[영국] 템즈워터, 하수를 친환경 전기로 전환 기술 완성
피크타임 친환경 전력 생산 위한 ‘푸파워’ 완성…서리대학 연구팀과 공동 연구

템즈워터(Thames Water)의 과학자들은 서리대학(University of Surrey)과 협력하여 기후변화의 영향을 완화하고 영국의 탄소중립(net-zero) 목표를 달성하기 위한 노력의 일환으로 피크 타임(peak time)인 오후 4시∼7시에 하수를 친환경 전기로 바꾸는 기술을 완성했다.

새로운 과학이 산업 전반에서 채택되어 오는 2035년까지 국가 전력망의 탈탄산화에 기여할 것으로 기대된다. 템즈워터(Thames Water)는 영국 정부의 자체 목표보다 20년 앞선 2030년까지 탄소중립(net-zero) 목표를 달성하여 2040년에는 탄소 배출량을 줄이는 것을 목표로 하고 있다.

영국은 많은 가족들이 집에서 오븐, 식기 세척기, 주전자와 같이 많은 에너지를 필요로 하는가전제품을 오후 4시∼7시 사이에 가장 많은 전력을 사용한다. 하루 중 이맘때, 특히 가을과 겨울에, 전력 가격은 수요 증가에 따라 치솟는다.

템즈워터는 서리대학의 지속가능성 전문가들과 함께 하수로부터 바이오가스의 생산을 증가시키기 위한 4년간의 프로젝트를 진행하고 있는데, 이 프로젝트는 이 피크 기간 동안 하수처리장에 전력을 공급할 수 있는 충분한 친환경 전기를 생산하는 데 사용될 수 있다.

이 시간에 친환경 전력(green power)을 수입할 필요가 없다는 것은 다른 모든 사람들을 위한 더 많은 것이 있다는 것을 의미한다. 그것은 또한 템즈워터의 에너지 요금이 감소했다는 것을 의미한다.

이 연구는 크로이돈(Croydon)에 있는 템즈워터의 베딩턴 하수처리장(Beddington sewage works)에서 성공적으로 시험되었고 현재 이 현장의 표준 관행이다.

만약 산업 전반에 적용된다면, 그것은 고객들이 가장 필요로 하는 피크 타임에 영국의 전기 공급을 더 깨끗하고, 친환경적이며, 더 탄력적으로 만드는 데 도움이 될 것으로 기대하고 있다. 그것은 또한 물산업에서 에너지 가격 상승을 더욱 탄력적으로 대처할 수 있도록 한다.

이공계 학생 시절 프로젝트를 이끌었던 템즈워터의 에너지 성과 및 변화팀의 마우로 라프라타(Mauro Lafratta)는 “우리는 모든 전기를 재생 가능한 에너지원으로부터 공급받지만, 풍력과 태양열은 특히 피크타임에 모든 사람들의 수요를 충족시킬 만큼 충분한 양의 전기를 생산할 수 있다고 항상 보장할 수는 없다”라고 말했다.

그는 특히 “우리의 연구는 전력망의 가격과 탄소 배출량이 최고조에 달했을 때 전기를 생산하기 위해 피크 기간에 더 많은 바이오 가스를 생산할 수 있다는 것을 증명했다”라면서 “이 해결책은 우리의 운영비용을 크게 줄일 수 있고, 국가가 탄소 중립을 달성하도록 도울 수 있다. 이는 재정 및 운영 탄력성 향상, 환경보호 및 고객에게 더 나은 서비스를 의미한다”라고 강조했다.

혁신은 하수슬러지(sewage sludge)가 혐기성 소화의 바이오가스 생성 과정이 일어나는 특별한 ‘소화기(digesters)’에 어떻게 공급되는지에 있다.

과거에는 같은 양의 슬러지가 정기적으로 공급되었지만, 특정 공급방식은 전기 가격이 다른 시간보다 훨씬 높을 때 ‘적색기(red period)’가 절정인 오후 4시∼7시 사이에 바이오가스 생산량을 증가시키도록 고안되었다.

마우로 라프라타(Mauro Lafratta)는 이 공로로 지난해 워터에너지넥서스(WaterEnergyNExus) 컨퍼런스에서 ‘최우수 구현 및 모범 사례 논문(best implementation and best practices paper)’을 수상했다. 이 프로젝트는 또한 지난 5월에 열린 ‘2021년 물산업 시상식( 2021 Water Industry Awards)’에서 현존하는 기술의 가장 혁신적인 사용 부문에 최종 선정되었다.

서리대학(University of Surrey)의 재케타 리(Jacquetta Lee) 박사는 “서리대학과 템즈워터 사이의 오랜 협력 덕분에, 이 연구는 템즈워터의 슬러지 관리 관행에 즉각적인 영향을 미치면서 다분야 연구의 좋은 예가 되었다”라면서 “이 최근의 성공은 과학 연구의 타당성을 입증하고 있으며, 서리 대학의 지속가능성 박사(PDS) 프로그램은 새로운 지속가능 사례를 개발하고 실행하기에 완벽한 환경이다”라고 말했다.

