal/m2hr로 비교적 큰 값을 유지하나 6시간 이후에는 수십 kcal/m2hr로 급격히 저하하였다.
- Table 2와 3의 결과로부터 평균 염도 3.5%의 일반해수 1,000톤으로부터 고품질 소금을 생산하면 약 23.3톤의 소금이, 고염도 해수로부터 NaCl 전량을 채취하면 최대 약 26.3톤(11.3% 증가)의 소금 생산이 이론적으로 가능함을 알수 있었다. 소금은 품질에 따라서 가격 편차가 매우 크므로 고품질의 소금을 생산하는 것이 경제적 이득이 커지므로 Table 2에 제시한 구간에서 소금을 채취한 것이 고품질 소금생산을 위한 적절한 구간이며, 이 경우 수분(H2O)이 ‘zero'인 소금에서 NaCl이 차지하는 무게비율은 94.
- 3톤의 고품질 소금을 얻을 수 있다는 의미이다. 계속하여 저온진공농축을 진행하면 모액의 체적이 2.60~1.59%의 구간에서도 소금과 함께 황산칼슘, 염화나트륨, 황산마그네슘, 염화마그네슘, 브롬화나트륨, 염화칼륨이 석출되어 결과적으로 소금 생산량이 증가한다. Table 3에 모액의 체적이 10.
- 이 표에서 전체적으로는 함수율이 낮아 입안에서 소금 알갱이가 가루상태로 파열되기 쉬워 식감이 좋아야 되고, 뻘과 이물질이 없어 이상한 냄새가 없고, 깨끗하고 색상이 투명하여야 좋은 소금으로 평가됨을 알 수 있다. 그러나 함수율 7~12%는 이 후술하는 Table 11에서 보는 세계적 명품 소금에 비하여 여전히 높고, 소금의 전체 무게에 수분량을 포함시킴으로써 결과적으로 염화나트륨의 함량도 세계적 명품 소금에 비하여 현저히 낮게 표기되는 큰 문제점을 갖고 있음을 알 수 있다.
- ②의 방법은 뻘, 석고의 석출이 완료되어 1/10로 농축한 함수가 소금제조 원료가 되며, 미세 필터링하여 이물질을 완벽히 제거한 다음 저온진공건조장치에 투입하면 투입량의 약 1/3의 젖은 소금이 얻어지고, 이어서 미네랄, 용존금속 복합체(붕소, 우라늄, 리튬, 백금, 희귀금속 등) 순서로 젖은 상태의 석출물을 얻는다. 그러므로 본 연구결과를 전통적 천일염전에 접목하면 세계 최고품질의 천일염을 얻고, 부산물로 고순도 천연미네랄과 첨단산업에 필수적인 리튬 등의 무한 획득이 가능하여 소금산업이 전체적으로 크게 부활할 수 있다. ③의 방법은 역삼투막식 담수화설비로부터 배출되는 고염도 해수를 소금제조 원료로 활용하는 방법이다.
- 유해성분에 관하여는 World Best-10 소금에도 평균 2가지 종류의 유해성분이 함유 되어 있으나 그 비율은 한국과 일본의 품질기준에 비하여 현저히 낮은 극미량임을 알 수 있다. 그러므로 본 연구에서 개발한 저온진공건조기술에서는 해수의 염도증가에 따른 순차석출분리라는 물리적 현상에 근거하여 손쉽게 유해성분을 완벽하게 제거한 소금제조가 가능함을 확인하였다. 따라서 우리나라가 각종 식용소금에 대하여 세계에서 가장 높은 품질기준을 제시하고, 이를 실천할 수 있는 대량 생산기술을 확보하는 것은 국민건강증진과 소금산업의 수입대체와 수출 산업으로 육성 측면에서 매우 중요하다고 사료된다.
- Table 4를 상세히 살펴보면 수분과 염화나트륨(NaCl)은 무게비율이 정확히 정해져 있으나, 소금에 불가불 포함되는 석고와 간수성분에 대하여는 총 염소이온, 황산이온과 같이 이온농도로 표기되어 있어 석고성분과 간수성분의 성분조성비를 정확히 파악하기가 매우 애매모호하다는 것을 알 수 있다. 비소, 납, 카드늄 등의 유해금속에 관하여는 허용비율이 일본의 약 2배이고 중국보다도 비율이 높은 점, 깨끗해야 될 식용소금에 불용분과 사분의 혼입이 상당량 허용되는 점, 함수율이 15%로 너무 높아 식감이 나쁘고, 총무게에 수분이 포함되어 결과적으로 염화나트륨의 비율이 70%로 90% 이상인 국제표준에 비하여 수치적으로 턱없이 낮게 표기된 점 등이 결과적으로 한국 소금의 브랜드가치를 낮추고 나아가 한국산 소금에 대한 소비자들의 불신으로 이어진다고 사료된다. 일반 해수에서 소금을 생산할 경우 소금에 포함되는 물질들의 분자구성을 기반으로 각 물질의 원소별 무게비율을 구하여 Table 5에 나타내었다.
- 소금은 품질에 따라서 가격 편차가 매우 크므로 고품질의 소금을 생산하는 것이 경제적 이득이 커지므로 Table 2에 제시한 구간에서 소금을 채취한 것이 고품질 소금생산을 위한 적절한 구간이며, 이 경우 수분(H2O)이 ‘zero'인 소금에서 NaCl이 차지하는 무게비율은 94.51%가 됨을 확인하였다.
