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핵심내용

-ChemSusChem지 게재, “폐수처리 현장적용 가능한 실용적인 미생물연료전지

시스템 개발”-

 □ 폐수를 처리하면서 동시에 전력도 생산할 수 있는 미생물연료전지 기술 상용화에 난제로 여겨졌던 현장 적용성을 실질적으로 높일 수 있는 시스템이 국내 연구진에 의해 개발되었다.

 ○ 광주과기원 장인섭 교수(45세)와 김대희 박사(제1저자)가 주도한 이번 연구는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)과 미래유망융합기술파이오니어사업 등의 지원으로 수행되었고, 화학분야의 권위 있는 학술지인 ‘앙게반테 케미’의 자매지인 ‘켐서스켐(ChemSusChem)’지에 5월 8일자로 게재되었다.

(논문명 : Scaling-Up Microbial Fuel Cells: Configuration and Potential Drop Phenomenon at Series Connection of Unit Cells in Shared Anolyte)

□ 미생물연료전지는 미생물을 이용해 에너지를 만드는 장치로, 최근 이 장치가 폐수처리와 대체에너지 활용에 기여할 수 있는 것으로 알려져 전 세계 연구자들의 주목을 받고 있다.

 ○ 미생물연료전지는 오·폐수 내에 존재하는 유기물의 화학에너지를 미생물의 촉매작용을 활용해 전기에너지로 직접 전환하는 생물전기화학 장치이다.

 ○ 미생물연료전지로 하·폐수 또는 폐기물을 처리한다면 쓸모없는 유기물 오염물질들을 전기에너지로 생산할 수 있는 지속가능한 원료로 활용할 수 있어, 하·폐수 처리를 위한 비용 절감과 전기에너지 생산에 따른 경제적 이득이라는 두 마리 토끼를 모두 잡을 수 있는 꿈의 기술이다. 

 ○ 최근 지구온난화, 일본원전사태 등을 겪으며 미생물연료전지에 대한 관심은 더욱 높아졌고, 우리나라 ‘2012 미래 유망 10대 신기술’에도 선정(한국과학기술기획평가원 주관)되는 등 미생물연료전지 기술에 대한 관심은 뜨겁지만, 현재 상용화를 위해 봉착된 난관(폐수처리공정의 현장적용성 등)을 해결하는 것이 무엇보다도 절실하다.

□ 장인섭 교수 연구팀은 지금까지 실험실 규모로 이루어진 연구를 실제 현장에서 적용할 수 있도록 미생물연료전지의 묘듈시스템*과 직렬로 연결하여 실제 폐수처리공정에서 적용할 수 있도록 전력을 크게 향상시켰다.

  ※ 모듈시스템(modulation) : 각각의 단위 셀을 쌓아 하나의 셀 형태로 운전하는 시스템

 ○ 장 교수팀은 기존의 연구팀이 보유하고 있는 기술(2007년 미생물을 이용해 합성가스를 전기에너지로 전환하는 기술 등)들을 바탕으로, 시스템의 구조적인 측면에서 접근하여 모듈시스템과 직렬로 연결하는 방법을 도입해, 폐수처리공정 현장에 적용할 수 있는 미생물연료전지 시스템을 개발하였고, 현재 우리나라와 미국 등에 특허를 출원한 상태이다.

□ 장인섭 교수는 “이번 연구결과는 미생물연료전지 기술의 현장적용성을 크게 향상시킨 것으로, 미생물연료전지 기술의 상용화에 한 걸음 더 접근했다고 볼 수 있다”고 연구의의를 밝혔다.

상세내용

연 구 결 과 개 요

미생물연료전지는 유기·무기물질을 흡수하고 분해해서 살아가는 미생물 중 세포 내에서 기질을 산화시켜 생성되는 전자를 전극으로 전달시킬 수 있는 미생물을 촉매로 사용하여 오·폐수 내에 존재하는 유기물의 화학에너지를 전기에너지로 전환하는 시스템을 말한다. 미생물연료전지 시스템은 현재까지 실험실 규모로 연구되어 많은 발전을 이루었고, 이는 실제로 폐수처리를 함과 동시에 전력을 생산하는 수준에 이르렀다. 하지만 본 기술을 실제 현장에 적용하기 위한 연구는 부진한 실정이며, 그 이유는 실험실 규모의 연구를 실제현장에 적용했을 시에 발생하는 상당량의 성능저하 때문이다. 본 연구에서는 이를 극복하기 위한 방안으로 그림 1과 같이 단위셀의 모듈화를 통해 크기를 증가시키고 이를 직렬연결 함으로써 생산 전력의 향상을 도모하였다. 본 연구에서 제시하는 시스템은 미생물연료전지의 현장적용성을 상당부분 끌어올린 것으로, 미생물연료전지의 상용화에 있어 이바지하는 바가 크다고 할 수 있다.

(출처: ChemSusChem, DOI: 10.1002/cssc.201100678)

용  어  및  사  진  설  명

1. 미생물연료전지 (Microbial fuel cell)
 ○ 유기물 내에 존재하는 화학에너지를 미생물을 촉매로 사용하여 전기에너지로 전환하는 시스템을 말한다.

2. 모듈시스템 (modulation)
 ○ 구조적인 표현으로 각각의 단위 셀을 쌓아 하나의 셀 형태로 운전하는 시스템을 말한다.

3. Scale-up
 ○ 공학적 기술용어로 실험실 단계 및 파일럿 플랜트 규모에서의 실험 데이터를 바탕으로 공정의 규모를 크게 하는 것을 말한다.