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미생물연료전지와 에너지 하베스팅에 기반한 에너지 자립형 무선 센서 시스템
An Energy Self-Sustainable Wireless Sensor System Based on a Microbial Fuel Cell (MFC) and Energy Harvester (EH) 원문보기

Journal of biomedical engineering research : the official journal of the Korean Society of Medical & Biological Engineering, v.39 no.5, 2018년, pp.208 - 212  

여정진 (전북대학교 바이오메디컬공학부) ,  박소진 (전북대학교 바이오메디컬공학부) ,  임종훈 (전북대학교 바이오메디컬공학부) ,  양윤석 (전북대학교 바이오메디컬공학부)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Microbial fuel cell (MFC) technology has been attractive since it can not only treat organic waste in an eco-friendly way by digesting it but also generate electricity by the unique metabolic process of microbes. However, it hasn't been employed in practical use until now because it is hard to integ...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 실험 결과로부터 센서 노드의 소비 전력은 대부분 무선 데이터 통신 과정에서 소비되는 것으로 나타났으며, 이때 소비되는 전력량을 감소시키는 것이 시스템의 전력 안정성을 향상시킬 수 있는 방안이 될 것으로 파악되었다. 따라서, 본 연구에서는 센서 노드의 평균 전력 소비량을 수 mW 수준으로 유지하기 위해 센서 노드 내부에서 센서 측정과 데이터송신을 컨트롤하는 RTOS(Real Time Operating System) 기반의 임베디드 펌웨어를 수정하여 센서 노드의 전력 소비를 최소할 수 있도록 개발했다.
  • 본 연구는 미생물연료전지에 에너지 하베스팅 회로 (Energy Harvester, EH)를 결합함으로써 작은 크기의 미생물연료 전지 출력을 효과적으로 병합하고 전지의 성능을 안정화할 수 있는 실용적 방법을 제안한다. 또한, 미생물연료전지의 출력을 활용하여 전지의 성능을 효율적인 관리할 수 있도록 주변 환경을 지속적으로 모니터링하고 무선으로 데이터를 전송할 수 있는 에너지 자립형 IoT 센서 노드를 개발하고 시스템의 활용 가능성을 확인하고자 연구를 수행했다.
  • 본 연구는 미생물연료전지에 에너지 하베스팅 회로 (Energy Harvester, EH)를 결합함으로써 작은 크기의 미생물연료 전지 출력을 효과적으로 병합하고 전지의 성능을 안정화할 수 있는 실용적 방법을 제안한다. 또한, 미생물연료전지의 출력을 활용하여 전지의 성능을 효율적인 관리할 수 있도록 주변 환경을 지속적으로 모니터링하고 무선으로 데이터를 전송할 수 있는 에너지 자립형 IoT 센서 노드를 개발하고 시스템의 활용 가능성을 확인하고자 연구를 수행했다.
  • 본 연구에서는 미생물연료전지를 실용화하기 위한 방안으로 출력 변화와 전압역전현상 등으로 인한 성능 저하를 극복함과 동시에 안정적인 출력을 제공할 수 있는 에너지 하베스팅 회로를 결합한 미생물연료전지 시스템을 개발했다. 기초 실험을 통해 전력원으로서의 MFC-EH의 실용성을 파악했으며, MFC-EH와 저전력 IoT 센서 노드를 이용해 버려진 에너지를 활용할 수 있는 전력 자립형 모니터링 서비스를 개발했다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
미생물연료전지 기술의 장점은? 따라서 미생물연료 전지는 친환경적인 오염 물질 처리 기술일 뿐 아니라 동시에 전력을 얻을 수 있는 에너지 기술이기도 하다. 최근 환경오염 문제를 해결하기 위한 다양한 기술적 접근들이 이루 어지고 있는 상황에서 미생물연료전지 기술은 오염 물질 처리와 동시에 전기에너지를 얻을 수 있는 장점으로 많은 관심을 얻고 있다[1].
환경 변화를 모니터링해야 하는 이유는 무엇인가? 한편, 미생물의 생체전기화학적 활성도는 주변 환경에 의해 큰 영향을 받으므로 미생물연료전지의 성능은 온도나 습도 등의 요소에 의해 변화할 수 있다. 따라서 미생물연료전지의 상용 어플리케이션 적용을 위해서는 갑작스런 출력 성능 변화를 방지하기 위해 지속적으로 환경 변화를 모니터링 해야 할 필요가 있다.
미생물연료전지(Microbial Fuel Cell, MFC)가 하는 일은? 미생물연료전지(Microbial Fuel Cell, MFC)는 혐기성 소화를 통해 오폐수, 가축분뇨와 같은 유기물들을 처리하는 미생물인 전자방출균(exoelectrogen)을 활용하여 오염 물질을 처리함과 동시에 그들의 대사활동으로부터 유래하는 전자의 흐름을 통해 기전력을 발생시킨다. 따라서 미생물연료 전지는 친환경적인 오염 물질 처리 기술일 뿐 아니라 동시에 전력을 얻을 수 있는 에너지 기술이기도 하다.
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