미생물연료전지를 활용한 폐수처리 기술개발

예전에 나왔던 미생물활용기술입니다. 참조바랍니다.

이스라엘, 미생물 연료전지를 활용한 고효율 폐수처리 기술 개발

이스라엘의 Emefcy사는 폐수처리에서 발생하는 에너지 낭비를 줄일 수 있는 공정을 개발하였다. 이러한 공정에 대해 GE, NRG Energy, ConocoPhillips의 합작 투자사는 최초로 외국기업인 Emefcy사에 투자를 하였다. 일반적인 폐수처리는 전세계 에너지 생산능력의 2%인 약 80,000 MW를 소비하고 있으며, 이는 연간 400억 달러에 해당하는 비용이다. 일반적인 미생물 연료전지(Microbial Fuel-cell) 기술과 고유의 엔지니어링 기술을 사용하는 Emefcy의 공정은 폐수로 부터 전체 공정에 전기를 공급할 수 있을 정도의 에너지를 수확할 수 있다. 특히 탄소가 풍부한 산업폐수를 처리할 때는 그리드로 보낼 수 있을 정도의 많은 전기를 생산할 수 있다고 Emefcy는 언급하였다.

 

미생물 연료전지에서 자연적으로 발생하는 미생물은 폐수를 산화시킨다. 폐수 속에서 임계거리를 유지하고 있는 양극와 음극은 산화과정에서 얻어지는 전자를 이용하여 전기회로를 구성하게 된다. Emefcy의 Ely Cohen는 “우리의 공정은 에너지 소비를 줄여 폐수처리 비용을 30~40%까지 절감할 수 있다. 그리고 트럭으로 처리되어야 하는 슬러지 양의 80%까지 저감이 가능하다.”라고 설명하였다.

 

그동안 폐수처리는 강제적으로 물속에 공기를 주입하는 방식을 사용해왔다. 이러한 방식은 미생물 전지의 활성에도 중요하다. Emefcy는 더 많은 폐수를 공기에 노출시키고 있으나, 물속에 공기를 주입하기 위해 많은 에너지를 사용하는 펌핑 공정을 사용하지 않았다. 그 대신 직경 1.7 미터, 높이 4 미터의 튜브로 만들어진 바이오제닉 반응기(Biogenic Reactor)에 폐수를 통과시킨다.

 

Emefcy의 CEO인 Eytan Levy는 “이 반응기는 두 부분으로 나누어져 있다. 한 쪽에서는 공기 없이 많은 양의 폐수가 흐르고 반대편에는 공기만 있다. 이 두 부분은 멤브레인에 의해 분리되고, 박테리아가 자라는 전기 전도성 표면에 연결되어 있다.”라고 설명하였다. 박테리아에 의해 생산된 전자는 미생물의 표면에서 발견되는 머리카락 같은 섬모(Pili)로 이루어진 나노와이어(Nanowire)를 통해 공기 중의 산소로 이동한다. Levy는 “이러한 반응기 조건하에서 박테리아는 섬모가 전기 전도성을 갖게 변환시킬 수 있어 금속 와이어처럼 행동하게 된다.”라고 덧붙였다. 또한 코팅된 플라스틱으로 된 전극은 경제적이면서 유지가 용이하다. 연료전지 각각의 스택(Stack)은 하루에 10 입방미터의 폐수를 처리할 수 있으며, 수명은 15년 정도이다. 스택은 모듈 기반으로 추가될 수 있어, 초기 인프라에 대한 투자비용 부담을 덜어 준다. Emefcy는 이번 7월부터 생산을 희망하고 있으며, 2012년 초에 첫번째 판매를 목표로 하고 있다.

 

최근 Fuel Cells 저널에 바이오연료전지 기술 현황을 소개한 이스라엘 히브리대학(Hebrew University)의 Itamar Willner 교수는 “미생물 연료전지를 이용한 폐수처리는 아직 도전 단계에 있다. 시험규모의 시스템과 수천 톤의 폐수를 처리할 수 있는 실제 시스템의 사이에는 엄청난 차이가 존재한다. 또한 실험실에서 사용하기 위해 인위적으로 만들어지는 폐수와 실제 폐수 사이에도 큰 차이가 있다.”라고 언급하였다.

 

이스라엘 벤 구리온 대학(Ben-Gurion University)에서 미생물 연료전지의 유전자 조작을 연구해온 Lital Alfonta 교수는 “국제 컨퍼런스에서 Emefcy가 개발한 공정에 대한 관심이 커지고 있다. 이들은 매우 경제적인 재료를 사용하면서 최대 전력출력이 가능하다. 또한 전극을 적층하는 방법을 사용하여 보다 많은 표면적을 제공한다.”라고 말한다. 그러나 Alfonta는 전자가 전극에 도달할 수 없기 때문에 미생물에서 생성되는 80%의 에너지가 공정 중 사라질 수 있다고 설명하였다. 따라서 Alfonta 교수는 미생물을 유전적으로 조작하여 미생물과 연료전지의 전극사이에 전자이동 효율을 개선하는 방안에 대해 연구 중이다.