에너지와 식수 얻기, 우주비행사의 소변 재활용 기술

▲ 연구자들이 개발한 정방향 역삼투압((forward osmosis) 방법을 이용한 수처리시스템

(서울=기술사신문) 이태진기자 = 우주 탐사에 있어서 아주 대단한 일은 아닐지 모르지만 생활에서 발생하는 쓰레기 특히 우주 비행사의 소변을 어떻게 처리해야 하는지는 매우 실용적인 문제이다. 하지만 이러한 것들을 우주 공간 속으로 배출하는 것보다 연구자들은 이들을 연료나 보다 필요한 식수로 전환시키는 새로운 기술을 개발하는데 성공했다. 일상적인 소변을 처리할 수 있는 새로운 방법을 제시하기도 한 이번 연구 결과는 학술지인 ACS Sustainable Chemistry & Engineering지에 게재되었다.

Eduardo Nicolau, Carlos R. Cabrera와 동료 연구자들은 우주로의 장기 여행에 있어서 인간이 배출하는 쓰레기(소변 등)가 전체 미션에서 나오는 쓰레기의 양의 거의 절반에 해당한다는 점을 지적했다. 따라서 이들을 재활용하는 것은 우주 조종사들의 환경에 있어 매우 중요하다. 또한 우주선에 실은 식수가 바닥나는 경우, 이 기술에 의해 처리된 소변은 훌륭한 식수가 될 수 있으며 이는 지구로부터 우주선으로 식수를 실어와야 하는 엄청난 비용을 줄일 수 있게 된다.

이전의 연구 결과는 연료전지와 조합된 정방향 삼투압(forward osmosis)이라는 기술이 전력을 만들어낼 수 있음을 보인 바 있다. Nicolau의 연구팀은 이러한 기술을 우주에서 소변을 처리하는데 이용할 수 있을 것이라고 생각했다. 그들은 소변과 샤워 후 생겨나는 물을 모은 후, 정방향 삼투압 기법을 이용해 처리했다. 이 방법은 소변의 주 성분인 요소(urea)로부터 불순물을 제거하는 방법이다. 연구자들이 개발한 새로운 요소 바이오반응기 전지화학시스템(Urea Bioreactor Electrochemical system (UBE))은 효과적으로 바이오반응기 내에서 요소를 암모니아(ammonia)로 전환시켜 주었으며 다시 연료전지(fuel cell)를 이용해 이들을 에너지로 전환시킬 수 있었다.

연구자들이 개발한 요소 바이오반응기 전지화학시스템(Urea Bioreactor Electrochemical system (UBE))은 유기 탄소(organic carbon)의 80% 이상을 제거하는데 성공했으며 약 86%의 요소를 암모니아로 전환시키는데 성공했다. 연구자들은 이들의 연구 결과가 우주 비행의 임무에 초점을 맞추고 있지만 자신들이 개발한 UBE 가 요소 및 암모니아를 포함하고 있는 수처리 시스템에도 적용될 수 있을 것이라고 말했다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 “"Evaluation of a Urea Bioelectrochemical System for Wastewater Treatment Processes" ACS Sustainable Chem. Eng., 2014, 2 (4), pp 749?754. DOI: 10.1021/sc400342x”를 참고하기 바란다.

(자료출처=KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』)