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미생물로 인간 배설물을 식량으로 바꾸는 기술, 저가격의 액체 금속 배터리, 공중 부양 기술에 음파를 이용하는 미래 기술

by 필요한정보 2020. 6. 5.

미생물로 인간 배설물을 식량으로 바꾸는 기술, 저가격의 액체 금속 배터리, 공중 부양 기술에 음파를 이용하는 미래 기술

안녕하세요? 오늘은 미생물로 인간 배설물을 식량으로 바꾸는 기술, 저가격의 액체 금속 배터리, 공중 부양 기술에 음파를 이용하는 미래 기술에 대해 공유하겠습니다.


미생물로 인간 배설물을 식량으로 바꾼다?


미생물 사진

영화 '마션'을 보셨나요?

그 영화에서 나왔던 것처럼 인류가 미래에 우주에 개척지를 건설하게 된다면 인간의 배설물이 중요한 거름이 될 것입니다.

인간의 배설물은 다른 동물과 마찬가지로 많은 영양분이 남아 있기 때문이죠.

우리 조상들도 이를 발견해서 이를 거름이나 퇴비등으로 유용하게 사용해왔습니다. 바로 비료로 사용한 것이죠. 

옛날에는 지금처럼 인공 비료가 없었으니까요.

하지만 태양,공기, 물과 땅을 마음대로 활용용할 수 있는 지구에서는 인간의 배설물을 거름으로 만들어 식물을 재배하고 여기서 식량을 얻는 것은 별 문제가 없어도 유인 우주기지나 비좁은 우주선에서는 힘들 수도 있습니다. 

그래서 아주 적은 에너지로 좁은 공간에서 인간의 배설물을 식량자원으로 바꿀 수 있다면 더 유용하고 획기적일것입니다. 

미국 펜실베니아 주립대학의 연구팀은 인간의 배설물을 미생물을 이용해서 유용한 영양분으로 변화시키는 연구를 진행했습니다. 

사실 자연계에서 배설물 안의 유기물을 분해해서 단백질이나 지방으로 바꾸는 미생물은 매우 흔하게 존재합니다. 

그리고 우리가 요즘 사용하는 하수 정화시설도 이런 미생물의 도움을 받고있습니다.

미국 펜실베니아 주립대학의 연구팀은  길이 122cm, 지름 10cm 크기의 원통형 실린더 내부에 인간의 배설물과 유사한 유기물을 넣고 Methylococcus capsulatus라는 미생물을 이용해서 분해했습니다. 

Methylococcus capsulatus는 배설물 안에 존재하는 풍부한 유기물을 분해해 높은 농도의 지방과 단백질로 바꿀 수 있습니다.

이렇게 처리된 물질 안에는 아직 많은 다른 미생물이 존재하기 때문에 이 미생물 자체를 아직 먹을 수는 없습니다. 

일반적인 소변 안에는 세균이 거의 없지만, 보통 대변은 거의 세균 덩어리라고 할 수 있으며 이 가운데는 다른 사람의 위장에 들어가 염증을 일으킬 가능성이 있는 균도 있기 때문입니다. 

게다가 배양 과정에서 뜻하지 않은 외부 세균이 침입해 증식할 가능성도 있습니다. 

따라서 연구팀은 높은 온도로 가열하거나 고알칼리 환경을 만들어서 세균을 모두 죽이고 영양분만 추출하는 방법을 연구 중입니다. 

다만 일부 세균은 이런 가혹한 환경에서도 잘 살기때문에 적절한 살균 방법이 필요합니다. 

하지만 이런 방법이 성공하더라도 순수하게 정제된 지방 덩어리와 단백질을 선호할 사람은 아마도 많지 않을 것 같습니다. 

우리가 평소 먹던 음식의 맛과 너무 다를 테니까요. 

이를 이용해서 예를 들어 인조 고기같은 맛있으면서도 건강에 좋은 인공 음식을 만들어야 성공할 수 있을 것 같습니다. 


저가격 액체 금속 배터리


최근 4차 산업이 발달하면서 대용량 에너지 저장 장치에 대한 수요가 점점 커지고 있습니다. 

