초록 ▼

1. 최종목표
기존의 결과보다 높은 전력을 반영구적으로 생산하는 해양퇴적층 미생물연료전지 (Sediment fuel cells,SFCs)의 실현 가능성 확보
- 센서에 필요한 전력을 반영구적으로 생산하는 SFC의 실현가능성확보
- 전력을 소모하는 Sensor을 사용하여 단순하고 내구성 높은 무선센서의 가능성확보
- 전력 향상을 위해 마그네슘전극 효율의 물리화학적 처리방법 고안
- 안정적이고 반영구적인 전력공급을 위해 마그네슘전극의 디자인 개선
2. 개발내용 및 결과
2-1. 개발내용
- 마

1. 최종목표
기존의 결과보다 높은 전력을 반영구적으로 생산하는 해양퇴적층 미생물연료전지 (Sediment fuel cells,SFCs)의 실현 가능성 확보
- 센서에 필요한 전력을 반영구적으로 생산하는 SFC의 실현가능성확보
- 전력을 소모하는 Sensor을 사용하여 단순하고 내구성 높은 무선센서의 가능성확보
- 전력 향상을 위해 마그네슘전극 효율의 물리화학적 처리방법 고안
- 안정적이고 반영구적인 전력공급을 위해 마그네슘전극의 디자인 개선
2. 개발내용 및 결과
2-1. 개발내용
- 마그네슘전극의 전기화학적 특성의 향상
- 유기성 기질인 키틴의 입자 사이즈와 충전량을 변화하여 마그네슘 전극과 키틴의 최적조합 실현
- 저전력을 소모하는 Transmitter 및 Sensor를 SFC를 조합한 SFC로 운전되는 단순무선센서 (SFC-powered simple wireless sensor)의 테스트
2-2. 결과
- 퇴적물을 이용한 MFC에서 시간에 따른 전압？ 전력발생의 비교에서 전압발생은 마그네슘 + 키틴의 산화 전극이 제일 높았으며, 그 다음으로는 마그네슘, 흑연 + 키틴 (G + C), 흑연 순으로 나타났다.
- Mg와 G의 전력발생을 비교해봤을 때 Mg는 굉장히 많은 양의 전력을 생산했다. 그러나 G는 전력도, 전류도 0으로 나타났고 시간이 지남에 따라 미비한 전력 발생을 보였다.
- 두 가지 산화전극에 Chitin의 첨가에 따른 전력 비교는 Mg + C이 가장 많은 전기를 생산(P : 31.5 ㎽, I : 125.5 ㎃, Power Density : 1575 ㎽/㎡)했으며, 그 다음이 Mg(P : 22㎽, I : 46.9 ㎃, Power Density : 1100㎽/㎡), G + C(P : 35 ㎼, I : 0.187 ㎃, Power Density : 2 ㎽/㎡), G((P : 0 ㎼, I : 0 ㎃, Power Density : 0 ㎽/㎡) 순으로 전기를 생산해낸 것을 알 수 있었다.
-키틴은 소모성 산화전극의 부식을 느리게 하면서 마그네슘의 부식과 함께 전력향상을 가져온 것으로 보여진다. 이로 인해 Mg + C의 전극은 Mg전극만 사용했을 경우보다 약 2배 정도 수명이 늘어나는 것으로 예측되어졌다.
<키틴의 유무에 따른 전력비교: Mg, Mg + C , G, G +C>
부식성 산화전극인 마그네슘의 전력이 흑연의 전력에 비해 월등히 많이 생산되었으며, 반영구적인 전원공급을 위한 키틴을 첨가한 마그네슘이 더 많은 전력이 발생했다. 또한 흑연은 전력이 거의 발생되지 않았지만, 흑연에 키틴을 첨가했을 경우 적지만 전력이 생산됐음을 알 수 있었다. 이로 인해 해저의 퇴적물을 이용한다면 해양에서 이용가능한 센서의 전력원으로 가능할 것이라 생각되어진다.
3. 사업성과
○ 기술적 성과
- 전지교체가 필요 없고 광범위한 해저지역에 살포가 가능하므로 군사방어, 지구환경변화감지 및 오염 물질감지 등으로 활용 가능하다. 또한 군사, 과학, 그리고 환경 분야의 기술적 발전에 기여할 것으로 기대된다.
- 전지교체비용이 소모되지 않으므로 유지관리비용의 절감할 수 있다.
- 반영구적 전원으로 인해 전지교체를 할 필요가 없으므로, 센서 설치 후 반영구적으로 사용가능하다.
- 군사목적으로 적함정의 감시가 용이하다.
- 장기적인 지구해양환경변화연구 및 기후변화연구가 가능하며 환경오염 모니터링이 용이하다.
○ 경제적 성과
- 미생물 연료전지를 이용하면 폐수처리에 필요한 포기에 소요되는 에너지를 급격하게 줄일 수 있고 동시에 에너지도 추출할 수 있으므로 프로세스의 효율을 높인다면 에너지자립형 하수처리장도 가능 하여 폭기에 필요한 비용을 절약할 수 있다.
- 바이오 캐소드를 이용할 경우, 폐수처리 이외에 탈질 및 bioremediation 공정으로 발전 가능하여 생물학적인 처리에 많은 기여를 할 것으로 생각된다.
○ 사회적 성과(일자리 창출 등)
- 무선센서개발은 실시간 데이터 베이스를 기반한 데이터 분석 기술과 알람 시스템과 연관이 되므로 IT기술과 상호 발전이 가능하여 IT기술과의 동반 성장으로 일자리 창출이 가능하다.
4. 기술개발결과 활용계획
- 군사방어목적 조기경보체제 확립가능하며 환경오염 조기경보체제 및 기후와 관련된 해양환경조사에 따른 기후재해 조기경보체제 확립가능하여 많은 경제적 이익과 경보체계의 안전망을 구축할 수 있다.
- 에너지 자립형 하폐수처리 공정, bioremediation의 기술적 방법의 하나로 쓰일 수 있으므로 독성물질 저감기술에 활용할 수 있다.
- 미래 수소기반사회에서 미생물학적 전기화학분해시설 (microbial electrolysis cell, MEC)로 개발이 가능하므로 유기성폐수를 이용한 수소생산이 가능하다.

목차 Contents

• 사업비사용실적보고서...1
• Ⅰ. 총괄현황...1
• Ⅱ. 과제개발비 세부집행내역...1
• 개발결과의견서...5
• 최종보고요약서(초록)...7
• 목 차...9
• 제 1 장 서론...11
• 제 1 절 연구의 필요성...11
• 제 2 절 국내외 연구현황...11
• 제 3 절 개발대상기술(또는 제품)의 개요...13
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법...15
• 제 1 절 과제목표...15
• 제 2 절 개발내용 및 방법...15
• 제 3절 결과...17
• 제 3 장 사업성과...23
• 제 1절 기술적 성과...23
• 제 2절 경제적 성과...23
• 제 3절 환경적 측면의 성과...23
• 제 4 장 결론...25
• 제 1절 연구결과...25
• 제 2절 기술적 경제적 효과...26
• 제 3절 향후계획...26
• 부록...27
• 참고문헌...27