초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 물분해를 하여 수소를 생산하는 광전기화학전지와 폐수를 이용하고 반도체를 전극으로 활용하여 수소를 생산하는 광미생물전기분해전지의 두 기술을 접목하여 광미생물하이브리드전지(photo-microbial hybrid cell, PMHC)를 개발하고 이를 이용해 기존의 두 기술의 문제점을 해결하고자 하였다.
두 기술 모두 수소를 생산하기 위해 외부 인가전압을 필요로 하는 비자발적인 반응인 단점을 갖고 있으며 본 연구에서는 반도체를 이용하여 외부 인가전압 없이 자가 전압인가(self-potential bi

□ 연구개요
본 연구에서는 물분해를 하여 수소를 생산하는 광전기화학전지와 폐수를 이용하고 반도체를 전극으로 활용하여 수소를 생산하는 광미생물전기분해전지의 두 기술을 접목하여 광미생물하이브리드전지(photo-microbial hybrid cell, PMHC)를 개발하고 이를 이용해 기존의 두 기술의 문제점을 해결하고자 하였다.
두 기술 모두 수소를 생산하기 위해 외부 인가전압을 필요로 하는 비자발적인 반응인 단점을 갖고 있으며 본 연구에서는 반도체를 이용하여 외부 인가전압 없이 자가 전압인가(self-potential biasing)에서 두 연료 모두 효율적인 처리가 가능하며 지속적으로 반응기 부피당(m³) 최소 2 m³ H₂/d의 속도로 수소를 생산할 수 있는 것을 목표로 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) p-type 반도체 산화구리 합성 및 특성
-p-type 반도체인 산화구리 나노와이어와 나노입자 합성
-Linear sweep voltammetry법과 Chronoamperometry법을 사용하여 산화구리 나노와이어의 광전류 확인
-전자현미경과 X-ray photoelectron spectroscopy법을 이용하여 합성된 산화구리 나노와이어어와 나노입자의 분석
-임피던스법을 사용하여 합성된 산화구리의 반도체 특성 규명
2) 광미생물연료전지 개발
-산화철 산화전극과 산화구리 환원전극을 사용하는 광미생물연료전지 제작
-빛에너지를 이용하여 최대 1.81 Wm^-2 의 전력밀도값을 얻음
-빛의 유무에 상관없이 90%이상의 COD제거 효율을 얻음
3) 막걸리 폐수 처리용 미생물전기분해전지 개발
-아세테이트를 함유하는 인공 폐수가 아닌 실제 폐수인 막걸리 폐수 처리용 미생물전기분해전지 제작
-막걸리 폐수를 기질로 사용하여 약 90%의 평균 수소 순도의 기체 생산
-1.59 m³H₂/m³d의 최대 수소생산 속도를 구현하였으며 기존에 목표로 하였던 광미생물하이브리드전지의 2 m³H₂/m³d에 근접함

□ 연구개발결과의 중요성
수소의 광화학적 제조 기술 분야는 아직 기술의 성숙도가 낮고 국가 간 기술의 격차가 거의 나지 않아 원천기술 확보의 가능성이 높고 그만큼 새로운 기술의 개발이 중요하다. 그런 의미에서 본 기술은 그동안 한 방향으로만 가며 정체되어 있던 청정 수소 제조 기술에게 획기적인 전기를 마련해줄 것이다. 그 뿐 아니라 각종 폐수를 처리하며 수소를 생산하는 본 기술은 환경의 정화가 자원의 획득으로 연결되는 방법이라는 새로운 인식을 우리에게 심어줄 수 있을 것이며 실지로 여러 새로운 폐수 처리 기술이 생겨날 것이다. 또한 태양광의 약 44%를 차지하는 가시광선에 높은 효율로 활성화되는 광촉매 제조 기술에 꾸준히 매진한다면 지구상에 70%를 차지하는 물로부터 꾸준히 수소를 제조할 수 있을 것이며 이 두 기술을 합친 본 기술은 미래그린대체에너지 기술력을 확보하는 초석이 될 수 있을 것이다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 가. 광미생물하이브리드전지의 개발 ... 3
• 나. 연구의 필요성 ... 6
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 7
• 가. p-type 반도체 산화구리 합성 및 특성 ... 7
• 나. 광미생물연료전지의 제작 및 성능 평가 ... 10
• 다. 막걸리 폐수 처리용 미생물전기분해전지 개발 ... 13
• 라. 연구방법 및 과정의 적절성 ... 16
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 17
• 4. 참고문헌 ... 17
• 5. 연구성과 ... 18
• 끝페이지 ... 20