공장, 주요 산업시설, 대형 병원, 데이터 센터 등 24시간 전력 공급이 필요한 시설이 늘어난 것도 이유지만, 더 중요한 이유는 태양광과 풍력 같은 신재생에너지 비중이 늘어나면서 안정적인 에너지 공급을 보장할 에너지 저장 장치의 수요가 커졌기 때문입니다. 

여기에는 물의 위치 에너지를 이용하거나 높은 고온의 용융염을 이용하는 방식은 물론이고 배터리 방식 등 여러 가지 방법이 있습니다. 

그 가운데 현재 널리 사용되는 리튬 이온 배터리가 너무 비싸다는 가장 큰 문제점이 있습니다. 

그러므로 더 저렴하게 이용할 수 있는 배터리에 대한 연구가 꾸준한 이뤄지고 있는 이유입니다. 

미국 MIT의 연구팀은 지난 1968년에 제안했던 액체 금속 배터리 Liquid-metal batteries의 실용화를 앞당길 새로운 디자인을 선보였습니다. 

이 배터리는 배터리 전해질로 높은 온도에서 녹인 용융염(molten salt)을 사용하는 것으로 저렴한 가격과 매우 높은 에너지 저장 효율을 지녔지만, 전극 등 다른 부분을 높은 온도에서 안정적으로 유지하기 힘들어 상용화되지 못하고 있습니다. 

이 연구팀은 옛날처럼 얇은 세라믹 한 층을 사용하기 보다 특수 코팅된 금속 그물망 (specially coated metal mesh)을 사용한 분리막을 개발했습니다.

연구를 이끈 MIT의 도날드 샤도웨이(Donald Sadoway) 교수는 액체 금속 배터리 분야의 선구자로 대용량의 저렴한 용융염 소듐 배터리를 만들기 위해 노력하고 있습니다. 

연구팀은 쉽게 구할 수 있는 철제 금속 그물망에 titanium nitride 코팅을 하는 것이 제조도 간단하고 성능도 더 좋게 나온다고 설명했습니다. 

 물론 경쟁적으로 낮은 온도에서 다루기 쉬운 형태의 저렴한 전해질 배터리가 개발되고 있기 때문에 차세대 대용량 배터리의 선두 주자가 될지는 궁금하지만 새로운 아이디어라고 생각합니다. 


공중 부양 기술에 음파 이용

물체를 공중에 부양시킬 수 있을까요?

바로 물체를 공중에 부양시키는 연구가 진행중인데 음파의 힘을 이용한다고합니다. 

이 기술을 응용하면 접촉하지 않고 물체를 혼합하거나 이동할 수 있어 여러 가지 산업적 응용이 가능할 것으로 기대되고 있습니다. 

하지만 그렇게 하기 위해서는 작은 알갱이가 아닌 약간 큰 물체도 고정하거나 이동시킬 수 있어야 합니다. 

브리스톨 대학의 연구팀은 2cm 정도 되는 물체를 공중에 단단히 고정시키는 초음파 기술을 개발했습니다. 

연구팀은 음향 트랙터 빔 (Acoustic Tractor beam)을 개발했는데 여러 개의 마주보는 스피커에서 나오는 40kHz의 초음파를 이용해서 물체를 공중에 띄우고 단단히 고정합니다. 

음파의 소용돌이가 서로 반대 방향으로 회전하면서 마치 접착제로 붙인듯이 물체를 공중에 고정시키는 것입니다. 

음향 트랙터 빔 장치를 이동시키거나 회전시켜도 물체를 그대로 고정시키는 것을 볼 수 있는데, 산업적으로 응용하기 위해서는 이런 조작이 필요하므로 굉장히 흥미로운 결과라고 하겠습니다. 

연구팀은 2cm 보다 더 큰 물체를 공중에 부양시켜 조작하기 위해 더 연구를 진행 중입니다. 

앞으로 이런 기술이 상용화되면 어떤 용기 표면에 접촉하지 않은 상태에서 물질을 이동시킬 수 있기 때문에 고순도의 약품 제조나 화합물 제조등에 활용될 수 있을 것으로 생각됩니다. 

추후에 응용이 기대되는 미래 기술이라고 생각합니다.


여기까지 제가 준비한 내용 흥미롭게 읽으셨나요?

미래 기술은 볼수록 재밌고 경이로운 것 같습니다.

그럼 다음 시간에 더 흥미로운 이야기로 만나요.

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