미생물을 활용해 실생활에 유용한 각종 물질을 생산하는 방법은 생각보다 훨씬 다양한 것으로 알려졌다. 그 중 일부가 전지의 원료로 사용되고 있어 향후 새로운 에너지원으로써 해양 미생물 연구도 탄력을 받고 있다.

■■■ 복합 미생물 연료전지

KIOST 연안개발세터는 복합 미생물을 이용한 생체연료전지를 개발 했다. 이 기술은 기존의 단일 미생물 사용 연료전지가 가지는 생물학적 단점을 보완하고 발전 지속 시간과 효율을 증가시키는데 유용한 것으로 알려졌다. 이전에도 단일한 미생물로 이뤄진 연료전지가 있었지만 이 전지는 산화전극의 전위가 기질의 산화 전위보다 작아 전압 손실이 일어나는 단점이 있었다. 전압 손실은 전자 전달에도 영향을 미쳐 연료전지의 효율을 떨어뜨리는 요인이 됐다.

단일미생물 연료전지의 단점을 극복하기 위해 KIOST 고진환 박사 연구팀은 각기 상이한 미생물을 사용해 전기 모듈을 구성했다. 이는 생체연료전지의 단점인 짧은 작동 시간을 늘리고 에너지 효율을 높일 목적으로 시도됐다.

가 발명한 미생물 연료전지 모듈은 두 가지로 나뉜다. 첫 번째 음극부는 박테리아로, 양극부는 광합성을 할 수 있는 녹조류로 구성됐다. 그리고 이 응극부와 양극부 사이는 해수에 의한 유체가 흘러갈 수 있도록 유로를 만들었다. 이렇게 만들어진 유로를 통해 유체가 흐르는 동안 음극부와 양극부에서는 전기 화학적 발전을 진행하는데 이때 유로를 통한 해수의 흐름에 따라 이온 물질이 원활하게 공급된다.

양극부의 녹조류가 전기 에너지를 발전하고 난 뒤, 남은 영양분과 물은 필터 과정을 통해 음극부 모듈에 공급해 박테리아 먹이로 사용될 수 있도록 설계했다. 먹이 공급이 필수적인 박테리아에 자체적으로 먹이 공급이 가능하도록 만든 것이다.

■■■ 해양미생물연료전지의 특징

KIOST가 발명한 미생물연료전지는 미생물의 자연스러운 생체반응을 활용한 것이 특징이다. 박테리아를 이용하는 음극부의 경우 지속적인 산화작용이 일어나기 때문에 전자가 셔틀로 환원하는 반응을 유도한다. 또 녹조류가 사용된 양극부는 광합성을 통한 산소 생성은 물론 전자의 직접적 전달도 가능하다.

녹조류를 사용하는 양극부 모듈의 경우 움직임이 비교적 빠른 동물성 녹조류를 활용해 전기를 생산한다. 낮에는 녹조류를 이용한 광합성 사이클 안에서 해수에 있는 이온을 통해 전기를 발전하고 산소와 영양분을 얻을 수 있다.

이런한 KIOST의 생체연료전지는 직렬이나 병렬 적층 구조로 확장이 가능해 효율적 전지로 발전할 수 있다. 직렬 적층은 전력 밀도가 증가하고, 병렬 적층은 화학 사소 요구량(CDO)가 감소해 효율이 증가하는 효과를 나타낸다.