미래 에너지로 각광받았지만 효율이 낮아 개발하기 힘들었던 ‘미생물 연료전지’의 성능을 크게 향상시킬 수 있는 연구 결과가 나왔다.

광주과학기술원(총장 김기선) 지구·환경공학부 장인섭 교수 연구팀이 미생물 연료전지 개발의 난관이었던 ‘전압 역전’ 현상을 극복할 방안을 발견했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구지원사업(중견연구)의 지원으로 수행됐다. 국제학술지 ‘트렌드인 바이오테크놀로지’(Trends in Biotechnology)에 1월 21일자 리뷰(Review) 논문으로 게재됐다.

미생물 연료전지는 미생물이 땀, 오폐수 등 유기물을 분해하는 과정에서 전자·수소이온 등이 만들어지고, 이들이 전극을 오가며 전기를 생산하는 점에서 착안한 전지다. 안정성과 지속성이 뛰어나며 친환경적이다.

미생물 연료전지는 우주비행사의 배설물을 지구로 되가져오지 않기 위해 본격 연구되기 시작했다고 전해진다. 폐기물을 처리하면서 동시에 전기도 생산할 수 있는, 친환경 미래에너지의 대표 주자였다.

하지만 이론적으로 발생 전압이 낮아 단위 셀(Unit Cell)을 직렬로 연결해 출력을 높여야 했다. 그 결과 단위 셀의 전압이 역전되는 전압 역전 현상이 잦았고, 이는 전체 시스템의 성능 저하로 이어졌다. 세계 각국의 연구진이 이 현상에 대한 논문을 발표했으나, 해결 방안은 찾지 못한 실정이었다.

장 교수 연구팀은 전압 역전 현상을 발생시키는 요인들을 음극부, 양극부 등 각 부분별로 나눠 연구해 왔으며, 그 결과 현상의 근본적인 원인을 시스템을 구성하는 단위 셀 사이의 성능 차이 때문임을 밝혀냈다.

장 교수 연구팀이 제시한 해결책은 단위 셀 내 양극과 음극의 반응속도 차이와 단위 셀 간 성능 불균형을 최소화하는 것이다. 연구팀은 각 셀들의 전류생산 능력(State of Current Production)이라는 용어를 제안하고, 전류 생산 능력 균형을 유지할 수 있는 방안을 제시했다.

연구팀은 앞으로 산화환원효소를 사용하는 극소형 효소연료전지 시스템 집적화에 제안한 방식을 우선 적용할 예정이다. 이어 미생물연료전지 매크로시스템의 효율화에 대한 연구를 지속할 계획이다.

/유연재 기자 yjyou@kwangju.co.kr