초록 ▼

연구의 목적 및 내용
본 연구기술은 바이오연료전지 기술을 이용하여 미발굴 바이오매스로부터 에너지를 회수하는 것으로, 회수되는 형태는 전기와 수소로 대별된다. 연구기술은 세부 핵심기술 3가지로 분류하여 i) 바이오연료전지형 머드배터리, ii) 셀룰로오스 이용 바이오연료전지 시스템, iii) hydrogen 생산을 위한 hybrid-biomimetic 바이오연료전지 시스템이다. 유기물이 바이오연료전지 내 전기화학활성미생물의 산화과정에서 에너지로 회수되는데 기술 i)과 ii)는 전기의 형태로 iii)은 이동성이 용이한 수소의 형태

연구의 목적 및 내용
본 연구기술은 바이오연료전지 기술을 이용하여 미발굴 바이오매스로부터 에너지를 회수하는 것으로, 회수되는 형태는 전기와 수소로 대별된다. 연구기술은 세부 핵심기술 3가지로 분류하여 i) 바이오연료전지형 머드배터리, ii) 셀룰로오스 이용 바이오연료전지 시스템, iii) hydrogen 생산을 위한 hybrid-biomimetic 바이오연료전지 시스템이다. 유기물이 바이오연료전지 내 전기화학활성미생물의 산화과정에서 에너지로 회수되는데 기술 i)과 ii)는 전기의 형태로 iii)은 이동성이 용이한 수소의 형태로 달성된다. 본 연구기술의 가장 근간이 되는 핵심 키워드는 지속가능한 에너지기술이며, 이를 달성하기 위해 환경위해성이 가장 적은 바이오에너지를 기반으로 하여, 유비쿼터스한 미발굴 바이오매스를 대상으로 전기와 수소를 생산하는 "수요대응형 고밀도 바이오연료전지 기술 개발"을 통한 한국형 대체에너지 생산기술을 확보하는 것을 목표로 한다.
연구결과
본 연구결과의 핵심은 핵심기술 1,2,3을 통해 수요대응형 고밀도 바이오연료전지 기술을 개발함과 동시 바이오연료전지의 실용화를 위한 실증화 연구의 초석을 될 수 있는 연구적 결과를 획득한 것이다.
※ 대표적 연구 결과
1) 핵심기술 1: 갯벌에서 전기를 생산하는 바이오연료전지형 머드배터리 시스템
- 머드베터리 시스템 구축 및 단위 셀 최적화
- 머드베터리 내 미생물 군집 확인
- 머드베터리 시스템 모듈화 및 현장 적용 모색
2) 핵심기술 2: 셀룰로오스 계열 바이오매스에서 전기를 생산하는 바이오연료전지 시스템
- 셀룰로오스 바이오매스 기반 바이오연료전지 시스템
- 셀룰로오스 분해 산물을 이용하는 전기화학활성 미생물 균주 개발
- 포도당을 이용하는 전기화학활성 미생물의 바이오연료전지 전류 생산
3) 핵심기술 3: 생물학적 수소생산 Hybrid-Biomimetic 바이오연료전지 시스템
- 수소생산용 External power added-MFC 개발
- Biocatalyst 기반 biocathode 및 운전조건 변화를 통한 Biomimetic MFC 성능 향상
- 내부 과전압 저감으로 인한 효율 향상
연구결과의 활용계획
본 연구에서는 바이오연료전지 기술을 바탕으로 미발굴 바이오매스로부터 에너지 전환이 가능하다는 사실을 밝혔다. 본 연구기간 동안 확보된 결과 중에 바이오연료전지의 과전압 현상을 최소화하기 위한 구조적 설계, 막형 구조체를 이용한 전극설계, 포도당 이용 재조합균주 확보기술 등은 대표적 연구성과로 실증화 및 실용화를 위한 핵심기술로 활용될 수 있다. 현재 본 연구실의 기술적 수준은 세계적 수준으로 자체 평가할 수 있지만 실증화 및 실용화를 완성하기 위한 단계까지는 접근하지 못하였다고 판단된다. 본 연구에서 확보한 핵심기술의 활용계획은 후속연구를 바탕으로 바이오연료전지 시스템의 실증화에 적용하여 바이오연료전지 시스템의 실용화를 앞당기는 연구에 활용될 수 있다. 따라서 본 연구결과의 활용계획은 수행된 연구의 추가연구와 더불어 기존의 소유하고 있는 다른 분야의 바이오연료전지와의 연계 및 응용을 통하여 바이오연료전지의 실용화를 위한 실증화 연구를 수행하는 것이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
Technique of renewable alternative energy through a large scale of biofuel cell can generate electricity and hydrogen by ubiquitous biomass.
Three main technique : i) Mud battery system, ii) Cellulose MFC system, iii) Hydrogen production MEC system. Organic substrates is con

Purpose&contents
Technique of renewable alternative energy through a large scale of biofuel cell can generate electricity and hydrogen by ubiquitous biomass.
Three main technique : i) Mud battery system, ii) Cellulose MFC system, iii) Hydrogen production MEC system. Organic substrates is converted to electroenergy in technique i) , ii) and hydrogen in technique iii)
Main keyword of research is generate the renewable energy technique based on bioenergy to develop the alternative energy resources by using 수소대응형 high density biofuel cell technique
Result
○ 1st main technique: Mud battery system
- set up the mud battery system optimization of unit cell
- confirm the microbial community in mud battery
- modulation of mud battery system and application
○ 2nd main technique: Cellulose MFC system
- Construction of biofuel cell system based on cellulose biomass
- Development of electrochemically active bacterial strains using cellulose degradation products
- Electricity generation of biofuel cell from electrically active bacteria using glucose substrate ○ 3rd main technique: Hydrogen production MEC system
- construct the External power added-MFC for generating hydrogen
- Biocathode based on biocatalyst & improvement of biomimetic MFC performance by different operate condition
- develop the efficiency by decreasing internal overpotential
Expected Contribution
※ Expected contribution
➀ Mud battery system
- Energy recovery (Current density > 180 mA/m²)
- Bioremediation of tideland
- Energy supply source for island and remote area
② Cellulose MFC system
- Economically feasible cellulosic biomass
- Cellulose fermentation for continuous renewable energy source
③ Hydrogen production of MEC system
- Increasing the yield of hydrogen production (4 mol H₂ → 8 mol H₂)
- High purity of hydrogen production without purification (Purity > 97%)
※ Expected economical and industrial effects
- Alternative effect of direct energy income: 980 billion / year
- The creation of new industrial area: 127.6 billion / year
- New concept of biofuel cell technique
- Overcome of the limitation for nonrenewable biomass on developing countries

목차 Contents

• 도약연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 14
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 18
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 32
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 34
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 35
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 43
• 8. 참고문헌 ... 44
• 9. 연구성과 ... 46
• 10. 기타사항 ... 69
• [별첨1] 대 표 연 구 성 과 ... 70