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녹색성장, CO2 감축… 이제 일상생활에서도 흔하게 볼 수 있는 용어가 된 것 같습니다. 환경에 관심 없는 사람이라도 최근 국가나 기업에서 제일 관심 있는 녹색 기술은 온실가스감축이라는 것을 알 수 있을 것입니다. 복합성이라는 환경문제의 특징은 대부분이 원인을 단 하나로 규정하기도 어렵고 정확하게 하게 알기가 쉽지 않습니다. 지구 온난화에 대한 여러 가설 중 대표적인 가설은 온실 가스 증가이지만 인간이 숲을 파괴함도 원인으로 꼽히고 있습니다. 그런데 지구온난화가 된다는 건 온도가 상승하고 있다는 것인데 온도가 상승할 수록 광합성 량은 증가하게 되고 식물들이 잘 그리고 많이 자라게 되지 않을까요? 그럼 숲의 파괴가 다시 숲의 생성을 불러올까요? 그리고 이러한 이상기후는 식물 생태계에 어떤 영향을 미치고 있을까요.

어떻게 보면 지구 온난화가 될수록 식물들이 더 잘 자랄 수도 있을 것이라고 착각할 수도 있습니다. 하지만 지구 온난화는 사실 지구의 대부분의 식물들에게 도움이 되지 않습니다. 우선 우리가 파괴하고 있는 특히 지구의 허파라고 불리는 아마존의 밀림들은 지구의 20%의 산소생산량을 차지할 만큼 중요한 역할을 하고 있습니다. 이러한 울창한 밀림들의 파괴는 단순히 풀과 나무를 심는다고 해서 즉시 되돌릴 수 없고 엄청난 시간이 필요합니다.

지구 온난화라고 흔히 불리는 최근 지구의 이상기후는 단지 지구의 온도를 올리는 것이 아닙니다. 여름에는 거대한 태풍을 만들기도 하고 겨울에는 북극진동이 생기기도 합니다. 우리 나라의 경우 이상기후의 중요한 특징은 단순히 평균 기온이 높아지는 것 뿐만아니라 여름과 겨울에 강수량, 강우량이 증가하였습니다. 우리나라는 원래 강수량의 대부분이 여름 집중호우로 되어있기도 하지만 이상기후로 폭설과 폭우가 증가하며 여러 피해들이 나타났고 주목 해야 할 점은 여름에는 햇빛이 드는 날이 적어져 어둡거나 비가 오는 날이 잦아졌습니다. 따라서 지구 온난화로 인해 단순히 기온이 높아져 식물들의 광합성 량이 높아질 것이라는 점은 다시 한 번 생각해 봐야 할 것입니다.

대부분의 사람들이 지구가 온난화 되고 있다는 사실에 대하여 인정하지만 몇몇 사람들은 이 사실을 의심하는 사람도 있습니다. 또한 대부분의 기상관측소는 도시를 중심으로 위치해 있어 이 것들로만 지구온난화에 대한 연구 자료로 사용하기엔 적합하지 않다는 견해도 있습니다. 특히 이 기후변화 문제는 공간적으로 시간적으로 매우 광범위하여 무엇이 옳고 그르다고 말하기가 힘든 것이 사실입니다. 기후변화가 사실이든 아니든 인간이 피해를 받고 있고 불편함을 느낀다면 그것이 바로 환경문제이고 우리가 신경 써야 할 문제가 아닐까요.

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수소에너지의 경우 산소와 결합을 통하여 물을 생성하는 과정에서 에너지를 발생시키기 때문에 공해가 없는 에너지원으로 각광받고 있습니다. 하지만 사용과정에서는 공해가 발생하지 않더라도 수소를 생산하는 과정에서는 발생할 수 있기 때문에, 다양한 수소 생산 기술들이 연구 중에 있습니다. 그 중 생물학적인 방법을 통해 수소에너지를 생성하는 방법은 광합성을 이용하거나 유기 폐자원을 이용하며, CO2의 고정 효과도 있어서 친환경적인 방법이라고 말할 수 있는데요. 어떠한 것들이 있는지 알아보도록 합시다.

