박테리아 활용 정수처리·전기 생산기술 개발

노르웨이 연구진, 정수처리에 가장 적합한 박테리아와 메커니즘 발굴
물 속 폐기물을 박테리아가 소비하면서 작동…생물학적 연료전지 생산

노르웨이의 한 연구진이 박테리아를 활용해 연료전지(Fuel Cell)의 동력을 공급하는 데 성공했다. 이 공정은 물과 전기를 정화시켜 생산할 수 있으며, 폐수를 연료로 활용했다. 또한, 산업 설비에서 발생하는 폐수를 정화시키는 친환경적인 공정으로 소량의 전기를 생산할 수 있다.

여기서 생산하는 전기는 소형 팬(Fan), 센서 또는 발광다이오드(Light-emitting Diode)를 구동할 때 활용 가능하며, 연구진은 향후 기술의 적용 범위를 확대해 공정에 필요한 전기를 직접적으로 공급하게 되기를 기대하고 있다. 정수처리 공정은 일반적으로 여러 단계를 거치는데, 기계적 오염 제거 공정을 적용해 에너지를 소모한다.

입자 간 전압 이용해 정수 … ‘천연발전기’

생물학적 연료전지(Biological Fuel Cell)는 살아있는 미생물의 도움을 받으므로 완전한 천연 공정에 해당한다. Roman Netzer와 함께 이번 프로젝트를 진행 중인 노르웨이 SINTEF(과학산업기술연구재단) 연구원 Luis Cesar Colmenares는 “간단히 말해 이러한 연료전지는 물에 포함된 폐기물을 박테리아가 소비함으로써 작동한다”고 밝혔다.
 

그는 “박테리아는 폐기물을 소비하면서 전자와 양성자(Proton)를 생산한다. 입자 간 발생하는 전압을 이용하면 에너지가 생산되는데, 이 과정에서 폐수의 폐기물인 유기물질을 소비하기 때문에 물을 정화시킬 수 있는 것”이라고 덧붙였다.

최적의 박테리아 발굴이 관건 … 전자 이송 고려해야

Netzer는 “연구를 하면서 정수처리 기술에 가장 적합한 박테리아와 메커니즘을 발굴하는 것이 어려웠다. 연구진은 물 속 폐기물을 소비하면서도 금속 전극으로 전자를 이송할 수 있는 박테리아를 발굴해야만 했다”고 밝혔다. 정수처리 과정과 관련된 이러한 생각은 두 연구원이 서로 만나기 수 년 전부터 구체화됐다.

그들은 어떻게 하면 박테리아를 활용해 에너지를 생산할 수 있는지 논의한 후 각자의 전문지식을 이용해 생각을 구체화했다. Netzer는 박테리아와 관련한 전문가이고, Colmenares는 정수처리의 관 지식을 보유하고 있는 전기화학자이다.

연구진은 실험실 규모의 소규모 실증용 설비를 보유하고 있는데, 이 설비를 통해 오염된 물을 정화하고 전기를 생산하는 박테리아의 능력을 효율적으로 확인했다. 사용하는 폐수는 Tine 낙농장에서 취수했으며, 유기산이 풍부해 공정에 적합하기 때문이다. 그러나 유기산이 반드시 필요한 것은 아니며, 다른 종류의 폐수도 적용이 가능하다.

Netzer는 “현재는 대규모 에너지 생산이 가능하지는 않다. 그러나 정수처리 공정을 가동할 때 오늘날 사용되는 기술을 이용하면 많은 양의 에너지가 사용된다는 점에서 이 기술이 흥미롭다. 특히, 매우 값비싼 물질을 사용해야 하는 다른 공정에 비해 저가의 물질을 사용하면서 다른 공정에 상응하는 에너지를 생산할 수 있다는 점이 기쁘다”고 밝혔다.

출처 = KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑』 2014년 2월 4일 / 원문출처 :http://www.sciencedaily.com/releases/2015/01/150130081535.html]

[『워터저널』 2015년 3월호에 게재]