우주비행사의 배설물로 ‘미생물 연료전지’ 실용화 연구 ‘성과’

GIST 장인섭 교수 연구팀, 실용화 장벽인 '전압 역전' 해결방안 제시

땀으로 충전되는 웨어러블 기기, 처리장 하수를 활용한 전력생산 등 ‘미생물 연료전지’의 실용화를 앞당길 연구 성과가 나왔다.

미생물 연료전지 연구는 우주비행사의 배설물을 지구로 되가져오지 않기 위해 시작됐다.

미생물 연료전지는 땀과 오·폐수 등 유기물이 분해되는 과정에서 만들어지는 전자·수소이온 등이 전극을 오가며 전기를 생산하는 원리인데, 안정성과 지속성이 뛰어나고 친환경적이라는 장점이 있다.

폐기물을 처리하면서 동시에 전기도 생산할 수 있는 미래에너지기술로 주목받고 있지만, 효율이 낮아 실용화가 어려운 상황이다.

광주과학기술원(GIST)은 지구·환경공학부 장인섭 교수 연구팀은 미생물 연료전지 실용화의 걸림돌 가운데 하나인 전압 역전 현상을 극복할 방안을 제시했다고 12일 밝혔다.

바이오 연료전지는 이론적 발생 전압이 낮기 때문에 단위 셀(Unit Cell)을 직렬로 연결하는 방식으로 출력을 높인다.

그러나 이 과정에서 전압이 역전되는 현상(voltage reversal)이 빈번하게 발생해 실용화에 걸림돌이 되고 있다.

연구팀은 전압 역전 현상이 시스템을 구성하는 단위 셀 간의 성능 차이 때문에 발생한다는 원인을 규명했다.

단위 셀 내 양극과 음극의 반응속도 차이, 단위 셀 간 성능의 불균형(imbalance) 등을 최소화하면 전압 역전 현상을 극복할 수 있다.

연구팀은 각 셀의 전류생산 능력(State of Current Production)이라는 용어를 제안하고, 이들 간의 균형을 유지할 수 있는 방안을 제시했다.

산화환원효소를 사용하는 극소형 효소 연료전지 시스템 집적화 방식을 적용해 미생물 연료전지 매크로 시스템의 효율화에 대한 연구를 이어갈 계획이다.

장 교수 연구팀은 국제적 학술출판사 ‘Cell Press’가 발행하는 국제학술지의 의뢰받아, 연구 동향을 망라한 리뷰(Review) 논문을 소개했다.

이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘Trends in Biotechnology’에 1월 21일 게재됐다.

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