- 가열수온도가 55℃로 비교적 낮은 경우에는 순수한 결정 소금의 건조소요시간이 양파 첨가소금 보다 상당히 빠르며, 75℃로 비교적 높은 경우에는 결정소금과 양파 첨가소금의 건조소요시간 차이가 거의 없었다. 실험결과로부터 0.251m2의 건조판 1판에 젖은 소금 5kg을 얹어 최종함수율 4.2%까지 진공건조할 경우 가열수 온도에 따라서 순수 결정소금은 약 8~9시간, 양파 첨가소금은 약 7~10시간이 소요됨을 알았다. 참고로 일본에서 대기압 열풍건조에 의하여 30% 첨가 소금의 제조공정에서 건조소요시간은 7~8일임에 비하면 본 저온진공건조기술에 건조소요시간이 현저히 짧다.
- 이 분석결과를 살펴보면 World Best-10 소금들은 함수율이 매우 낮음을 우선 알 수 있는데, 이는 소금을 제조한 후 150℃ 이상의 고온으로 젖은 소금을 대기압하에서 건조하는 방법으로 함수율을 극단적으로 낮추었음을 의미한다.
- 3절에 기술한 방법으로 첨단 ‘15℃ 저온진공건조 공정기술’에 의하여 제조된 결정소금, 꽃 소금, 첨가식탁염 시료에 대한 염화나트륨, 비소, 납, 카드뮴, 수은의 성분분석 측정결과를 나타내었다. 이 측정결과로부터 해수의 농도증가에 따른 순차석출현상을 이용하여 저온진공건조장치로 제조한 소금에는 유해성분이 전혀 혼입되지 않음을 확인하였다. 해수를 농축하면 석출량 증가에 따른 모액의 농도와 비중 변화가 일어나는데, 해수의 종합 자원화에 관한 참고문헌[9]에서 보는 바와 같이 모액의 농도와 비중의 관계는 석출현상으로 인하여 상당히 불규칙적인 관계를 가지므로 실제로 고품질 소금을 생산하고자 하는 경우에는 단계별의 공정구분에는 특별한 주의가 필요하다.
- 우리나라에서 천일염은 연간 약 30만톤이 생산되는데 한국산 천일염의 품질을 개선하고자 한국식품연구원[6]은 천일염의 품질을 Table 6과 같이 1등급, 2등급 및 3등급 소금으로 분류하고 있다. 이 표에서 전체적으로는 함수율이 낮아 입안에서 소금 알갱이가 가루상태로 파열되기 쉬워 식감이 좋아야 되고, 뻘과 이물질이 없어 이상한 냄새가 없고, 깨끗하고 색상이 투명하여야 좋은 소금으로 평가됨을 알 수 있다. 그러나 함수율 7~12%는 이 후술하는 Table 11에서 보는 세계적 명품 소금에 비하여 여전히 높고, 소금의 전체 무게에 수분량을 포함시킴으로써 결과적으로 염화나트륨의 함량도 세계적 명품 소금에 비하여 현저히 낮게 표기되는 큰 문제점을 갖고 있음을 알 수 있다.
- 이 표에서 함수율 ‘zero’를 기준으로 한 1등급 신안 천일염의 석고, 소금, 미네랄의 성분비율은 본 연구에서 제안한 새로운 1등급 품질 천일염 품질기준과 거의 유사하여 신안지역 생산 천일염은 과다한 수분량 및 유해성분(비소, 납, 카드늄, 수은, 페로시안호합물)을 제외하면 충분히 세계적 명품 천일염이 될 수 있는 가능성을 확인하였다.
- 수분의 함량은 일반적으로는 천일염의 숙성과 보관방법, 대기조건, 건조방법 등에 영향을 받는 경우가 많으므로, 함수율이 'zero'인 조건하에서 염화나트륨 중량비율로 규정하는 것이 합리적이다. 참고로 본 연구와 같이 첨단 저온진공건조 기술을 적용하면 100~150℃의 고온열원을 사용하지 않고, 후술하는 바와 같이 통상적인 폐열의 온도인 50~70℃ 열원으로 손쉽게 소금의 최종함수율 4~5%에 도달시킬 수 있다.
후속연구
- 다음으로 비소, 수은, 납, 카드뮴 같은 유해성분은 당연히 ‘zero'가 되어야 한국의 천일염이 세계적 명품화가 가능한 것이며, Table 7에서 보는 바와 같이 일본과 중국에 비하여 월등히 좋은 품질의 소금 품질기준을 보유한 국가가 될 것이다.
- 이 문제점을 개선하기 위하여 본 논문에서는 해수의 농도증가에 따른 순차석출의 물리적 현상에 근거하여 첨단 ‘15℃ 저온진공건조기술’을 적용함으로써 유해성분이 전혀 포함되지 않는 소금 생산이 가능하므로 한국에서 생산되는 천일염 전량을 세계적 명품 소금으로 생산하다면 그 경제 산업적 가치는 상상을 초월한다.
- 이를 위해서는 결국 본 연구에서와 같이 해수중의 수분이 증발하여 농도가 높아지면 성분들이 순차적으로 석출되는 물리적 현상을 이용하여 유해성분이 전혀 없는 최고급 식용소금을 얻고, 나아가 산업적으로 활용가치가 높은 리튬, 붕소, 우라늄, 희귀금속을 부수적으로 얻을 수 있는 해수의 종합자원화 기술개발이 향후 매우 중요하다고 사료된다[5]. Table 7에서 현행의 함수율 15%, 염화나트륨 함량 70.
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