"버려지는 소변, 비료로 재탄생"…스탠퍼드의 지속가능 해법

‘네이처 워터’에 관련 논문 발표…"자원 재활용에 초점"

(지디넷코리아=이정현 미디어연구소)미국 스탠퍼드대 연구진이 태양광을 활용해 사람의 소변을 비료로 전환하는 혁신적 시스템을 개발했다. 과학전문 매체 인터레스팅 엔지니어링(Interesting Engineering)은 최근 이 연구 성과를 보도했다.

연구팀이 개발한 기술은 소변 속 질소를 효과적으로 추출해 비료로 바꾸는 동시에, 태양광을 에너지원으로 활용해 비료 생산 과정의 전력 문제까지 해결했다. 이에 따라 자원이 부족한 지역에서 위생 문제 개선은 물론, 농업 생산성과 에너지 확보에도 기여할 수 있는 지속 가능한 솔루션이 될 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 국제학술지 '네이처 워터(Nature Water)'에 최근 게재됐다.

미국 연구진이 태양광을 이용해 사람의 소변을 비료로 바꾸는 시스템을 개발했다. (사진=클립아트코리아)

해당 논문 수석 저자 윌리엄 타르페 스탠포드 대학 화학공학 조교수는 “폐기물을 새로운 기회로 활용하는 것이 이번 프로젝트의 핵심이다"고 설명했다. 그는 이 시스템이 손실되거나 환경에 해를 끼칠 수 있는 영양소를 포집해 작물에 필요한 비료로 전환시킨다며, 여기서 중요한 것은 이 과정이 추가적인 전력 없이 이루어진다는 점이라고 설명했다.

개발된 시스템은 태양광으로 만든 전기로 소변 속 질소 성분을 암모니아 비료로 바꾼다. 전기가 이온을 끌어당겨 소변 중 암모니아를 모으고 이후 농업에서 흔히 쓰이는 비료 황산암모늄으로 바꾸는 방식이다.

비료의 핵심 성분인 질소는 일반적으로 탄소 집약적인 시설에서 생산된다. 하지만, 인간의 소변에는 전 세계 비료 수요의 약 14%를 충족할 수 있는 양의 질소가 들어 있다.

연구진은 이번에 태양광 패널 뒤에 구리 관을 사용, 패널에서 발행하는 폐열을 포착하는 방식으로 시제품을 개선해 전력 생산량을 약 60% 증가시키고 암모니아 회수율을 20% 이상 향상시켰다.

해당 논문의 주저자이자 스탠포드대학 기계공학 박사 과정 오리사 쿰스는 사람의 소변이 정원에 비료를 공급할 만큼 충분한 질소를 생성한다는 점에 주목했다. 그녀는 이 시스템을 통해 햇빛만 사용하여 필요한 곳에 직접 비료를 생산할 수 있다고 덧붙였다.

비료 가격이 비싸고 전기가 부족한 우간다와 같은 지역에서는 이 시스템을 통해 회수된 질소 1kg당 최대 4.13달러의 수익을 창출할 수 있다. 이는 미국보다 두 배 이상 높은 수익이다.

또, 이 기술은 농업 및 에너지 부문의 이점, 그 이상을 제공한다. 소변에서 질소를 제거해 남은 물을 안전하게 방류하거나 농업용으로 재사용할 수 있기 때문이다.

처리되지 않은 질소는 지하수를 오염시키고 생태계를 파괴하는 녹조를 유발하는 경우가 많다. 전 세계 폐수의 80% 이상이 처리되지 않은 채 방치되고 있으며, 그 중 상당수가 저소득 및 중소득 국가에서 발생한다.

쿰스는 "물, 식량, 에너지를 완전히 별개의 시스템으로 생각하는 경우가 많지만, 이 기술은 공학적 혁신이 여러 문제를 동시에 해결할 수 있는 드문 사례 중 하나"라며, "깨끗하고 확장 가능하며, 말 그대로 태양열로 구동된다”고 밝혔다.

이정현 미디어연구소(jh7253@zdnet.co.kr)