초록 ▼

□ 연구개요
지구환경 파괴와 에너지 부족문제를 해결하기 위한 고부가가치의 미래에너지원 확보를 위한 핵심기술인 미생물에너지 전환기술로서 미생물연료전지는 폐수처리와 동시에 전기를 생산할 수 있음. 본 연구에서는 에너지 생산 및 폐수처리를 위한 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체 막-전극 접합체의 미생물연료전지 모듈시스템을 개발하여 폐수처리 성능평가 및 전력밀도 향상에 대한 최적 특성을 연구하여 미생물연료전지의 실용화에 기여하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
◦ 1차년도: 본 연구에서는 저비용의 친환

□ 연구개요
지구환경 파괴와 에너지 부족문제를 해결하기 위한 고부가가치의 미래에너지원 확보를 위한 핵심기술인 미생물에너지 전환기술로서 미생물연료전지는 폐수처리와 동시에 전기를 생산할 수 있음. 본 연구에서는 에너지 생산 및 폐수처리를 위한 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체 막-전극 접합체의 미생물연료전지 모듈시스템을 개발하여 폐수처리 성능평가 및 전력밀도 향상에 대한 최적 특성을 연구하여 미생물연료전지의 실용화에 기여하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
◦ 1차년도: 본 연구에서는 저비용의 친환경 소재인 바이오셀룰로오스 나노섬유 망상구조의 지지체에 유무기계 나노복합체 이오노머의 함침공정을 통하여 고이온전도도와 투과도 제어 특성을 갖는 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체 전해질 막을 제조하였음.
◦ 2차년도: 미생물연료전지의 전력밀도를 향상시키기 위하여 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체의 전해질 막을 이용한 막-전극접합체를 제조하였으며, 이를 장착한 미생물연료전지 단위셀의 운전시간에 대한 polarization data를 측정하여 전기생산 특성을 검토하였음.
◦ 3차년도: 미생물연료전지의 규모 확대 및 전력밀도를 향상시키기 위하여, 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체의 전해질 막-전극 접합체를 직렬 또는 병렬로 배치한 미생물연료전지 모듈시스템을 개발하여 전기생산 및 폐수처리 성능을 평가하였음.
◦ 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체의 전해질 막-전극 접합체의 미생물연료전지 시스템의 전기생산 특성은 운전 초기 미생물의 적응 기간이 지난 후, 최대 전력밀도 2.93W/m²에 도달하였으며, 미생물연료전지 단위셀을 다중 연결 시 전압역전 현상이 발생하더라도 시스템 운전에 크게 영향을 미치지는 않았음. 또한, COD 제거율은 운전시간이 경과함에 따라 anode chamber 내 미생물들의 부착성장 및 생물막이 원활하게 형성되어 안정된 효율을 나타내었음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
◦ 본 연구에 의한 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체를 이용한 전해질 막은 고가의 불소계막을 대체할 수 있어 생산단가를 낮추게 되어 경제적이고, 전해질 막-전극 접합체는 미생물연료전지 뿐만 아니라 고분자전해질형 연료전지 및 직접메탄올 연료전지에 적용 가능함.
◦ 인류가 당면한 에너지 고갈, 폐기물의 과량 배출에 따른 절감 및 이를 효율적으로 해결하기 위한 다양한 경제․산업분야의 요구에 부응하여 토착화된 첨단 에너지•환경기술의 개발에 기여함.
◦ 본 연구의 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체를 이용한 전해질 막은 전도성 복합재료 및 고강도 경량 구조재료 등에 응용 가능하며, 미생물연료전지 기술은 전력생산을 더 증가시킨다면 폐수를 처리하면서 스스로 전력을 공급할 수 있는 지속가능한 에너지자립형 하·폐수처리 시스템의 실용화 기술로 발전될 수 있을 것으로 전망됨.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구 목표 ... 4
• 2) 연구 필요성 ... 4
• 3) 연구 내용 및 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도: 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체를 이용한 고이온전도성 고분자 전해질막 제조 ... 5
• 2) 2차년도: 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체의 전해질 막-전극 접합체 및 단위셀 제조 ... 10
• 3) 3차년도: 고성능 저비용 바이오셀룰로오스 기반 나노복합체의 전해질 막-전극 접합체를 도입한 미생물 연료전지 모듈시스템 개발 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 15
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 15
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 3) 목표 달성 수준 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 16
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 참고문헌 ... 17
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 29