"버려지는 소변, 비료로 재탄생"…스탠퍼드의 지속가능 해법
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. 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.
