영국 공학자연과학연구회(EPSRC, Engineering and Physical Sciences Research Council)가 지원하고 있는 프로젝트에 참여한 과학자들은 미생물을 이용하여 하수(Seawage)에서 청정 에너지원인 수소를 생산하기 위한 연구를 수행 중에 있다.

 

이번 프로젝트는 하수 처리 과정에 미생물을 활용하여 별도의 전기 사용이 필요없는 일종의 자급자족형 폐수처리 시스템을 만들고자 한다. 또한 미생물을 통해 청정에너지원이라고 할 수 있는 고부가의 수소가스를 대량으로 생산할 수 있다는 장점도 있다.

영국 뉴캐슬 대학(Newcastle University)과 영국 상수도 공급업체인 Northumbrian Water Ltd의 연구진은 British Science Festival에서 이들의 연구결과에 대해 발표하였다. 연구진은 타인사이드(Tyneside) 지역의 하수처리 과정에 미생물 전해전지(Microbial Electrolysis Cell, MEC)를 적용하였다.

하수가 미생물 전해전지를 통과하게 되면 탄소 펠트(Carbon Felting) 상에서 자라고 있는 미생물이 하수로부터 전자를 떼어내고 이들을 연료극(Anode)으로 이동시켜 전기를 생산하게 된다. 그러면서 남아 있던 수소 이온(Hydrogen Ion)은 공기극(Cathode)으로 이동하여 수소 가스로 변환할 수 있는 약간의 에너지만으로 전자들과 재결합할 수 있다.

 

수소이온과 전자가 재결합하기 위해 필요한 에너지는 생산되는 에너지보다 적기 때문에 전체 시스템은 양의 에너지(Energy Positive)라 할 수 있다. 연구진은 현재는 수소를 생산만 하고 있지만 청정하면서 가치 높은 연료로 활용하기 위해 수집되거나 고부가 유기화학물질을 제조하기 위해 수소와 전자가 결합될 수 있다고 밝혔다.

현재 영국에서 사용되는 총 전기의 약 2%가 하수 처리를 위해 사용되고 있다. 뉴캐슬 대학의 Tom Curtis 교수는 “우리는 하수처리를 위해 많은 양의 전기를 소비하고 있다. 이는 완전히 불필요한 일이다. 하수에는 처리를 위해 필요한 에너지보다 약 2~3배나 많은 에너지를 포함하고 있다. 따라서 우리는 이 에너지를 활용하여 자가 전기 공급이 가능한 폐수 처리 시스템을 만들 수 있을 뿐만 아니라 남는 에너지를 다른 곳에 활용할 수도 있다”고 말했다.

또한 Curtis 교수는 “시스템의 장점은 일반적인 주변 온도 하에서 하수를 처리할 수 있다는 것이다. 대부분의 혐기성 소화조(Anaerobic Digester)에서는 고에너지의 농축된 식량원과 적절한 열이 필요하다. 이는 우선 수분이 제거되어야 한다는 것이며, 이를 위해서는 다량의 에너지가 필요하다. 연구진이 개발하고 있는 시스템은 하수를 식량원으로 하는 미생물을 이용하는 것으로 기존 대비 장점이 많다”고 설명하였다.

                                                      [출처 : KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑(GTB)』2013. 09. 19]

 

 

 

                                           Professor Tom Curtis, Newcastle University,

EPSRC-funded scientists have developed a process using microbes which removes the need to use electricity to process sewage at treatment plants. The microbes can also be used to produce large quantities of valuable hydrogen gas, a source of clean energy.

 

The team at Newcastle University and Northumbrian Water Ltd unveiled their research ("Fuelling the future") at the British Science Festival. They trialled out a hydrogen Microbial Electrolysis Cell (MEC) on sewage at a waste water treatment works on Tyneside.
 
As the raw sewage is pumped through the Microbial Fuel Cell, microbes growing on the carbon felting strip the electrons off the 'food' or sewage and transfer these to the anode, producing electricity.

 

Meanwhile the hydrogen ions that are left migrate to the cathode where they are reunited with the electrons which have been topped up with just enough energy to allow them to turn the hydrogen ions into hydrogen gas. The energy required to "top up" the electrons is less than the energy released. So the system is potentially energy positive.
 
Currently this hydrogen is released, but the team say that the hydrogen could be collected as a clean and valuable fuel or, better still, the electrons and hydrogen could be combined to make higher value organic chemicals.
 
Currently around two per cent of all electricity used in the UK is used to treat wastewater.
 
Professor Tom Curtis from Newcastle University says: "We spend a lot of electricity treating sewage and it's totally unnecessary. Waste water contains two to three times more energy than we use to treat it so if we can harness that energy we can not only close the loop on sewage treatment to create a totally self-treating system, we will also have spare energy to use elsewhere.
 
"What's really clever about this system is that it works on raw sewage at ambient temperature. Most anaerobic digesters require a high-energy, concentrated food source and heat to work properly which means the water has to be removed first and this is an energy-expensive process.
 
"What we have developed is a system that feeds on the waste as it arrives at the plant ? the whole lot goes in and the microbes do all the hard work."