해외신기술
콜로라도대, 미생물 용량성 담수화 기술 개발
미생물배터리 기반 폐수 속 염·오염물질 제거…에너지도 얻을 수 있어
석유·가스 발굴시 발생 폐수, 간단·저렴하게 처리…재사용도 가능
미국에서는 석유 및 가스를 발굴할 때 연간 약 21억 배럴의 폐수가 발생한다. 폐수에 포함된 유기 오염물질과 염도는 처리를 더 어렵게 만들고 많은 비용이 들게 한다.
미국 콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스(University of Colorado Boulder)의 연구진은 폐수에서 염과 유기 오염물질을 자발적으로 제거하고 추가적으로 에너지를 얻을 수 있는 간단한 프로세스를 개발했다.
미생물 배터리(microbe-powered battery)를 기반으로 하는 이 새로운 기술은 저널 『Environmental Science Water Research & Technology』에 게재되었다. Zhiyong Jason Ren 조교수는 “이 기술은 하나의 단일 시스템으로 2개의 문제들을 해결할 수 있다”고 말했다. 그는 “우리의 시스템은 환경적인 문제를 해결할 뿐만 아니라 에너지도 생산할 수 있다”고 덧붙였다.
새로운 처리기술은 미생물 용량성 담수화(microbial capacitive desalination)라고 부르며, 기본적인 형태는 배터리와 동일하다. “기존의 배터리가 전류를 생성할 때 화학물질을 사용하는 것에 반해, 우리는 담수화에 사용될 수 있는 전류를 생성하기 위해 미생물을 사용했다”고 Ren 조교수는 설명했다.
미생물을 이용하는 이러한 전기화학적 방법은 폐수에서 발견되는 오염물질에 에너지가 풍부한 탄화수소가 포함된다는 점을 이용했다. 탄화수소는 석유와 천연 가스를 구성하는 화합물질로, 처리 프로세스에 사용되는 미생물은 탄화수소를 먹고 에너지를 방출한다. 방출된 에너지는 저장되었다가 폐수처리 시 필요한 장치 구동에 사용된다.
염은 물 속에서 양과 음으로 대전된 이온으로 용해되기 때문에 높은 표면적을 가진 전극 위에 대전된 이온들을 흡착함으로써 폐수 속의 염을 제거할 수 있다.
이 시스템은 폐수에서 염을 제거할 수 있게 하고, 장치를 작동하기 위해 사용하는 추가적인 에너지를 생성한다. “석유 및 가스 기업들은 폐수를 처리하려 에너지를 소비한다”며 “우리는 에너지 소모 없이 이를 처리할 수 있다”고 Ren 조교수는 강조했다.
현재 일부 석유 및 가스 폐수가 처리되고 있지만, 처리 프로세스는 다단계이고 디젤 발전기를 구동하는 데에도 많은 에너지가 필요하다. 처리의 어려움과 고비용 때문에 폐수는 종종 깊은 지하에 보관된다.
한편, 수압파쇄기술(hydraulic fracturing)의 사용이 점차 증가함에 따라 폐수처리의 필요성도 최근 커지고 있다. 수압파쇄기술은 석유와 천연 가스의 생산을 증대시키기 위해서 물, 모래, 화학물질의 슬러리를 주입하는 기술로, 이러한 작업에 물이 필요하기 때문에 수자원의 부족을 초래할 수 있다. 특히 이는 건조한 지역의 국가에서 심각한 문제가 될 수 있다. 건조 지역에서 서구의 수압파쇄기술을 사용하기 위해 물을 찾는 작업은 점점 더 어렵고 비용이 많이 든다.
이번에 연구진이 개발한 미생물 용량성 담수화는 물을 더 경제적으로 처리하고 재사용할 수 있는 가능성을 열어주며, 이 기술의 상용화를 위해 연구진은 BioElectric Inc.라는 회사를 설립했다.
연구진은 이 신기술이 석유 및 가스 회사에 유용한지를 확인하기 위해 규모를 확장하는 작업을 수행하고 있다. 단, 기술을 확장하는 비용은 수압파쇄에 필요한 물 구매 비용보다 적어야 한다. 석유 및 가스 회사들이 폐수를 재사용하도록 지방 의회가 규제한다면, 이 기술은 더 매력적이게 될 것이다.
이 연구결과는 저널 『Environmental Science: Water Research & Technology』에 ‘Microbial capacitive desalination for integrated organic matter and salt removal and energy production from unconventional natural gas produced water’라는 제목으로 게재되었다.
[출처 = KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑』 2015년 3월 4일 / 원문출처 = http://www.nanowerk.com/news2/green/newsid=39180.php]
[『워터저널』 2015년 4월호에 게재]