美, 하수처리장에서 전기생산 기술 실용화 멀지 않았다
- 전기생산 효율성을 크게 개선한 기술 개발 성공-
2010-11-10
□ 녹색 기술 개요
○ 하수처리장의 오폐수 처리과정에서 전기를 생산
- 지난 7월 21일에 나노기술을 활용, 하수처리장의 오폐수를 처리하는 과정에서 전기를 더 효율적으로 생산할 수 있는 기술이 개발·발표됐음.
- 오리건 주립대학(Oregon State University)의 연구팀이 새롭게 개발한 기술은 기존의 미생물 전기화학 방식으로, 하수처리장에서 생산할 수 있는 전기 용량의 약 20배 정도를 개선할 수 있는 기술을 발표
- 미생물 연료 전지분야는 한국에서도 활발하게 연구되고 있음. 유기물이 분해될 때 생성되는 전자를 미생물을 이용해 전극으로 직접 전달하는 것으로 1960년대 미국항공우주국(NASA)이 우주선에서 발생한 폐수를 처리하기 위한 방법으로 고려했을 정도로 연구의 역사가 깊음.
- 그러나 전자를 전극에 전달할 수 있는 미생물을 찾지 못해 진척을 보지 못하다가 1999년 한국과학기술연구원의 김병홍 박사팀이 스와넬라라는 미생물이 전자를 무기물로 전달할 수 있음을 입증한 이후 세계 각국이 경쟁적으로 연구에 뛰어들었음.
○ 오리건 주립대학에서 개발한 나노코팅 방법 사용
- 오래곤 주립대학 연구원들은 미생물의 전기화학 셀의 전극에 금이나 철로 나노코팅을 하면 기존 방식보다 약 20배 정도 더 전기를 생산할 수 있다고 밝힘.
- 이번 연구에서 발견한 혁신적인 방법은 높은 효율성으로 인해 하수처리와 신재생에너지 생산에 새로운 장을 열 수 있을 것이며 실용화에 한층 더 다가갈 수 있는 계기를 마련했다고 평가됨.
□ 기술 세부 내용
○ 경제성과 효율성 크게 개선으로 상용화 압당겨
- 오폐수에 있는 미생물은 양극 챔버(Anode Chamber)에 있고 이 미생물은 바이오 필름 형태로 영양분을 소비하고 자라면서 전자를 발생시킴. 여기서 오폐수는 전기를 생산하는 연료가 되는 것임.
- 연구원들은 그라파이트(Graphite)소재 전극에 나노코팅 기술을 활용해 금으로 도금하면 전기 생산이 약 20배 증가하는 것을 발견했음. 그리고 팔라듐(Palladium)을 도금하면 약간 개선됐으나 기대만큼 전력생산에 큰 변화가 없었음.
- 연구원들은 금 보다 가격이 훨씬 저렴한 철로 나노코팅을 하는 경우도 실험했는데, 금과 비슷한 수준의 효율성 향상을 가져온다는 것을 발견함으로써 상업화해 경제성을 향상시킬 수 있는 대안을 찾았음.
- 연구팀을 이끌고 있는 오래곤 주립대학의 생물 생태학(Biologic and Ecological Engineering) 조교수 Frank Chaplen는 이번 연구결과는 오폐수장에서 전기를 생산해 활용할 수 있다는 이론을 더욱 발전시켜 상용화할 수 있는 기반을 마련한 것으로 평가할 수 있다고 밝힘.
- 이번에 새롭게 개발한 기술을 이용하면 전기 대신 수소를 생산할 수 있으며 미래 자동차의 원료로 사용될 가능성이 높은 수소전지를 기술에 적용할 수도 있음.
- 이러한 기술이 상용화된다면, 에너지를 소비하는 곳이었던 오폐수처리장이 이젠 에너지를 생산하는 곳으로 바뀔 날이 멀지 않았음.
- 새롭게 개발된 신기술은 오폐수처리에 사용되는 에너지를 크게 줄일 수 있으며 전력이 부족한 시 외각 지역이나 오폐수처리를 위해 전기를 사용하지 못할 정도로 가난한 경제 개발 국가에도 적용 할 수 있음.
- 그리고 멀지 않아 오폐수처리장에서 사용되는 전기에너지를 자체적으로 해결할 수 있을 것으로 기대됨.
자료원 : Biosensors and Bioelectronics 잡지
□ 도전 과제 및 시사점
○ 효율성을 크게 개선했으나 상용화를 위해 더 많은 연구 개발이 필요
- 이번에 개발된 신기술은 이미 실험실에서 테스트와 실증단계를 거쳤지만 생산비용을 줄이고 전기생산 효율성을 더 향상시킬 필요가 있음. 생산 원가를 줄이기 위해 좀 더 저렴한 대체재료를 찾아야 한다는 과제가 있음.
- 그리고 음극 챔버(Cathode Chamber) 디자인을 개선하고 다른 미생물 간의 상호작용에 대해 더 연구가 필요한 상황임.
- 최근에 활성화된 나노 관련 기술 개발은 산업 전 분야에 걸쳐 새로운 기회를 제공함. 특히, 나노소재의 독특한 구조 및 화학적인 성분으로 인해 효율적인 전극소재로 다양하게 활용되고 있음.
- 이번에 발표된 연구는 최근 활성화된 나노 기술 개발은 미생물 전극의 성능을 크게 개선시킨다는 확신을 얻은 것도 또 다른 큰 수확으로 평가받고 있음.
자료원 : Oregon State University, Biosensors and Bioelectronics 잡지, 코트라 시카고KBC 종합 및 의견
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