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[NRF R&D Brief 2024-22호] 전기활성 미생물을 이용한 에너지 생산

◈본문

• 1.전기활성 미생물(Electroactive microorganisms, EM)이란?

• ○전기활성 미생물은 주변 미생물 혹은 전도성을 가진 전극 표면과 전자를 주고받을 수 있는 미생물로, 대사 작용과 관련한 ‘생화학적’ 현상과 전자의 흐름으로 대표되는 ‘전기적’ 현상을 연결 짓는 매개체이자 촉매로 여겨지고 있음

• ○전기활성 미생물은 유기물을 분해하여 전기에너지/수소를 생산하거나, 무기물로부터 유용한 유기물질을 합성하는 등 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 미생물과 전자의 흐름이 접목이 된 모든 기술을 포괄하여 생물전기화학 시스템(Bioelectrochemical systems, BES)이라고 통칭함.

• ○전기활성 미생물을 이용한 에너지/환경 기술은 그 기능과 구성에 따라 아래 4가지 경우로 분류될 수 있음

• 2.왜 전기활성 미생물인가?

• ○전기활성 미생물에 기반한 BES는 생물학적 프로세스의 친환경성 및 경제성과 더불어, 재생에너지와의 연계성, 공정 조작의 용이함, 스택화/모듈화 등 전기화학적 프로세스의 장점이 극대화될 수 있는 시스템임.

• ○전통적인 생물학적 시스템과 비교 시 비교적 적은 에너지를 투입하더라도 고수율로 수소 생산이 가능하며, 직접적인 물 전기분해를 통한 수소 생산과 비교하더라도 에너지 소모의 이점이 있음. 또한, 종간직접자전달은 화학물질을 통한 전자전달에 비해 8배 이상 빠른 전자전달 속도를 가짐으로써 메탄 생성 등 대사 작용을 촉진한다고 보고됨.

• ○이와 같이, 전기활성 미생물의 독특한 장점을 통해 난분해성 폐기물 처리, 유용물질 합성, 자원회수, 센서 등으로 그 적용 분야가 넓혀지고 있으며, 각 분야의 전기화(Electrification)를 가능케 하는 탄소중립 기술로 주목받고 있음

• 3.최근 많은 연구가 이루어지고 있나?

• ○최근 탄소중립 및 신재생 에너지 기술 개발에 대한 필요가 증대됨과 동시에 생명공학, 나노/소재, 재료공학의 발전과 맞물려 전기활성 미생물을 이용한 에너지 기술에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있음.

• ╺︎전 세계 우수 학술논문 데이터베이스인 Scopus에서 키워드 `electroactive microorganism(s)`, `microbial electrochemical system(s)`, `bioelectrochemical system(s)`, `microbial fuel cell`, `microbial electrolysis cell`, `microbial electrosynthesis`, `Direct interspecies electron transfer`로 검색하고, 검색 범위를 제목과 초록, 제시어로 한정했을 때 연도별 검색항목 수의 추이는 아래 그래프와 같음.

• 4.최근 국내외 산업체 동향은?

• ○(국내) 현재까지 본 기술은 기초연구 개발 단계로, 상용화 및 사업화에 이용하고자 하는 사례는 많지 않으나, 일부 국내 기업에서 시도 중

• ○(국외) 수소에너지에 대한 관심 급증과 배기가스 배출에 대한 규제 강화로, 미국, 중국, 및 EU국가들을 중심으로 연구 개발이 활발히 진행 중

• 5.기초연구사업 지원 현황은?

• ○지원과제 현황 : 전기활성 미생물을 이용한 에너지 생산 기술 관련 지원과제 현황은 2022년까지 지원 연구비가 증가하였음.

...................(계속)

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