1. 녹조류를 이용한 광생물학적 수소생산

 조류를 이용한 생물학적인 수소생산은 혐기적(산소가 없는 상태) 조건하에서만 활성을 가지는 효소인 reversible hydrogenase에 의해 이루어집니다. 먼저 이를 이해하고 다음을 보시면 더 이해가 쉬우실 겁니다.

- 암발효를 이용한 수소생산

위의 효소를 이용하기에 효소의 특성상 수소를 얻기 위해서는 광합성을 하며 세포가 성장하는 공정과 수소를 생산하는 공정의 시간적, 공간적인 분리의 공정 시스템이 구성되어야 합니다.

첫번째 공정은 빛을 공급해 주면서 광합성에 의한 탄소 고정화를 통해 조류 세포의 성장을 시키고, 두번째 단계는 성장이 최대가 되었을 때 빛을 차단하고, 반응기 내부를 혐기상태를 만들어 줍니다. 이러한 환경에서는 빛이 없기 때문에 광합성이 일어나지 않아 물 분해시에 산소가 발생되지 않고, 산소에 민감한 hydrogenase 효소가 유도되어 수소를 합성하게 되는 것입니다. 그리고 녹조류 암발효를 통해 발생된 유기산들을 분리한 후, 다시 광합성 박테리아를 이용하여 수소 생산 하는 과정을 거치게 되는 것입니다.

- 황결핍을 이용한 수소생산

조류세포는 무기황 성분이 결핍되게 되면 O2의 발생과 CO2 흡수가 급격히 감소하게 됩니다. 그렇게 되면 조류 세포의 호흡에 의하여 CO2의 발생이 늘게 되고 이때 이를 밀봉하게 되면 O2 양이 적어져 hydrogenase가 활성화 되게 되고 광포화 상태에서도 H2생산이 가능해 집니다. 따라서 1단계에서는 CO2의 고정화를 통한 세포성장을, 2단계에서는 황결핍에 의한 혐기조건에서 수소를 생산하는 2단 배양공정을 통해 녹조류를 이용한 생물학적 수소생산을 가능하게 합니다.

- 균체외 수소 발생법

그 외의 방법은 바로 nitrogenase나 hydrogenase를 세포에서 분리하여 전극에 고정화 하여 수소를 생산해 내는 방법입니다. 이러한 방법은 상대적으로 수소생산량이 낮을 수는 있지만, 세포를 배양하는 시간을 줄이고, 광반응기의 부피를 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.

2. 광합성 세균을 이용한 수소생산

대표적인 수소생산 광합성 세균은 여러 종류가 있으며, 이들 광합성 세균은 크게Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 분류되며, 이는 각각 홍색 비유황세균(purple nonsul furbacteria), 홍색 유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색 유황세균(green sulgur bacteria)으로 통칭된다고 합니다.

혐기발효에 의한 수소생산은 최대 수소 4분자를 생산합니다. 이는 포도당 1분자로부터 생산할 수 있는 12분자의 수소 중 약 33%의 전환에 불과하지만, 이 반응에 관여하는 세균은 수소생산 속도가 빠르기 때문에 관심받고 있다고 하네요.

3. 생물학적 수소생산의 이점

물론 앞서 설명한 방법외에도 다양한 생물학적 방법들이 존재하겠지만 앞서 설명드린 제조방법에 중점을 두어 말씀드린다면, 유기 폐기물의 경우 우리의 생활과 밀접한 곳에서 많이 생성되고 배출 되는 폐기물로 흔히 음식물쓰레기 등의 생활폐기물에서 발생을 하고 있습니다. 또한 많은 부분에 걸쳐 환경오염을 일으키고 있습니다. 이러한 유기 폐기물을 생물학적인 방법을 통하여 수소생산에 사용한다면, 환경오염도 줄이고 에너지원도 확보할 수 있는 방법이라고 생각됩니다.

