프랙킹 워터 위한 에너지 절약 공법 개발
가스·오일 생산 과정에서 발생한 오염수 종합적 처리기술
콜로라도대 연구팀, 셰일가스 추출시 비용 30∼40% 줄여
수압파쇄법(Hydraulic fracturing)은 지하 암석 지대에서 오일이나 가스를 추출하기 위해 이용하는 기술로, 매년 200억 배럴 이상의 오염수를 발생시키는 것으로 알려져 있다. 지하주입(underground injection)과 같이 엄청난 양의 오염수를 처리하는 현재의 방법은 지진의 원인이 되기도 하는 등 매우 큰 위험성을 내포하고 있다. 이 오염수를 재사용하는 것은 이러한 문제의 해결책이 될 수 있지만, 염(salt)이나 유기 탄화수소(organic hydrocarbon)와 같은 오염물을 제거하는 데는 많은 중간 단계를 필요로 한다.
콜로라도대 볼더캠퍼스(University of Colorado Boulder)의 Zhiyong Jason Ren와 동료 연구자들은 에너지를 생산하는 동시에 오염수로부터 염분과 유기 오염물을 동시에 제거할 수 있는 기술을 개발하는데 성공했다. 이에 대해 Jason Ren은 “이 기술의 뛰어난 점은 현재 오염물을 제거하기 위해 필요한 여러 단계의 정제 공정을 한 단계로 줄일 수 있다는 것이며 이는 하나의 돌로 여러 마리의 새들을 동시에 잡는 것과 유사하다”고 말했다.
이 프로세스의 핵심은 ‘염수제거 가능세포(desalination cell)’에 있다. 이 세포들은 박테리아가 유기탄화수소를 분해하며 만들어내는 전자들을 이용하고, 세포에 존재하는 두 개의 전극은 이 작은 배터리가 만들어내는 전자들과 상호 작용한다. 만들어진 에너지는 염과 전하를 띠는 유기물을 제거하는 데 이용될 수 있으며 이 과정을 보다 잘 유도할 수 있는 염 농도구배(salinity gradient)를 만들어낸다.
이와 관련해 이스라엘 주커버그 물 연구소(Zuckerberg Institute for Water Research)의 수처리 전문가인 Yoram Oren은 이번 연구에 대해 매우 감명을 받았다고 말하며 “이 기술은 가스와 오일을 생산하는 과정에서 발생한 오염수를 처리하기 위한 종합적 기술이다. 만약 이 기술이 상업화된다면 수처리 분야나 환경 보호 분야에 큰 공헌을 할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
이 기술은 현장에서 물의 재사용을 가능하게 할 수 있기 때문에 집진시설이 필요없고 운반 차량으로부터 오염물의 양을 줄일 수 있으며 산업적으로도 유용하다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 [C Forrestal et al, Environ. Sci.: Water, Res. & Tech., 2015, DOI: 10.1039/c4ew00050a]을 참고하기 바란다.
Energy positive treatment for fracking water
$5 billion (￡3 billion) is the estimated annual cost for disposing of contaminated water produced during shale gas extraction. Now, researchers in the US have developed a new technology that could reduce the cost of dealing with this water by 30∼40%.
Hydraulic fracturing, the process used to extract oil and gas from underground rock formations, produces over 20 billion barrels of contaminated water every year. Current methods, such as underground injection, to dispose of these vast quantities of contaminated water have risks, including a chance of initiating earthquakes. Reuse of this water avoids disposal issues, but requires multiple treatment processes to remove contaminants such as salts and organic hydrocarbons.
Zhiyong Jason Ren and colleagues from the University of Colorado Boulder have developed a technique that can simultaneously remove organic pollutants and salinity from contaminated water whilst producing energy. ‘The beauty of this technology is that it can replace five or six current processes with one to kill multiple birds with one stone,’ he says.
Key to the process is a microbial capacitive desalination cell. The cell uses a mutually beneficial process where bacteria break down organic hydrocarbons, generating electrons. Two electrodes in the cell interact with these electrons creating a little battery; the energy created can be used to remove salts and charged organics, creating a salinity gradient which further drives the process.
Yoram Oren, a desalination and water treatment expert at the Zuckerberg Institute for Water Research in Israel, is impressed by the technique. ‘It offers an integrative method for treating contaminated water from gas and oil production processes - an extremely serious issue.’ He believes that if commercialised, it will be an important contribution in the fields of water treatment and environmental protection.
The technology enables onsite water reuse, so it no longer needs to be collected for disposal, reducing noise pollution from transportation trucks, benefitting both industry and the community. With energy companies eager to test the technology in the field, Ren’s team is now working to scale up the process.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014년 11월 7일 / 원문출처 : http://www.rsc.org/chemistryworld/2014/11/reclaimed-fracking-water-treatment-shale-gas]
[『워터저널』 2014년 12월호에 게재]