광미의 재이용을 통한 전기 생산 및 산성광산배수 발생의 사전 예방을 위한 자립형 자원순화시스템 개발

Development of a self-supporting resource recycling system for electricity production and acid mine drainage prevention using mine tailings

연구배경 | 우리나라에 산재하고 있는 4,681개의 광산에 방치되어 있는 많은 양의 광산찌꺼기, 혹은 광미는 광산지역에서 흔히 발생하는 광해문제의 원인이다(지민규 외, 2010, 한국광해관리공단, 2012). 광미에 포함된 황화광물, 특히 황철석이 강수 및 공기와 접촉하여 고농도의 중금속을 포함하고 산성 pH를 가진 산성광산배수(AMD; Acid Mine Drainage)를 발생하고, 이는 광산 주변 수계 및 토양 오염의 주범이다. 국내외에서 산성광산배수로 인한 환경오염 발생과 지역주민 민원 사례가 급증하고 있어, 광해문제의 사전예방 혹은 사후처리에 대한 적정기술 연구가 시급한 실정이다. 현재 국내의 광해문제 해결을 위한 연구는 광미에 의해 발생하는 산성광산배수의 사후처리에 초점이 맞춰져 있고, 이러한 기술들은 광미를 오염물질로 간주하고 있다. 최근 미국에서는 광산 지역에 사후관리 기술을 적용할 때 environmental footprint(환경발자국)을 최소화하기 위해 Green remediation 개념을 제시하였다. 이는 자연적으로 발생하는 화학적/생물학적 반응을 최대한 이용하여 오염물질을 정화하고, 정화 시 필요한 에너지 공급을 오염 지역 내에서 자체 생산할 수 있는 대체에너지(예: 태양열, 풍력, 수력 등)를 활용하는 시스템으로, 주로 산간지역에 위치하고 있는 광산 지역들의 정화 비용 감소라는 경제성 뿐 아니라 친환경적 성격을 가진 시스템이다.

연구목표 | 본 연구는 폐광산 지역 산성광산배수의 원인인 광미와 토착박테리아를 사용한 미생물연료전지 기반 전기 생산 시스템 개발 및 폐광산 지역에 적용할 수 있는 자립형 자원순환시스템 구축을 위한 기반 마련에 목적이 있다. 광미 내 황철석 성분과 광산지역에서 자연적으로 일어나는 화학적/생물학적 반응을 활용하여 환경발자국을 최소화하면서 산성광산배수 발생의 사전예방이 가능한 기술을 개발하고, 동시에 광미를 폐기물이 아닌 재이용을 통해 전기를 생산하는 자원으로의 가치를 부여한다는 점에서 창의성과 도전성을 고루 갖춘 에너지/환경 및 폐기물/자원순환 융합 연구이다. 본 연구 결과는 사후처리에 집중되어 있는 기존 폐광산 지역 관리 기술에서 사전예방 기술 개발을 통해 국내외에서 추구하고 있는 자원순환사회 구축과 오염물질 배출저감을 달성하는데 기여할 뿐 아니라 황철석과 같은 무기질을 활용한 연료전지 개발로 연료전지 관련 연구범위를 확장하는 학문적 파급효과를 가지는 연구이다. 

기대효과 | 국내외 광미로 인한 광해문제 방지사업은 사후처리에 초점이 맞추어져 있다. 본 연구에서 개발하는 광미를 사용한 전기 생산 시스템은 광산의 광해문제를 사전에 예방하고 동시에 광미를 자원으로 인식하여 광산 지역에 자립형 자원순환시스템을 구축할 수 있는 발판을 마련해 주는 기술이 될 것으로 판단된다. 또한 환경발자국을 최소화하는 친환경적인 기술로 자원고갈, 탄소배출 등의 환경문제를 저감할 수 있는 기술로 판단된다. 나아가 광산 지역에 자립형 자원순환시스템의 적용은 지역 경제에도 도움이 될 것으로 기대된다. 본 연구를 통해 개발할 자립형 자원순환시스템 구축을 위한 전기 생산 시스템은 국내외에 산재한 광산 지역에 적용이 용이한 기술로 광산지역에서의 활용범위가 클 것으로 기대된다. 또한 현재 미생물을 사용한 전기 생산 관련 선행연구는 대부분 철환원박테리아를 이용하여 하·폐수 속의 난분해성 유기물질을 제거하는데 초점이 맞추어져 있기 때문에 무기물을 기질로 하는 전기 생산 연구는 연료전지 연구 분야를 확장하는 학문적 파급효과도 가질 것으로 기대된다.