Reference

verde. 녹색기술 hydrogenase, 광합성, 생물학적, 수소, 수소제조, 암발효, 유기성 폐기물

[원문] http://www.inhabitat.com/2009/04/30/the-incredible-edible-house-of-the-future/

The Incredible Edible House of the Future

by Bridgette Meinhold

Will the house of the future be centered around growing our own food? That’s part of what the Wall Street Journal attempted to find out this week in their feature, “The Green House of the Future.” Author Alex Frangos asked four well-known architects to design the house of the future, which is energy-efficient and sustainable, but under no budget constraints or restraints on how we currently live. Our favorite design was the “Incredible Edible House,” by LA-based Rios Clementi Hale Studios, which is clearly an out-of-the-box concept for a sustainable 3-story house that doubles as a vertical garden.

The Edible House is constructed out of three prefab containers stacked on top of one another. As prefab and container homes become more popular, the house of the future will very likely contain a number of prefab elements, which reduce resource consumption and are more efficient to produce over the long run. Since the three containers are stacked on top of each other, the home’s footprint is quite small, which as the designers say, is a “nod to the importance of building dense, urban-style houses in order to reduce energy use.” The three floors house the eating and living space on the bottom, sleeping rooms in the middle, and office/studio space along with a glorious deck on the top.

Vertical axis wind turbines are mounted along the roof placed in front of an evaporative cooling reservoir. This integrated energy production and cooling system will reduce energy usage dramatically. Additionally, a photovoltaic awning is mounted over the top deck for both energy production and shading. Adjustable doors on the sides of the house allow for natural cross ventilation.

Attached in front of the prefabricated modules is a hydroponic skin that covers the living quarters with a multitude of plant, vegetables and fruits. A living wall on the outside of the house acts to reduce heat gain to the house, thus reducing cooling load, and is watered with a rainwater collection system. The best part about the house is the ability to walk out on the deck to pick your vegetables for the night’s dinner from your own edible garden.

Besides Rios Clementi Hale Studios, the WSJ also asked world-renowned William McDonough + Partners, Cook + Fox, and Mouzon Design to offer their ideas. These brilliant architects designed amazing homes centered around integrated systems, gardens, solar power, innovative exteriors and smart design to make the house more useful for the inhabitants inside. We would love to see any four of these design come to fruition.

+ Rios Clementi Hale Studios

+ Wall Street Journal

미래형 집은 어떤 모습을 갖추고 있을까?

LA에 위치한 Rios Clementi Hale Studios에서 디자인한 3층짜리 집을 살펴보자.

“Incredible Edible House”는 3층의 박스형태로 구성되어 있으며 1층은 식당 및 생활 공간으로, 2층은 잠자는 방, 3층은 사무실이나 스튜디오 등으로 이루어져 있다. 지붕 꼭대기에는 풍력터빈이 전기 에너지를 생산하고, 증발을 이용한 쿨링저장소가 있어 냉방시스템으로 활용, 에너지 사용을 줄인다. 광합성 천막은 에너지를 생산하며 그늘을 제공한다. 움직이며 회전할 수 있는 문은 자연 통풍이 가능하게 한다. 야채 및 과일을 재배할 수 있는 “살아있는 벽”은 집의 외부를 덮어 열을 줄이고, 빗물 저장 시스템을 통해 물이 공급된다. 아무래도 이 집의 하이라이트는 저녁에 테라스로 나와서 야채를 바로 따 먹을 수 있는 것이다.

미래형 집은 직접 작물을 기를 수 있는 정원, 신재생 에너지의 활용, 혁신적인 인테리어의 적용과 더불어 지능형 디자인의 통합 시스템으로서 친환경을 고려한 똑똑한 거주지가 될 것이다.

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