소변부터 생활하수, 공장폐수에 이르기까지 인간이 배출하는 수많은 하폐수는 지금까지 처리해야 하는 오물로만 여겨졌다. 하지만 최근에는 하폐수 속에 담긴 수많은 소재와 에너지가 재조명받고 있다. 공장 폐수 속에서 희귀 금속을 빼내고, 소변에서 전해질을 활용해 전기를 생산해 내기도 한다.

조강우 환경공학부 교수가 이끄는 하폐수변환가속화연구실은 하폐수를 깨끗한 물과 에너지로 변환하는 촉매와 공정을 개발하고 있다. 하폐수에서 여러 오염물질을 정화하는 것과 동시에 회수할 수 있는 에너지와 소재를 추출하는 속도를 높이는 것이다.

연구실은 깨끗한 물을 전해질로 쓰는 대신 폐수를 전해질로 활용해 바로 수처리하는 폐수전해공정을 개발하고 있다. 폐수를 전해질로 활용하면 산소 대신에 수산화 라디칼 등 활성산소종 같은 중간 생성물이 나온다. 수처리에서는 유용한 산화물이다. 염소이온은 산화되면 활성염소종이 나온다. 가정에서 흔히 쓰는 락스의 성분이다. 이를 산소대신 만들면 폐수 속 오염물을 소독하는 목적도 한번에 해결할 수 있다. 신재생에너지와 함께 활용해 수소를 만들면서 동시에 수처리까지 가능해지는 것이다.

폐수를 이용해 전기를 만드는 폐수연료전지 기술도 개발하고 있다. 하폐수 중 에너지를 갖는 물질은 오염물이 아닌 연료로 인식하는 셈이다. 수처리에 쓰이는 활성탄을 전극으로 만들면 폐수 속 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 자연스럽게 이동한다. 그 과정에서 배터리가 충전된다. 전기를 다시 활용하면 오염물질을 분리하거나 리튬 같은 고가의 금속을 분리농축해 자원화하는 것도 가능하다.

실제 현장에도 기술을 적용하고 있다. 연구실은 삼성전자와도 협업하고 있다. 반도체 공정에는 엄청난 물이 들어가고 다양한 반도체 폐수가 발생한다. 수처리 공정을 통해 폐수를 문제 없이 처리하고 있지만 향후 환경 규제가 강해질수록 생겨날 새로운 규제들을 대비하는 연구를 수행중이다. 수처리 기술은 공장 증설에도 필요하다. 필요한 용수는 늘지만 주변에서 끌어올 수 있는 물은 한계가 있는 만큼 물을 계속해 재이용하는 기술을 개발하는 것이다.

영화 마션에서는 주인공이 화성에서 고립된 후 살아남기 위해 농사를 짓고 분뇨를 비료로 쓴다. 수소를 촉매를 활용해 산소와 반응시켜 물을 만들고 감자를 키운다. 조 교수는 “스케일을 전 지구로 확대해 생각하면 같은 원리”라며 “한정된 에너지와 한정된 자원을 조금 더 효과적으로 활용하는 방향을 찾는게 궁극적인 지향점이라 생각한다”고 말했다.