재케타 리(Jacquetta Lee) 박사는 이어 “PDS 연구원인 마우로 라프라타(Mauro Lafratta)는 산업계와 학계의 공동 개발과 협력이 탁월한 결과와 산업 파트너에게 실질적인 이익으로 이어질 수 있음을 보여주었다”라고 덧붙였다.

연구팀에는 다음이 함께 포함되었다.

- 이브 제르맹 크립스(Eve Germain-Cripps) 템즈워터의 공정 엔지니어링 책임자
- 아카메 샤나(Achame Shana)  템즈워터 운영우수팀의 AD 기술전문가
- 마크 윌콕스(Mark Willcocks) 템즈워터 에너지 프로그램 관리자
- 재케타 리(Jacquetta Lee) 서리대학(University of Surrey) 환경 및 지속가능성센터  박사
- 렉스 소프(Rex Sorpe) 서리대학(University of Surrey) 화학 및 공정 공학부 교수
- 사베하 우키(Sabeha Ouki) 서리대학(University of Surrey) 토목 및 환경 공학부 교수 등이다.

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Perfecting ‘poo power’ to generate green electricity at peak times

Scientists from Thames Water, in partnership with the University of Surrey, have perfected the art of transforming sewage into green electricity at peak times as part of efforts to mitigate the effects of climate change and meet the UK’s net-zero target.  

It is hoped the new science will be adopted industry-wide, contributing to the decarbonisation of the national grid by 2035. Thames Water aims to reach net-zero emissions by 2030 - 20 years before the UK government’s own target - and be carbon negative by 2040.

Britain uses the most power between 4pm and 7pm, when many families are at home using energy-hungry appliances like ovens, dishwashers and kettles. At this time of day, especially during autumn and winter, electricity prices rocket in line with the increased demand. 

Thames Water worked with sustainability experts at the University of Surrey on a four-year project to boost the production of biogas from sewage, which can then be used to generate enough green electricity to power its sewage treatment sites during this peak period.

Not having to import green power at this time of day means there’s more for everyone else. It also means Thames Water’s own energy bills are reduced.

The research was successfully trialled at Thames Water’s Beddington sewage works in Croydon and is now standard practice at the site. 

If rolled out industry-wide, it will help make the UK’s electricity supply cleaner, greener, and more resilient at peak times when customers need it most. It also makes the water industry more resilient to energy price rises.

Mauro Lafratta, of Thames Water’s energy performance and change team, who led the project while an engineering student, said: “We get all our electricity from renewable sources, but wind and solar can’t always guarantee to produce enough to meet everyone’s demand, especially at peak times.  

“Our research proved we can produce more biogas in peak periods to generate electricity when the grid’s prices and carbon emissions peak. This solution can significantly reduce our operating costs, and help the country achieve carbon neutrality. This means better financial and operational resilience, better environmental protection and a better service for our customers.”  

The innovation lies in how sewage sludge is fed into special ‘digesters’ where the biogas-producing process of anaerobic digestion takes place.  

Historically the same amount of sludge was fed in at regular intervals, but specific feeding regimes were designed to increase the biogas production rate between 4pm and 7pm ? the peak ‘red period’ when the price for electricity is much higher than at other times.  

For his work, Mauro was awarded the ‘best implementation and best practices paper’ at last year’s WaterEnergyNEXUS conference. The project was also shortlisted in the Most Innovative Use of an Existing Technology category at the 2021 Water Industry Awards in May.  

Dr Jacquetta Lee, of the University of Surrey, said: “Thanks to a long-standing collaboration between the University of Surrey and Thames Water, this research has been a great example of multi-disciplinary research, with immediate impact for Thames Water’s sludge management practices.   

“This recent success demonstrates the validity of scientific research, and the Practitioner Doctorate in Sustainability (PDS) programme at the University of Surrey is the perfect environment for developing and implementing new sustainable practices.   

“Mauro, a researcher on the PDS, has shown that co-development and collaboration between industry and academia can lead to outstanding results and real benefit to industrial partners.”  

The research team also included: 

- Eve Germain-Cripps ; Thames Water’s head of process engineering
- Achame Shana ; AD technical expert in Thames Water’s Operational Excellence team 
- Mark Willcocks ; Thames Water’s energy programme manager 
- Dr Jacquetta Lee ; of the University of Surrey’s Centre for Environment and Sustainability, Prof Rex Thorpe of the Department of Chemical and Process Engineering and Sabeha Ouki of the Department of Civil and Environmental Engineering

[출처 = 템즈워터(Peak time poo power | Newsroom | Thames Water) / 2021년 11월 12일자 보도자료]