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  1. 2015.12.21 친환경 에너지, 똥과 오줌에서 찾는다
  2. 2010.11.22 친환경에너지, 개똥에도 있다!?

친환경 에너지, 똥과 오줌에서 찾는다

광활한 논 위로 펼쳐지는 붉은 노을. 시골 길을 달리다 보면 아름다운 경치에 푹 빠진다. 하지만 이내 분위기를 깨는 불청객이 있으니, 바로 냄새. 시골 냄새로 불리는 특유의 구린내 주인공은 똥이다. 대게 똥은 사람들에게 더럽고 냄새나고 쓸모없는 존재로 여겨진다. 똥 냄새가 나면 절로 얼굴이 찌푸려지고 코를 막곤 한다. 하지만 ‘똥도 약에 쓰려면 없다’는 말이 있지 않은가. 더럽기만 했던 똥, 이제 더는 쓸모없는 존재가 아니다. 똥이 화석연료를 대신 할 친환경 에너지가 될 수 있으니까 말이다. 

지난해 11월, 영국 시내에 독특한 버스가 등장했다. 버스 한쪽 벽면에는 화장실에서 볼일을 보는 사람들의 모습이 그려져 있다. 이런 디자인을 갖게 된 이유는 이 버스가 사람의 똥으로 움직이는 버스이기 때문이다. 세계에서 최초로 똥을 에너지원으로 하는 이 ‘똥 버스’는 벌써 운행을 시작해 브리스톨 공항과 배스 시내를 연결하고 있다. 

 

사진. 똥을 에너지원으로 하는 영국의 바이오 버스(출처: GENeco)



똥 버스를 움직이게 에너지원은 정확하게 말해서 똥에서 나오는 메탄가스다. 똥의 55~75%는 물이고, 25∼45%는 메탄가스 물질로 이뤄져 있다. 메탄은 천연가스(LNG)의 주성분이다. 따라서 똥이 현재 지구에서 사용할 수 있는 양이 점점 줄어들고 있는 화석연료를 대체할 수 있는 바이오 에너지가 되는 셈이다. 

똥에서 메탄가스를 추출하기 위해서는 산소를 싫어하는 혐기성 미생물이 필요하다. 주로 클로스트리듐(Clostridium)이나 신트로픽박테리아(Syntrophic Bacteria), 메타노사르시아 바르케리(Methanosarcia barkeri)를 사용한다. 이 미생물들은 유기물을 섭취한 뒤 탄화수소나 유기산, 질소화합물 등을 분해하고 탄산가스나 메탄가스를 방출한다. 큰 탱크에 똥을 담고, 여기에 미생물을 넣어주면 이 둘이 서로 반응해 나온 메탄가스를 한 데 모아 에너지원으로 쓸 수 있다. 

최초의 똥 버스는 연료를 버스 지붕 위 탱크에 담아 사용한다. 한 번 충전하면 300km의 거리를 주행할 수 있는데, 사람 다섯 명이 1년 동안 배설한 똥의 양과 같다. 이 연료는 실제로 브리스톨 지역에 사는 주민들의 똥으로 만든 것이다. 브리스톨 하수처리장에 모인 배설물과 하수, 음식물 쓰레기에서 모아서 만든 것으로, 이곳에서 매년 1,700만㎥의 바이오 가스를 만들어 8,300가구에 전력을 공급할 수 있다. 

실제로 똥을 에너지로 사용하는 바이오 가스는 이미 활발하게 이용돼왔다. 독일의 축산 농가에서는 젖소를 기르면서 나오는 똥의 바이오 가스로 전기를 만들어 썼다. 미국 샌프란시스코에서는 공원에 널려 있는 애완동물의 똥을 모아 전기를 만들어 가로등을 켰다. 우리나라에서는 2008년 국립축산과학원에 바이오 가스 생산시설을 만들어 하루 10톤의 가축 분뇨로 300kW의 전기로 만들기도 했다. 

똥의 활약에 오줌도 가만히 있을 수 없다. 최근에는 오줌으로 전기에너지를 만드는 기술이 개발됐다. 영국 브리스톨 웨스트잉글랜드대의 이에로풀로스 교수와 연구진들이 오줌으로 전기를 생산할 수 있는 미생물 연료전지(MFC, Microbial Fuel Cel)를 만든 것이다. 

이 기술에서도 미생물이 중요하다. 미생물 연료전지가 썩은 과일이나 죽은 파리, 생활하수, 오줌을 미생물이 분해하는 원리를 이용한 장치이기 때문이다. 일단 실린더에 미생물을 겹겹이 쌓는다. 그리고 이 실린더에 오줌을 통과시키면 미생물이 오줌에 포함된 포타슘이나 소듐 성분을 분해하고, 이 과정에서 생기는 화학에너지를 전기 에너지로 바꿀 수 있다. 

