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폐수처리장을 미생물 연료 전지로 바꾸는 기술


 

(A switchable bioelectrochemical wastewater treatment system was tested at the pilot scale at a wastewater treatment facility in Moscow, Idaho. Credit: Washington State University)



 하수처리 시설은 환경을 보호하기 위해 반드시 필요한 사회 간접 자본입니다. 하지만 생각보다 많은 전기를 소비하는 시설이기도 합니다. 오폐수를 정화하기 위해 미생물의 힘을 빌리는데, 유기물 대사 과정에서 필요한 산소를 끊임없이 펌프로 공급해줘야 하기 때문입니다. 현재 미국에서 소비되는 전력의 2% 정도가 하수처리 시설을 위해 사용됩니다. 



 과학자들은 좀 더 친환경적이고 에너지를 적게 사용할 수 있는 대안을 마련하기 위해 오폐수에 있는 유기물을 에너지원으로 사용하는 기술을 개발했습니다. 하수 찌꺼기로 메탄 가스를 생산해서 이를 전력 발전에 활용하는 경우가 대표적입니다. 하지만 생산되는 에너지는 적은 반면 하수처리장 유지에 필요한 에너지원은 많아서 효과는 제한적입니다. 또 이런 설비를 만드는데 적지 않은 비용이 든다는 것 역시 문제입니다. 



 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/220509405029


  

 워싱턴 대학의 아델르흐만 모하메드(Abdelrhman Mohamed)와 할룩 베예날(Haluk Beyenal) 교수는 미생물 연료 전지 (microbial fuel cells (MFCs))를 이용한 하수처리 시스템을 개발했습니다. 이들이 개발한 시스템은 260L의 실험실 모델과 1200L의 프로토타입 모델로 산소 펌프 없이도 유기물을 분해해 전기를 만드는 미생물을 사용해 무동력으로 하수를 정화할 수 있습니다. 다만 생산되는 전기가 많지 않고 정화 속도가 좀 느리다는 것이 단점입니다. 이 경우 펌프를 돌려 산소를 좀 공급해주면 속도를 더 빠르게 만들 수 있습니다. 



 미생물 연료 전지는 아직 널리 상용화되지는 않았으나 이렇게 오폐수처리에 응용할 수 있는 부분이 있어 여러 연구자들이 가능성에 주목하고 있습니다. 다만 전극 등에 비싼 소재를 쓸 경우 경제성이 낮을 수밖에 없고 산소를 이용한 기존의 오폐수 처리 장치보다 처리 속도가 느리다는 것이 단점입니다. 연구팀은 저렴한 전극 소재를 사용했다고 설명했지만, 그래도 느린 처리 속도를 보완하기 위해서는 매우 큰 시설이 필요해지므로 비용이 비싸지기는 마찬가지입니다. 



 다만 처리햐야 하는 오폐수의 양이 적고 다른 전력원을 공급 받기 어려운 섬이나 오지, 그리고 개발도상국에서는 유용하게 사용될 수 있는 가능성이 있습니다. 미래 친환경 하수처리 시스템으로 미생물 연료 전지가 상용화될 수 있을지 궁금합니다. 



 참고 



https://techxplore.com/news/2020-12-electron-producing-microbes-power-sustainable-wastewater.html



Abdelrhman Mohamed et al, Large-scale switchable potentiostatic/microbial fuel cell bioelectrochemical wastewater treatment system, Bioelectrochemistry (2020). DOI: 10.1016/j.bioelechem.2020.107724




 
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