[네덜란드] 하수·슬러지서 나오는 성분들 신제품 원료 사용 연구

네덜란드 델프트공대·올보르와 덴마크 오르후스대, ‘REThiNk’ 프로젝트 공동 연구중…노보 노르디스크재단서 740만유로 지원

새로운 원형 생체고분자로 하수처리 잔류물서 세포 외 고분자 물질(EPS) 회수에 초점 맞춰

 

네덜란드 델프트공과대학교 및 올보르대학교와 덴마크 오르후스대학교는 노보 노르디스크 재단의 기금을 지원 받아 하수 및 하수슬러지서 나오는 성분들을 신제품 원료로 사용하는 연구를 진행 중이다.  [사진출처(Photo source) = 델프트공과대학교(TU Delf)]

샤워, 청소, 화장실 세척, 그리고 산업생산은 모두 많은 양의 물을 사용하는 과정이다. 그러나 물 속의 쓰레기는 어떻게 되고, 물과 함께 하수구로 사라지는 모든 것은 어떻게 되는가?

매년, 우리는 하수도 시스템을 통해 하수로 사라지는 1인당 약 30kg의 유기물질(biomass)을 생산한다. 이 유기물질은 하수에서 제거되어 지금까지 종종 소각된다.

하지만 만약 이 하수와 하수 슬러지에서 나오는 성분들이 신제품의 원료로 사용된다면 어떨까? 덴마크 코펜하겐에 위치한 노보 노르디스크 재단(Novo Nordisk Foundation)은 ‘REThiNk(리씽크)’라는 이름의 대규모 연구 프로젝트에 740만 유로(약 100억1천338만 원)의 보조금을 사용할 수 있도록 지원하고 있다. 

이 프로젝트를 통해 네덜란드 델프트 공과대학교(Delft University of Technology ; TU Delf)와 올보르 대학교(University of Aalborg), 덴마크 오르후스 대학교(University of Aarhus)가 ‘순환 경제로의 전환(transition to the circular economy)’에 큰 발걸음을 내딛고 있다.

하수 재활용(Recycling wastewater)

REThiNk는 새로운 원형 생체고분자(biopolymer)로 하수처리 잔류물에서 세포 외 고분자 물질(EPS ;  extracellular polymeric substances)을 회수하는 데 초점을 맞추고 있다. 하수에서 생체고분자를 회수하는 것은 하수에서 폐기물을 재활용할 수 있는 기회 중 하나이다.

델프트 공과대학교(TU Delft)의 환경생명공학 및 수처리 교수인 마크 반 루스드레흐트(Mark van Loosdrecht)는 TU Delft의 다른 연구자들과 함께 고분자 및 관련 미생물 생산 공정의 물리적, 화학적 특성에 대한 더 나은 이해를 얻는 데 중점을 두고 있다.

고분자 특성에 대해 습득한 지식은 특히 농업, 화학, 건설 분야에서 사용될 수 있는 모든 종류의 신소재의 생산을 가능하게 할 것으로 기대된다. 마크 반 루스드레흐트 교수는 “우리의 목표는 지금 낭비라고 불리는 모든 것을 활용하는 것이다”라고 말했다.

고분자의 구성(Composition of polymers)

EPS(고분자 물질)는 젤라틴(gelatin)의 한 종류로 간주될 수 있다. 예를 들어 DNA에 비해 고분자의 구성은 매우 복잡하고 변수가 많기 때문에 아직 체계적인 연구가 많이 이루어지지 않았다. 노보 노르디스크 재단의 연구 보조금은 마침내 이러한 고분자에 대한 효과적이고 체계적인 연구를 수행하는 것을 가능하게 하고 있다.

“지금까지 EPS는 상대적으로 거의 주목을 받지 못했다. 분석이 매우 복잡하기 때문에 수행한 측정은 오히려 단순하고 무의미했다. 모든 수처리 시설에서 박테리아는 EPS를 사용하여 고정시킨다. 이들 중합체는 바이오 기반 원형 경제에 대한 잠재적 가치를 가지고 있다”라고 마크 반 루스드레흐트 교수(Mark van Loosdrecht)는 강조했다.

그는 이어 “지난 몇 년 동안, 우리는 호기성 입자 슬러지에 존재하는 생체고분자에 대한 연구를 수행할 수 있었다. 우리는 이제 이 연구를 활성슬러지(Activated sludge), 즉 처리 과정에서 수처리 시설에서 생산되는 바이오매스로 확대할 수 있다”라고 설명한다.

‘REThiNk(리씽크)’ 프로젝트의 책임연구자인 마크 반 루스드레흐트(Mark van Loosdrecht) 델프트 공과대학교 환경생명공학 및 수처리 교수. [사진출처(Photo source) = 델프트공과대학교(TU Delf)]

원료(Raw material)

활성슬러지(Activated sludge)는 현재 소각 되고 있는 폐기물이다. 그러나 미래에는 순환 경제에서 인산염과 에너지 등을 생산하는 원료로 작용할 것으로 기대된다. 특히 생체고분자(biopolymer)의 생산은 이 슬러지를 원료로 가공하는 것을 경제적으로 가능하게 할 것이다.