이 미생물 연료전지는 화석연료를 쓰지 않아 친환경적일 뿐만 아니라 에너지효율이 85%로 매우 높다. 또 미생물 연료전지 하나를 만드는 데 드는 비용은 1파운드(약 1,700원)정도에 불과하다. 따라서 이 전지로 화장실을 만들 경우 600파운드(약 100만 원) 정도면 충분하다. 앞으로 생활편의시설이 제대로 갖춰지지 않은 난민캠프 같은 지역에 효율적으로 사용될 수 있을 것으로 보인다. 

사람은 평생 10~20톤 정도의 엄청난 양의 똥을 싼다. 지구에 사는 70억 명의 사람이 한 해 배출하는 대변은 2천 900억㎏, 소변은 19억 8천만ℓ나 된다. 앞으로 이 양을 모두 에너지로 바꿔서 사용한다면 연간 최대 약 10조 8천억 원의 비용을 절약할 수 있다고 한다. 앞으로 똥과 오줌이 환하게 밝혀 줄 세상이 기대된다. 

글 : 이윤선 과학칼럼니스트

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오늘 저녁에도 어김없이 애완견과 산책에 나선 나향기 씨.
여유롭게 공원을 걷고 있는데 전봇대 옆에서 강아지가 멈춰 선다. 온몸에 잔뜩 힘을 주는 강아지. 잠시 후, 황금빛 물체가 그 자리를 빛내고 있다. 나향기 씨는 언제나처럼 미리 챙겨 온 봉지를 꺼내 물체를 담고는 공원 귀퉁이에 자리한 특수 장치로 향한다. 그곳에는 이미 적지 않은 사람들이 줄을 서 있다. 다들 한 손에는 애완동물 목줄을, 다른 한 손에는 나향기 씨와 같은 봉지를 들고 있다. 드디어 그녀 차례가 돌아왔다.

“오늘도 한 건 하셨군요, (강아지 머리를 쓰다듬으며 육포 한 봉지를 꺼내준다) 우리 멍멍이, 잘 싸줘서 고마워~!”

공원 관리자는 나향기 씨에게 봉지를 건네받아 내용물을 특수 장치에 넣는다. 그러자 가로등이 하나 더 켜지며 공원이 밝아진다.

사람들이 저마다 들고 있던 봉지에는 과연 무엇이 담겨 있었을까? 정답은 바로 애완동물의 ‘똥’. 쓸모없이 버려지는 애완동물의 배변이 공원을 밝히는 에너지원으로 사용된 것이다.

먼 미래의 이야기 같지만, 이미 미국의 한 공원에서는 애완동물의 배변으로 조명을 밝히고 있다. 2010년 9월 미국 뉴잉글랜드 매사추세츠주(州) 케임브리지 지역의 스파크 공원이 선보인 이색 친환경 프로젝트가 그것.

이 공원에 설치된 특수 장치는 프로젝트 예술가 매튜 모조타가 메사추세츠공과대학교(MIT)와 케임브리지 시의 도움을 받아 완성됐다. 애완동물의 배변을 특수 미생물 분해 봉지에 담은 후 이 장치 안에 넣으면 메탄 압축기와 무산소 박테리아를 통해 배변이 분해돼 메탄가스로 바뀌게 된다. 이렇게 생성된 메탄가스는 튜브를 타고 공원 램프로 올라가 불을 켜는데 사용된다.

이제 애완동물을 비롯한 가축의 분뇨는 예전처럼 비료로만 쓰이지 않는다. 전기를 생산할 수 있는 메탄가스를 만들 수 있기 때문이다. 또 가축분뇨를 메탄가스로 만들면 악취와 환경오염의 주범을 한 가지 줄일 수 있다는 장점도 있다. 비료와 전기에너지의 원료, 분뇨의 친환경적 처리 등 일석삼조의 효과를 톡톡히 누릴 수 있는 셈이다. 메탄가스는 생물체에 의해 만들어지는 가스로, 바이오가스라고도 불린다.

그렇다면 가축의 분뇨가 어떻게 바이오가스로 변하는 걸까. 결론부터 이야기하면 미생물에 의한 발효 때문이다. 가축분뇨는 고농도의 유기물인데, 미생물이 이것을 분해하면서 메탄 등의 가스를 발생시키는 것이다. 가축분뇨를 밀폐형 탱크 한 군데에 모아두면 미생물의 분해작용을 거쳐 유기산이 만들어지고, 이것을 다시 한 번 발효시키면 메탄가스 등의 기체가 발생한다. 바로 이 기체혼합물이 전기를 만드는 원료가 된다.

