전기 생산을 증대시키는 새로운 미생물 연료전지

오리건주립대학(Oregon State University, OSU) 과학자들은 동일한 크기의 공기 양극(air cathode) 미생물 연료전지로부터 예전에 가능한 것보다 약 10배나 더 많은 전기를 발생할 수 있는 미생물 연료전지를 디자인했다. 연구진은 전원 발생을 증가시키기 위해서 연료전기 구조를 변형했다고 말했다. 이런 획기적인 디자인으로 환경을 파괴하지 않으면서 폭넓게 사용될 수 있는 미생물 연료전지를 만들 수 있었다고 연구진은 말했다.

미생물의 신진대사를 통해서 전력을 생산하는 미생물 연료전지에 대한 관심이 매우 높다. 미생물 연료전지에 대한 초기 연구를 보면 Geobacter와 같은 박테리아가 외부의 전력에 따라 음극과 양극에 반응했다. 이어 추가적인 에너지원을 공급하지 않고도 전력을 생산하는 미생물 연료전지까지 개발되었다(GTB2007030916). 또한 식품 및 농가공 공장에서 배수시설로 버려지는 폐수를 이용하여 전력을 생산할 수 있는 새로운 미생물 연료전지를 개발하여 기존의 제품들에 비해 10배 이상의 전력을 생산했다는 발표도 있었다(GTB2006080313).

이 새로운 디자인으로 개발도상국이나 멀리 떨어져 있는 지역을 위해 재생할 수 있는 물을 동시에 제공할 수 있는 전원발생을 위한 휴대용 시스템을 만들 수 있었다. 또한 이 연료전지 디자인으로 대규모 폐수 처리 설비를 운영하기 위해 사용되는 전기의 양을 매우 감소시킬 수 있다.

생물학적 연료전지로 알려진 미생물 연료전지는 폐수 같은 생물 분해성(biodegradable) 재료를 박테리아를 사용하여 전기로 바꿀 수 있다. 박테리아는 오염물질 제거를 통해 전자를 발생시키고 이 전자는 회로를 통해서 흐르면서 전기를 발생시킨다. 이 과정에서 오염물질은 분해되면서 깨끗한 물이 생성된다.

특별한 공기 양극을 가진 미생물 연료전지는 간단한 구성과 재생가능성 그리고 풍부한 연료 공급원 때문에 실용적으로 많이 응용될 것으로 보인다. 그러나 그동안 이 장치는 전기 출력이 너무 낮아서 전기 공급원으로서 고려되지 않았다.

연구진이 개발한 새로운 디자인은 훨씬 더 높은 전력 밀도를 가지면서 내부저항을 크게 감소시키는 구조로 되도록 미생물 연료전지의 양극과 음극 사이에 직물 층(cloth layer)을 포함한다.

연구실 실험에서 연구진은 반응기의 세제곱 미터당 60W 전구 16개에 전원을 공급할 수 있을 정도의 전기인 1,010W를 발생시켰다. 공기 음극 미생물 연료전지의 세제곱 미터에서 발생할 수 있는 가장 높은 이전의 수준은 115W 이하였다. 이 연구진의 아주 최근 실험에서는 동일한 반응기 부피로부터 1500와트 이상을 발생시켰다.

이 디자인 향상은 결국 미국과 그 밖의 국가에서 폐수 처리 공장을 조작할 수 있는 비용을 매우 감소시킬 수 있을 것이다. 미국에서 생산되는 전기의 5%는 주로 물과 폐수 처리를 위해 펌프나 다른 장치에 전원을 공급하기 위해서 사용된다. 물 처리 설비에 미생물 연료 전지를 결합시킴으로써 조작비용은 감소될 수 있을 것이다.

연구진의 목적은 대규모 폐수 처리장에 미생물 연료 전지를 사용하는 것이지만, 지금은 작은 크기 시스템에서 사용될 정도로 개발되었다. 미생물 연료전지는 개인용 가정을 위한 더 작은 시스템을 만드는데 사용될 것이고 특히 중국이나 인도 같은 나라에서 곧 사용될 수 있을 것이라고 연구진은 말했다. 미생물 연료전지는 세계 환경과 에너지 문제를 모두 해결할 수는 없지만 도울 수는 있다고 연구진은 말했다. 이 연구 결과는 `Journal of Power Sources`에 게재될 것이다.
 
 
출처 : KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』