영국 스코트랜드에 소재한 스털링대학(University of Stirling) 전문가들은 하수처리 시설에서 배출되는 배출량을 절반으로 줄일 수 있는 연구에 몰두하고 있다.

스털링대학이 주관하는 연구 및 혁신 프로그램인 하이드로네이션 체어(Hydro Nation Chair)가 자금을 지원하는 이 프로젝트는 애버딘(Aberdeen)에 있는 제임스 허튼 연구소(James Hutton Institute)의 과학자들이 전력을 생산하는 일반 미생물을 사용하여 하수처리 기술을 발전시키는 것을 돕기 위해 소변을 수집하는 것을 보고 있다.

영국에서는 매일 약 9천 개의 하수처리 시설에서 110억 리터(1천100만㎥) 이상의 하수가 처리되며, 이 중 상당수는 메탄과 아산화질소를 포함한 온실가스를 배출하는 에너지 집약적인 공정을 사용한다.

하지만 허튼 연구원들은 하수 오염물질을 우적우적 씹는 데 사용되는 미생물들을 전기 회로(electrical circuit)에 넣음으로써 온실가스 배출량이 절반으로 줄어들 수 있고 전력도 생산할 수 있다는 것을 보여주었다.

이 연구는 온실 가스 배출량을 50% 줄이려면 더 에너지 집약적인 공정에 상당한 투자가 필요한 농촌지역에서 특히 유익할 수 있지만, 에너지 절약 혜택을 누릴 수 있는 도시에서도 마찬가지이다.

제임스 허튼 연구소(James Hutton Institute)에서 프로젝트를 이끄는 선임연구원인 자비에르알렉시스 월터(Xavier Alexis Walter) 박사는 “영국 전기 생산량의 약 1∼3%가 하수처리에 사용되며, 대부분 하수를 환기시켜야 하는 도시에서 사용된다”고 말했다.

월터 박사는 특히 “우리는 미생물의 자연적인 전기 화학적 능력을 사용하여 공정을 자체적으로 구동함으로써 이러한 소비를 잠재적으로 크게 줄일 수 있다”라면서 “도시 농업이 점점 대중화되고 필요한 대도시에서는 더 많은 에너지 집약적 처리 공정을 대체하고 비료로 사용할 수 있는 질소를 제거하는 과정을 조정할 수도 있다”라고 강조했다.

하수처리에 초점을 맞춘 월터 박사의 실험에는 하루에 약 3.3리터(L)의 소변이 필요하므로(수분을 충분히 섭취한 사람은 평균적으로 24시간 동안 약 2.2리터를 통과함) 직원들로부터 샘플을 수집하기 위해 허튼연구소에 소변기가 설치되었다.

이 기술의 한 형태는 이미 글래스톤베리 음악 축제(Glastonbury Music Festival)에서 축제 참석자의 소변을 사용하여 수년에 걸쳐 성공적으로 시험을 거친 후, 아프리카의 외딴 학교에 있는 변기 블록의 조명에 전원을 공급하는 데 이미 시험되었다.

이 과정이 온실가스 배출량을 50% 줄일 수 있다는 것을 보여준 월터 박사의 최근 연구는 하이드로네이션 체어 촉매 기금(Hydro Nation Chair Catalyst Fund)을 통해 자금을 지원받았다.

이 기금은 개념 증명, 시험 및 테스트 기술 솔루션을 개발하고 2024년까지 탄소중립(Net Zero)를 실현하려는 스코틀랜드 전역에 상하수도 서비스를 제공하는 공공기관인 스코틀랜드 워터(Scottish Water)의 목적을 지원하기 위한 차세대 솔루션을 제공하기 위해 새로운 자금을 활용할 수 있는 귀중한 펌프 프라이밍 자금(pump priming fund)을 제공한다.

스털링 대학의 스코틀랜드 하이드로 네이션(Scotland Hydro Nation) 의장인 앤드류 타일러 FRSE(Andrew Tyler FRSE) 교수는 “우리의 첫 번째 하이드로네이션 체어 촉매 기금(Hydro Nation Chair Catalyst Fund) 프로젝트 중 하나인 ‘공정 배출물에 대한 도가니(Crucible on Process Emissions)’에 우리는 월터 박사가 수행한 연구에 흥분하고 있다”고 말했다.