바이오가스를 잘 만들기 위해서는 미생물이 활발히 활동할 수 있는 환경을 조성해 주는 것이 중요하다. 때문에 온도와 산성도(pH)를 조절하는 것이 바이오가스 생산 공정의 핵심이다. 일부 기업에서는 생성된 메탄가스를 고순도로 추출해내는 기술까지 개발해 바이오가스 생산설비의 효율성을 높이고 있다.

이렇게 만들어진 바이오가스는 천연가스처럼 가스보일러를 돌리거나 축사를 따뜻하게 만드는 데 사용된다. 또 원동기를 돌려 전기와 열을 동시에 얻는 열병합발전도 가능하다. 바이오가스를 정제하면 자동차, 기차 및 도시가스의 연료로도 이용할 수 있어, 바이오가스 연료전지도 활발히 연구되고 있다.

사실 독일 같은 선진국에서는 일찌감치 바이오가스 공장을 세우고 소나 돼지의 똥, 오줌으로 전기를 생산해 왔다. 바이오가스를 만드는 과정에서 나오는 찌꺼기로는 액체비료도 만든다. 독일 북해 근처의 한 마을만 해도 매일 축산 분뇨 210톤과 음식물쓰레기 90톤을 발효시켜 시간당 2,524kW의 전기를 만들고 있다. 이는 1,555가구가 사용할 수 있는 양이라고 하니, 실로 대단한 규모다.

우리나라도 ‘저탄소 녹색성장’에 맞춰 이 분야에 지속적으로 투자하고 있다. 농촌진흥청은 이미 2009년 9월 경기도 수원 국립축산과학원에서 바이오가스 생산시설 준공식을 마쳤다. 또 축산과학원에서는 바이오가스 생산시설을 설치해 하루 10톤의 가축 분뇨로 300kW의 전기를 만들고 있다. 이는 농가 30곳이 하루 동안 사용할 수 있는 양이다.

농림수산식품부는 2010년부터 가축분뇨 에너지화 사업으로 하루에 100톤 규모의 바이오가스 시설 3개소를 시범적으로 실시한다고 발표했다. 이미 정읍, 영광이 시범사업자로 선정돼 있고 나머지 한 곳은 현재 선정 중이다. 평가 결과에 따라 2013년까지 15개소로 확대하는 것이 목표다. 앞으로 시범 사업소에서는 가축분뇨와 음식 잔재물 등을 원료로 전기, 가스를 생산해 한전에 판매하고 일부는 축사, 원예시설, 농산물 건조장 등에 공급할 계획이다.

가축분뇨 에너지화 사업은 축산농가의 골칫거리를 친환경적으로 처리한다는 장점도 있다. 일반적으로 가축분뇨를 처리하는 과정에는 메탄과 이산화탄소가 발생한다. 이들은 대표적인 온실기체인데, 바이오가스 생산기술을 이용하면 이들을 줄일 수 있다. 바이오가스를 만들고 남은 물질로는 퇴비 등 유기질비료와 액체비료도 만들고, 발전 과정에서 나오는 따뜻한 물로는 지역난방도 할 수 있다.

특히 2006년 발효된 런던협약에 포함된 ‘가축분뇨 해양투기 금지’ 문제를 해결할 수 있다는 점에서도 기대를 모으고 있다. 런던협약에 따르면 2012년부터는 바다에 가축분뇨 등 폐기물을 버릴 수 없다. 그런데 2008년 한국이 바다에 버린 가축분뇨 총량이 146만 톤이라는 점을 생각하면 바이오가스 생산설비가 얼마나 중요한지 알 수 있다.

가축분뇨를 친환경적으로 처리하고 화학비료 사용과 연료비를 줄이는 기술, 온실가스 방출과 해양오염 등의 환경문제도 해결할 수 있는 귀한 기술이 바로 ‘가축분뇨 바이오가스 생산기술’이다. 앞으로 과학기술계에서는 ‘개똥도 약에 쓰려면 없다’는 속담 대신 ‘개똥도 에너지로 쓰려면 없다’는 속담이 유행하게 될는지 모른다.

글 : 과학향기 편집부

※ 과학향기 제1010호 ‘돼지 똥 함부로 보지 마라, 에너지 아니더냐!(2009년 11월 18일자)’에서 일부 내용을 발췌했음을 밝힙니다.
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