[논문]고분자 전해질 분리막 기반 미생물 연료전지의 최근 연구동향

최태환; 김효원; 박호범

고분자 전해질 분리막 기반 미생물 연료전지의 최근 연구동향
Current Research Trends in Microbial Fuel Cell Based on Polymer Electrolyte Membranes 원문보기

멤브레인 = Membrane Journal, v.20 no.3, 2010년, pp.173 - 184

최태환 (한양대학교 에너지공학과) , 김효원 (한양대학교 에너지공학과) , 박호범 (한양대학교 에너지공학과)

초록
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미생물 연료전지는 신재생에너지로서 미생물이 유기물을 분해하는 신진대사 과정을 통해서 전기에너지를 생성한다. 각종 유기물이 풍부한 폐수를 이용하여 전력을 생산할 뿐 아니라, 슬러지 발생량도 감축할 수 있는 미래 전도유망한 친환경에너지이다. 하지만 이를 상용화하기 위해서는 전지 내부에서 발생하는 모든 저항요소들을 감소시켜 더 높은 전력밀도를 생산해야 될 필요가 있다. 예를 들어 신진대사가 활발한 미생물의 종류, 미생물과 전극의 효과적인 전자전달 과정, 전극의 재료 및 형태 등의 개선을 통하여 전력밀도를 높일 수 있다. 특히, 고분자 전해질 분리막의 성능개선은 산화, 환원전극조를 완벽히 분리할 뿐만 아니라, 환원전극으로의 수소이온 전도도를 높여 내부저항을 줄일 수 있는 핵심 요소이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Microbial fuel cell (MFC) is a promising renewable energy source that can generate electrical energy from organic wastes using microbe. This technology has been regarded as a future green alternative energy in that MFC makes use of organic-rich wastewater and also reduces waste sludges as well as produces electricity. To be practically realized, however, achieving higher power density than now is demanded, which may be possible by eliminating various negative factors to act as resistances in MFC operations. For instance, highly activated microbes, highly conductive electrode materials, and fast electron transfer between microbes and electrodes can lead to MFC with high power density. In particular, polymer electrolyte membranes are also a key component for improved MFC performance.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

녹아있는 산소의 양은 제한적이다. 따라서 상대적으로 산소가 풍부한 공기와 환원전극을 직접 접촉시켜효율을 높이고자 고안한 형태이다. 따라서 외기 환원 전극 미생물연료전지(Air-cathode MFC)라고도 한다.
또한 이론적으로 폐수 속에 있는 유기물 1 kg를 전기에너지로 100% 전환한다면 약 400 kWh를 생산할 수 있는데, 이는 기존의 하폐수 처리장 유지운영비의 약 3배에 달하는 에너지량에해당된다[1]. 이에 본 총설에서는 현재 많은 각광을 받고 있는 MFC의 기본원리 및 MFC의 기본구성 요소의 하나인 고분자 전해질막의 역할 및 최근 연구동향에 대해 살펴보기로 한다.

제안 방법

미생물 연료전지(Microbal Fuel Cell, MFC) 또한 친환경적인 신재생에너지기술 중 하나로 자연이나 폐수 속에 존재하는 미생물과 유기물을 통해 전기에너지를 생산하는 기술이다. 인류가 생존하는 한 끊임없이 생성되는 폐수를 이용하며 그것을 정화 . 정수 처리하는 과정에서 배출되는 산화 .

후속연구

지금까지 미생물 연료전지의 연구는 주로 특정한 미생물과 기질에 의한 특성 실험이 이루어졌기 때문에 여러 가지 미생물과 유기물, 화학물질 등이 섞여있는 실제 폐수에 의한 분리막의 성능에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. 따라서 막 오염과 내화학성에 대한 연구와 장기간 운전시 성능평가에 대한 연구가 더 이루어져야 한다. 특히 하폐수처리에 이용되는 막생물반응 7](membrane bioreactor, MBR)의 분리막 기술과 각종 연료전지에 이용되는 분리막 기술의 장점들을 잘 응용한다면 고성능 미생물 연료전지 분리막이 개발될 것으로 기대된다.
또한 해저의 유기 퇴적물을 이용해 전기를 생산함으로써 해수면의 전기장치를 위한 전력원으로 사용될 수 있고 수중에서 충전소 역할을 하여 쉽지 않은 배터리 교체 문제를 해결할 수 있다. 또한 질산염의 현장 생물 환경복원 기술 같은 생물환경 정화 기술로 활용될 수 있다. 이처럼 환경문제가 지속적으로 대두되고 친환경 에너지의 중요성이 가속화될수록 미생물 연료전지에 대한 관심과 수요와 연구가 활발해질 것으로 기대된다.
또한 질산염의 현장 생물 환경복원 기술 같은 생물환경 정화 기술로 활용될 수 있다. 이처럼 환경문제가 지속적으로 대두되고 친환경 에너지의 중요성이 가속화될수록 미생물 연료전지에 대한 관심과 수요와 연구가 활발해질 것으로 기대된다.
따라서 막 오염과 내화학성에 대한 연구와 장기간 운전시 성능평가에 대한 연구가 더 이루어져야 한다. 특히 하폐수처리에 이용되는 막생물반응 7](membrane bioreactor, MBR)의 분리막 기술과 각종 연료전지에 이용되는 분리막 기술의 장점들을 잘 응용한다면 고성능 미생물 연료전지 분리막이 개발될 것으로 기대된다. 미생물 연료전지는 하폐수처리뿐만 아니라, 생물학적으로 분해 가능한 유기물로부터 수소를 생산하는 공정으로 활용될 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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