대규모 전력 생산의 어려움, 낮은 효율, 새로운 미생물 개체군의 발견, 생물 공정 등의 해결해야 할 과제들이 아직 많지만, 미생물의 신진대사를 통해서 전기를 생산한다는 미생물 연료전지 기술이 빠르게 개발되고 있다. 미국 펜실베니아 연구팀은 미생물 연료전지에 사용될 수 있는 고표면적의 탄소 섬유 양극을 개발하여 전기의 대량 생산을 위한 하나의 실마리를 발표하였다(GTB2007030852).

]또한 펜실베니아 주립대학은 연구원들은 서로 다른 역할을 하는 박테리아를 이용해 셀룰로오스를 분해하여 전력을 생산하는 미생물 연료전지를 만들었다. 이들은 셀룰로오스를 분해하고 발효시키는 박테리아와 발효 물질들로 생존하는 박테리아를 동시에 이용함으로써 문제를 해결하였다(GTB2007070674).

실제 이용을 위한 기술적 과제들이 하나, 둘씩 해결되는 중에 스페인의 연구팀이 박테리아들의 밀집시켜 성장시킬 수 있는 새로운 방법을 고안하였다. 이들의 연구는 박테리아 셀을 지탱할 수 있는 탄소 나노튜브 골격(Carbon nanotuve scaffold)들을 미생물 연료전지에서 전극으로서 사용하는 것이다.
 
스페인의 마드리드 재료과학 연구소(Madrid institute of materials science, ICMM-CSIC)의 프란시스코 델 몬트(Francisco del Monte)와 마리아 페레르(Maria Ferrer) 및 동료들은 박테리아가 성장할 수 있는 마이크로 채널 구조(Micro-channel structure)의 다벽(Multi-wall) 탄소 나노튜브 골격들을 만들었다.

 

미생물 연료전지들은 박테리아가 폐수와 같은 물질들로부터 화합물들을 산화시킴으로써 수소 또는 전자를 생산하고 양극-음극 시스템을 통해서 전기를 발생시킨다는 기초 개념으로 작동한다. 몬트는 탄소 나노튜브들에 고정화시킨 단백질들과 효소들이 메탄올 연료전지들 내의 바이오센서들로서 이용되며 미생물 셀의 설장을 위해서 탄소 나노튜브들이 적당한 지지체가 된다면 미생물 연료전지들의 전극으로도 사용할 수 있을 것이라고 말했다.

몬트의 연구팀은 탄소 나노튜브 골격들에 박테리아를 성장시키기 위하여 2가지 방법들을 연구하고 있다. 하나는 박테리아 배양기내에 탄소 나노튜브를 직접 담그는 것이며 다른 하나는 미리 준비된 탄소 나노튜브 골격들에 박테리아가 먹고 성장할 영양 성분들을 고정화시키는 것이다.
 
 탄소 나노튜브를 담그는 방법은 높은 박테리아 밀집도를 제공하나 탄소 나노튜브 골격 표면에 소수의 층들이 만들어진다. 후자는 나노 구조 전체에서 박테리아가 성장하게 된다. 몬트는 탄소 나노튜브 전체에서 박테리아를 배양시키는 것을 매우 바라지만 현재는 탄소 나노튜브 골격이 형성되는 과정에서 박테리아의 생존을 향상시키는 것에 집중하고 있다고 말했다.

이탈리아 트렌토 대학(University of Trento)의 물리화학자인 클라우디오 델라 볼프(Claudio Della Volpe)는 몬트 연구팀의 접근 방식의 장점들은 3차원 구조내에 박테리아를 캡슐화하는 효율과 속도, 방법의 단순화에 있으나 3차원 구조가 물질 공정을 위한 활동적인 이송 메커니즘을 확보하지 않았으며 본질적으로 느린 확산에 의존하게 되는 단점이 있다고 말했다.
 
폐수 등과 같은 환경 오염물을 생물학적으로 처리함과 동시에 전력을 생산할 수 있는 미생물 연료전지는 큰 관심을 받고 있다. 특히 최근에 이루어진 셀룰로오스 이용 방법과 박테리아의 밀집군을 만들어 전력 생산량을 증가시키는 기술의 개발은 미생물 연료전지의 상용화를 더욱 앞당기게 될 것이다(전문가 의견).
 
 

정보출처: KISTI『글로벌동향브리핑(GTB)』