환경기술특허연구회

폐수를 전기에너지로, 미생물 연료전지란 무엇일까?

 출처: http://blog.skenergy.com/1724

인류가 존재하는 한 폐수는 끊임없이 발생합니다. 샤워하고, 설거지하고, 청소하는 일상 모두가 폐수를 만들어 내지요. 축산폐수, 공장폐수는 그 양과 유해성이 더 심각하고요. 폐수로 인한 환경 오염도 문제지만, 폐수를 처리하는 비용도 만만치 않습니다.

많은 과학자들이 이러한 폐수를 어떻게 하면 효율적으로 처리하고 재활용할 수 있을지 연구하고 있지요. 그 중 ‘미생물 연료전지(Microbial Fuel Cell)’를 통해 폐수를 전기에너지로 변환하는 기술이 주목받고 있답니다. 미생물 연료전지란 무엇이고, 어떻게 폐수를 전기에너지로 바꾸는 것일까요?

미생물 연료전지(Microbial Fuel Cell, MFC)란?

일반적인 전지는 화학적으로 전지에너지를 저장합니다. 반면에 연료전지는 연료를 소모하여 전력을 생산하는 방식이지요. 연료전지의 발전 효율은 40~60% 정도로 대단히 높으며, 반응 과정에서 나오는 배출열을 이용하면 전체 연료의 최대 80%까지 에너지로 바꿀 수 있다고 합니다.

미생물 연료전지는 미생물을 촉매로 사용하여, 유？무기물질을 흡수하고 분해할 때 생성되는 전자를 이용합니다. 전자가 전극으로 이동하면 전력이 생성되기 때문이죠. 즉, 미생물 연료전지란 폐수와 같은 유기물질을 분해 할 때 나오는 전자를 미생물을 통해 전극으로 이동시켜 전기에너지를 만드는 시스템이랍니다.

미생물 연료전지가 필요한 이유는?

폐수, 그저 쓸모없는 지저분한 물에 불과할까요? 캐나다에 있는 한 하수처리장의 폐수를 분석한 결과, 폐수의 에너지 함량이 폐수 처리에 요구되는 에너지 량의 9.3배로 검출된 바가 있습니다. 이는 폐수의 에너지 활용을 통해 폐수처리시설의 운용뿐만 아니라 추가적인 전력생산도 가능하다는 뜻입니다. 폐수 속에는 잠재된 에너지가 굉장히 많다는 것이죠.

미생물 연료전지는 축산 폐수, 음식물 쓰레기, 슬러지(하수처리 과정에서 생기는 침전물) 등 에너지 함량이 높은 유기성 폐수를 원료로 사용합니다. 폐수는 점차 늘어나는 추세라는 점, 폐수 처리 비용 또한 만만치 않다는 점을 고려할 때 미생물 연료전지를 통한 에너지 재활용은 필수적이라고 할 수 있습니다.

미생물 연료전지의 작동 과정

1석 3조, 미생물 연료전지

미생물 연료전지는 폐수 농도와 상관없이 여러 물질이 혼합된 유기물질을 분해합니다. 생활폐수와 축산 폐수, 공업 폐수 등 여러 곳에 적용할 수 있지요. 이뿐만이 아닙니다. 폐수 처리 시 슬러지 처리에 많은 비용이 들어가는데요. 미생물 연료전지는 유기물을 분해하며 슬러지를 감소시키기 때문에 슬러지 처리 비용 절감에 큰 도움이 되기도 한답니다.

하지만 가장 중요한 것은 미생물 연료전지로 만든 전력으로 폐수 처리 공정을 독립적으로 운영할수 있으며, 추가적인 전력 생산이 가능하다는 점입니다. 이산화탄소를 발생시키지 않으면서도 전력까지 생산해낸다니, 매력적인 친환경 기술 아닌가요?

미생물 연료전지는 분명 다양한 장점과 잠재성을 갖고 있지만, 아직 실제 폐수 처리장에 적용하기에는 기술력이 부족하고, 전력 효율이 낮다는 점이 있답니다. 소형 모델 개발에는 성공했지만, 대형화에는 어려움이 많다는 점도 극복해야 할 과제이고요. 미생물 연료전지, 완벽한 상용화를 위해선 지속적인 연구와 관심이 필요하겠죠? 폐수 모두가 재활용되어 유용한 에너지로 쓰인다면 얼마나 좋을까요? 기분 좋은 상상, 조만간 현실이 되길 바랍니다!