미생물 연료전지 실용화 난제 극복을 위한 길잡이 제시
전압역전의 원인과 해결방안 제시로 집적화를 통한 전력향상 기대, 리뷰논문 소개
□ 우주비행사의 배설물을 지구로 되가져오지 않기 위해 본격 연구되기 시작했다는 미생물 연료전지*. 폐기물을 처리하면서 동시에 전기도 생산할 수 있는 미래에너지이지만 효율이 낮아 실용화가 어려웠다.
ㅇ 땀으로 충전되는 웨어러블 기기, 처리장 하수를 활용한 전력생산 등 미생물 연료전지에 대한 수요가 이어지는 가운데 실용화를 앞당길 연구결과가 소개되었다.
※ 미생물 연료전지(Microbial Fuel Cel) : 미생물이 땀, 오폐수 등 여러 유기물을 분해하는 과정에서 만들어지는 전자, 수소이온 등이 전극을 오가며 전기를 생산한다. 안정성과 지속성이 뛰어나고 친환경적이라는 장점이 있다.
□ 한국연구재단(이사장 노정혜)은 장인섭 교수(광주과학기술원) 연구팀이 미생물 연료전지 실용화의 걸림돌 가운데 하나인 전압역전현상을 극복할 방안을 제안했다고 밝혔다.
ㅇ 해당 성과는 국제적 학술출판사 Cell Press가 발행하는 국제학술지로부터 의뢰받아 관련 분야의 연구동향을 망라하면서 직접 도출한 연구성과를 더한 리뷰(Review) 논문으로 소개되어 더욱 주목받는다.
□ 바이오연료전지는 이론적 발생전압이 낮기 때문에 단위셀(Unit Cell)을 길이방향, 즉 직렬로 연결하는 방식으로 출력을 높이는데
ㅇ 이 과정에서 단위셀의 전압이 역전되는 전압역전(voltage reversal) 현상이 빈번하게 발생하여 전체 시스템의 성능이 저하되는 것이 실용화의 걸림돌 가운데 하나였다.
□ 그간 이 현상에 대한 특징과 추정 원인들에 대한 논문이 발표되었으나 해결에 대한 실마리는 찾지 못한 상태였다.
ㅇ 연구팀 역시 전압역전현상의 발생원인에 대한 심층연구를 수행, 역전현상에 기여하는 요인들을 음극부, 양극부 등 각 부분별로 확인한 연구결과를 여러 국제학술지에 발표한 바 있다.
□ 이같은 연구를 지속한 결과 연구팀은 전압역전의 근본적인 원인이 시스템을 구성하는 단위셀들 간의 성능 차이 때문임을 알아냈다.
ㅇ 단위셀 내 양극과 음극의 반응속도 차이 또는 단위셀간 성능의 불균형(imbalance)을 최소화 하는 것이 해결책임을 알게 되었다.
ㅇ 이에 각 셀들의 전류생산 능력(State of Current Production)이라는 용어를 제안하고, 이들간 균형을 유지할 수 있는 방안을 제시하였다.
□ 연구팀은 산화환원효소를 사용하는 극소형 효소연료전지 시스템 집적화에 제안한 방식을 우선 적용할 계획이며 미생물연료전지 매크로시스템의 효율화에 대한 연구를 지속할 계획이다.
ㅇ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구지원사업(중견연구)의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 트렌드인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)에 1월 21일 게재되었다.