타일러 교수는 이어 “이 프로젝트에 자금을 지원할 때, 우리는 이중 단계에서 제공되는 잠재적인 영향과 가능한 상당한 아산화질소 완화에 고무되었다. 우리는 월터 박사의 야망이 실현되고 있어 기쁘다”라고 덧붙였다.

월터 박사의 연구는 글래스고 대학(University of Glasgow)과 스코틀랜드 워터(Scottish Water)와의 공동 연구이다. 하이드로 네이션 체어(Hydro Nation Chair) 프로그램은  스코틀랜드 워터에서 자금을 지원하고 있다.

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Scientists spending a penny to cut wastewater emissions

An experiment given the green light by University of Stirling experts could halve emissions from wastewater treatment facilities.

The project funded by the Hydro Nation Chair - a research and innovation programme hosted by the University of Stirling - sees scientists at The James Hutton Institute in Aberdeen collect urine to help advance a wastewater treatment technology using power-producing common microbes.

Every day in the UK, more than 11 billion litres of wastewater is treated at about 9,000 sewage treatment facilities, many of which use energy intensive processes that emit greenhouse gas emissions, including methane and nitrous oxide.

But by putting the microbes used to munch through wastewater contaminants into an electrical circuit, Hutton researchers have shown that those greenhouse emissions could be halved, while also producing some power.

This research could be especially beneficial in rural areas, where achieving the same 50% cut in greenhouse gas emissions would otherwise require significant investment in more energy intensive processes, but also in cities, where it could have energy saving benefits.  

Dr Xavier Alexis Walter, the senior researcher leading the project at the Hutton, said: “An estimated 1-3% of the UK’s electricity production is used in wastewater treatment, mostly in cities where the wastewater has to be aerated.  

“We could potentially decrease this consumption significantly by using the natural electro-chemical capability of microbes to self-power the process. In large cities, where urban farming is becoming more popular - and necessary - we could replace more energy intensive treatment processes and also tweak the process to draw off nitrogen that can be used as fertiliser.” 

Dr Walter’s experiments, focusing on wastewater treatment, require about 3.3 litres of urine per day (an average well hydrated person passes around 2.2 litres over 24 hours), so a urinal was installed at the Hutton to collect samples from staff.  

A form of the technology has already been trialled to power lighting in a toilet block at an isolated school in Africa, after being successfully trialled over several years at Glastonbury Music Festival, using festival goers’ urine. 

Dr Walter’s latest work which showed the process could reduce greenhouse gas emissions by 50%, was funded through the Hydro Nation Chair Catalyst Fund.  

The Catalyst Fund provides valuable pump priming funds to develop proof of concepts, trial and test technology solutions and leverage new funding to deliver next generation solutions to support Scottish Water’s ambitions to realise Net Zero by 2024.  

Professor Andrew Tyler FRSE, Scotland Hydro Nation Chair at the University of Stirling, said: “As one of our first Hydro Nation Chair Catalyst Funded projects, following our Crucible on Process Emissions, we are excited by the research being delivered by Dr Walter.  

“When funding this project, we were encouraged by the potential impact on offer from the dual stages and significant nitrous-oxide mitigation that could be possible. We are delighted that Dr Walter’s ambitions are being realised.” 

Dr Walter’s research was a collaboration with the University of Glasgow and Scottish Water. The Hydro Nation Chair programme is funded by Scottish Water. 

[출처=스텔링대학(University of Stirling)(https://www.stir.ac.uk/news/2023/july-2023-news/scientists-spending-a-penny-to-cut-wastewater-emissions/?fbclid=IwAR1L0XQjUCuRIsz4ucWK4tyJY2Y2prpAL4VU27UPQIFD-BLoYwN4-MxDRKo) / 2023년 7월 18일]

[번역 = 배철민 편집국장]