우리는 소변을 고형 비료로 바꾸는 방법을 찾았습니다

Dec 16, 2023

스웨덴 농업과학대학교 환경공학 박사과정

스웨덴 농업과학대학교 환경공학 교수

스웨덴 농업과학대학교 환경공학 박사후연구원

Prithvi Simha는 소변 탈수 기술 상용화를 목표로 하는 회사인 Sanitation360의 지분을 소유하고 있습니다.

Björn Vinnerås는 Sanitation360 AB의 주식을 소유하고 있습니다. 그는 스웨덴 연구 위원회 Vetenskapsrådet, Formas, VINNOVA(스웨덴 혁신 기관), EU H2020 프로젝트 Run4Life 및 REWAISE로부터 자금을 지원받습니다.

Jenna Senecal은 소변 탈수 기술 상용화를 목표로 하는 회사인 Sanitation360의 CEO입니다.

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오늘 여러분이 먹을 음식의 대부분은 지속 가능한 방식으로 재배되지 않았을 가능성이 높습니다.

글로벌 식량 생산 시스템은 지구의 자연적인 질소와 인 순환에 인간이 미치는 가장 큰 영향을 미칩니다. 작물이 얼마나 자랄 수 있는지는 토양에 있는 이 두 가지 요소의 양에 따라 제한되므로 비료로 사용됩니다.

그러나 대부분의 비료는 공기 중의 질소를 암모니아로 변환하여 만들어집니다. 암모니아는 세계 에너지의 2%를 소비하고 화석 연료에 크게 의존하거나 인산염과 같은 유한 자원을 채굴하여 만들어집니다.

이 문제에 대한 해결책은 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 더 가까울 수 있습니다. 우리가 음식을 통해 섭취하는 대부분의 영양소는 소변으로 배출됩니다. 왜냐하면 우리 몸에는 이미 충분한 양이 들어 있기 때문입니다. 그러나 이러한 영양소는 다시 포집되는 대신 세척되고 희석된 후 폐수 처리장으로 보내져 깨끗이 제거되어 환경으로 안전하게 방출될 수 있는 폐수를 남깁니다.

폐수의 영양분이 가장 풍부한 부분은 인간의 소변으로 전체 부피의 1% 미만을 차지하지만 질소는 80%, 인은 50% 함유되어 있습니다. 우리는 이 소변을 귀중하고 지속 가능한 농지 비료로 재활용하는 방법을 발견했습니다.

물을 내린 후 대변과 소변을 분리하는 특수 화장실을 사용하면 소변을 포착할 수 있습니다. 그러나 소변은 대부분 물이기 때문에 농부들은 단지 1헥타르의 땅을 비옥하게 하기 위해 15,000kg의 소변을 뿌려야 합니다. 물을 제거하고 영양분만 추출할 수 있는 방법이 있다면 농부들은 400kg만 시비해도 같은 효과를 얻을 수 있다.

소변은 복잡한 화학 용액이기 때문에 소변에서 수분을 증발시키는 것은 놀라울 정도로 어렵습니다. 소변에 포함된 가치 있는 질소의 거의 대부분은 세계에서 가장 일반적으로 적용되는 질소 비료로 사용되는 화학 물질인 요소의 형태입니다.

그러나 우레아제라고 불리는 빠르게 작용하는 효소는 항상 폐수관 내부에 존재하며 요소를 암모니아로 전환시킵니다. 공기에 노출되면 암모니아는 빠르게 증발하여 소변에서 질소를 빼앗아 매우 톡 쏘는 냄새를 풍깁니다. 공중화장실의 오래된 소변 냄새를 생각해보세요.

다행스럽게도 우리는 소변의 pH를 높여 알칼리성으로 만들면 요소가 분해되거나 냄새가 심하게 나지 않도록 한다는 사실을 발견했습니다. 이 기술을 사용하여 우리는 소변의 양을 줄이고 이를 고체 비료로 변환할 수 있는 프로세스를 개발했습니다. 우리는 이 과정을 알칼리성 소변 탈수라고 부릅니다.

그 뒤에 있는 아이디어는 다소 간단합니다. 신선한 소변은 소변기나 특별히 설계된 변기에서 수집되어 건조기로 보내지며, 여기서 수산화칼슘이나 수산화마그네슘과 같은 알칼리성 물질이 pH를 높입니다. 이제 알칼리성 소변에 포함된 수분은 증발되고 영양분만 남게 됩니다. 증발된 물을 응축해 화장실 물을 내리거나 손을 씻는 데 재사용할 수도 있습니다.

이를 수행하는 것은 매우 쉽습니다. 소변 건조기에 알칼리성 물질을 채우고 변기에 연결한 후 평소처럼 소변을 보면 소변이 건조된 비료로 전환됩니다. 스마트한 디자인으로 건조기를 변기 아래에 설치하여 욕실 공간을 많이 차지하지 않을 수도 있습니다. 물을 증발시키려면 전기가 필요하지만 건조기는 태양 에너지와 결합되어 전력망에서 에너지 사용을 줄일 수 있습니다.