장기적으로는 이것은 현재 업계에서 사용되고 있는 석유 기반 고분자를 대체할 수 있다. 잠재적 제품의 예로는 건설 또는 난연 코팅에 사용되는 복합 재료를 들 수 있다.

협력(Cooperation)

이번 연구는 △고분자 분석, 고분자의 물리적·화학적 특성, EPS 형성의 미생물학 분야는 델프트 공과대학교(TU Delft)에서, △활성 슬러지의 미생물 구성, EPS 형성의 유전적 특성 분석 및 생리학 분야는 올보르 대학교(University of Aalborg)가, △고분자 및 NMR 특성화 분야는 오르후스 대학교(University of Aarhus) 등 선도적인 과학자들로 구성된 팀이 맡는다. 

요컨대, 이번 연구는 활성슬러지가 바이오폴리머의 세계시장 진출과 수처리 시설을 보다  지속 가능하게 만들고, 순환경제를 위한 새롭고 풍부하며 저렴한 원료를 생산할 것으로 기대된다.

2022년 NNF 챌린지 프로그램으로부터 보조금을 받은 모든 지원자에 대한 노보 노르디스크 재단의 발표는 아래 홈페이지 주소를 참조.

https://novonordiskfonden.dk/en/news/dkk-337-million-awarded-for-research-that-can-help-solve-major-societal-challenges/

[원문보기]

7.4 million euros for research into products from wastewater

Showering, cleaning, flushing toilets, and industrial production are all processes that use a great deal of water. But what happens to the waste in the water, to everything that is flushed away and disappears into the sewer system together with the water?

Each year, we produce approximately 30 kg of organic material (biomass) per person that disappears into our wastewater via the sewer system. This organic material is removed from the wastewater and, until now, often incinerated. 

But what if this wastewater and components from wastewater sludge were to be used as raw materials for new products? The Novo Nordisk Foundation is making a grant of 7.4 million euros available for a large-scale research project named REThiNk. With this project, TU Delft, the University of Aalborg, and the University of Aarhus are taking a major step in the transition to the circular economy.

Recycling wastewater

REThiNk is focused on recovering extracellular polymeric substances (EPS) from wastewater treatment residues as a new circular biopolymer. Recovering biopolymers from wastewater is one of the opportunities available for recycling waste from wastewater. 

Mark van Loosdrecht, professor in Environmental Biotechnology and water treatment at TU Delft, together with other researchers at TU Delft, will focus on gaining a better understanding of the physical and chemical characteristics of polymers and related microbial production process. 

The knowledge acquired of polymer characteristics is expected to enable the production of all kinds of new materials that can be used, in particular, in the agricultural, chemical, and construction sectors. Mark van Loosdrecht: ‘Our aim is to utilise everything that is now called waste.’

Composition of polymers

EPS can be considered a kind of gelatin. Not much systematic research has yet been carried out into polymers, as their composition, in comparison to DNA for example, is very complex with an enormous number of variables. The research grant from the Novo Nordisk Foundation is finally making it possible to carry out effective and systematic research into these polymers. 

‘Until now, EPS has received relatively little attention; as its analysis is very complex, the only measurements carried out have been rather simplistic and meaningless. In every water treatment facility, bacteria use EPS to immobilise themselves. These polymers have potential value for the bio-based circular economy. 

In the past years, we have been able to carry out research into the biopolymers present in aerobic particulate sludge. We can now expand this research to activated sludge, the biomass that is produced in a water treatment facility during the treatment process’, explains Mark van Loosdrecht.

Raw material

Activated sludge is a waste product that is currently still being incinerated. In future, in a circular economy, it is expected to serve as a raw material for the production of phosphate and energy for example. The production of biopolymers, in particular, would make it economically feasible to process this sludge into a raw material. 

In the long term, this could replace the oil-based polymers that are now used in the industry. Examples of potential products include composite materials used in construction or flame-retardant coatings.

Cooperation

The research will be carried out by a team consisting of leading scientists in the area of analysing the polymers, the physical and chemical characteristics of the polymers, and the microbiology of EPS formation (TU Delft), the microbial composition of activated sludge and genetic characterisation and physiology of EPS formation (Aalborg University), and the processing of the polymers and NMR characterisation (Aarhus University). 

In short, the research is expected to open the door for activated sludge to the global market for biopolymers, to make water treatment facilities more sustainable, and to generate a new, abundant, and inexpensive raw material for the circular economy.

Read the announcement from the Novo Nordisk Foundation about all the applicants who received a grant from the NNF Challenge Programme for 2022 here(https://novonordiskfonden.dk/en/news/dkk-337-million-awarded-for-research-that-can-help-solve-major-societal-challenges/)

[출처 = 델프트공과대학교(https://www.tudelft.nl/en/2022/tnw/74-million-euros-for-research-into-products-from-wastewater) / 2022년 6월 28일]