사우스 웨일즈 대학교(University of South Wales, USW)는 하수처리 과정에서 발생하는 온실가스의 양을 크게 줄일 수 있는 프로젝트에 추진하고 있다고 밝혔다.

'옥시하이워터(OXYHYWATER)'라는 이름의 이 프로젝트는 상하수 서비스 공급 기관인 Dŵr Cymru Welsh Water(DCWW)와 협력해 온실가스 배출량을 줄이는게 기여하고 있다.

옥시하이워터는 USW에 기반을 둔 지속가능한환경연구센터(SERC)에서 개발 중인 새로운 형태의 하수처리 방법으로, 대기 중 공기가 아닌 순수한 산소를 사용해 하수를 처리한다.

초기 연구 결과에 따르면, 이 프로젝트는 수많은 환경적 이점을 갖고 있는 것으로 나타났다.

앨런 구위(Alan Guwy) SERC 및 프로젝트 책임자이자 USW의 교수는 “순수한 산소를 이용해 하수를 처리함으로써 대기 중 공기를 사용하는 것과 비교할 때 공정 비용을 절반으로 줄일 수 있다"며 “순수한 산소를 사용한다는 것은 시스템에서 생성되는 2차 바이오매스의 양이 기존 하수처리보다 훨씬 적다는 것을 의미하며, 이는 2차 폐기물 처리에 필요한 비용과 에너지 요구량을 줄인다"고 설명했다. 이어 “밀폐형 설계와 순수한 산소를 사용으로 옥시하이워터 공정은 이산화탄소보다 지구온난화 가능성이 300배가량 큰 기존 하수처리 과정에서 배출될 수 있는 아산화질소와 같은 온실가스 배출량은 줄일 수 있다"고 덧붙여 설명했다.

옥시하이워터가 사용하는 산소는 환경 친화적 방법인 전기분해를 통해 수소와 함께 생산된다.

하이메 마사네-니콜라우(Jaime Massanet-Nicolau) 바이오 기반 화학 생산과 부교수이자 프로젝트의 공동 연구원은 “옥시하이워터를 구현함으로써, 전기를 사용해 물을 수소와 산소로 나누는 과정인 전기 분해를 통해 순수한 산소를 생산할 수 있고, 수소는 탄소 배출이 없는 연료와 에너지 저장에 사용되며, 보통 대기 중에 버려지는 산소는 옥시하이워터에 의해 사용된다"고 설명했다. 이어 "에너지를 집중적으로 사용하는 물산업이 풍부한 재생에너지와 물을 보유하고 있어 1kg의 가스를 생산하는 데 10~11L의 물이 필요한 곳에서 수소를 생산할 수 있어 환경 친화적인 이점도 있다"고 덧붙였다.

옥시하이워터의 독특한 여과 시스템을 통해서도 환경적인 이점을 얻을 수 있다.

마사네-니콜라우 박사는 “이 시스템에서 하수를 처리하는 데 사용되는 미생물을 유지하는 새로운 여과막 시스템은 훨씬 더 높은 공정 유속에서도 처리가 가능하다”며 "이는 동일한 양의 물을 더 짧은 시간에 처리할 수 있다는 것을 의미하며, 초기 결과에서는 옥시워터가 기존 공정보다 더 큰 용량의 하수를 관리할 수 있어 에너지 사용이 크게 감소할 수 있음이 나타냈다"고 설명했다.

옥시하이워터 기술은 DCWW의 자금 지원을 받아 구위 교수가 이끄는 마리 퀴리(Marie Curie) 자금 지원 박사 프로젝트의 실험실 규모에서 SERC에 의해 개발됐다. DCWW와의 지속적인 협력과 ERDF 산업용 탄소 배출 감소(RICE) 프로젝트 및 UKIR이 자금을 지원하는 IDRIC 연구 프로그램의 자금 지원으로 사우스 웨일즈의 하수처리시설에서 운영되는 파일럿 규모의 옥시하이워터 시스템을 설계하고 구축했다.

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Cost-cutting project could slash greenhouse gas emissions

A project which could significantly reduce the amount of greenhouse gas produced during the treatment of wastewater is being pioneered by the University of South Wales(USW).

The project, named ‘OXYHYWATER’ is in partnership with Dŵr Cymru Welsh Water (DCWW) and could lead to major cuts in greenhouse gas emissions.

OXYHYWATER is a novel form of wastewater treatment being developed by the USW-based Sustainable Environment Research Centre (SERC), which uses pure oxygen, rather than air from the atmosphere, to treat the effluent.

Initial findings are showing that the project has numerous environmental benefits.

“By using pure oxygen to treat the wastewater, the costs of the process could be halved when compared to that of using air from the atmosphere,” said Professor Alan Guwy, Head of SERC and project lead.

“Using pure oxygen also means that the amount of secondary biomass generated by the system is much smaller than in traditional wastewater treatments, which reduces the cost and energy requirements of secondary waste treatment.

“Emissions of greenhouse gases such as nitrous oxide – which can be emitted during conventional wastewater treatment, with a global warming potential around 300 times greater than carbon dioxide - should also be much reduced in the OXYHYWATER process due to its enclosed design and the use of pure oxygen.”

The production of the oxygen used by OXYHYWATER is a byproduct from the production of hydrogen from electrolysis, another environmentally-friendly initiative.

“By implementing OXYHYWATER, the water Industry could produce the pure oxygen through electrolysis – a process which uses electricity to split water into hydrogen and oxygen, with the hydrogen used for zero-carbon transport fuel and energy storage, and the oxygen, which would usually be discarded in the atmosphere, used by OXYHYWATER,” added Dr Jaime Massanet-Nicolau, Associate Professor of Bio-Based Chemical Production, and Co-Investigator on the project.

“There are also further green benefits as the water industry, an intensive user of energy, has both an abundance of renewable energy and water to make hydrogen where 10-11 litres of water are needed to produce a kilogramme of gas.”

Further environmental benefits from OXYHYWATER are also possible through its unique filtration system.

“The novel system of filtration membranes, which retain microbes used to treat the wastewater in the system, could allow for much higher process flow rates,” Dr Massanet-Nicolau said.

“This means that the same amount of water can be treated in less time, with initial results showing that OXYHYWATER could manage a larger capacity of wastewater than conventional processes, leading to a large drop in energy use.”

The OXYHYWATER technology was initially developed by SERC at lab scale in a Marie Curie-funded PhD project, led by Professor Guwy, with match funding from DCWW. Continued collaboration with DCWW, together with funding from the ERDF Reducing Industrial Carbon Emissions (RICE) project and the UKIR-funded IDRIC research programme, has resulted in the design and construction of a pilot scale OXYHYWATER system operated at a wastewater treatment plant in South Wales.

[출처 = The University of South Wales(https://www.southwales.ac.uk/news/news-for-2024/cost-cutting-project-could-slash-greenhouse-gas-emissions/) / 2024년 3월 18일]

[번역 = 배민지 차장]