1세기 전, 과학자들은 이미 세균들이 전하와 화학연료의 방식으로 에너지를 방출한다는 사실을 알고 있었다. 그러나 어떻게 이러한 에너지를 수집하여 이들을 이용할 것인가가 문제였다. 다음 세 가지는 이러한 문제를 해결하기 위해 제안된 성공적인 예들이다.

네델란드 Wageningen대학의 연구진들은 살아있는 세포들이 생산하는 전하를 수집하여 연속해서 생물을 재생하는 시스템을 만들어내었다. 유럽 연합이 지원하는 ‘PlantPower’라는 연구 프로그램을 통해서 Marjolein Helder박사는 토양의 세균이 식물들이 썩어서 생산되는 영양물질을 분해하면서 방출하는 전자를 수집하여 미생물 연료전지를 개발하였다. 젖은 토양에 탄소전극을 심고 토양 표면의 산소와 접촉하여, 충분한 양의 전하를 토양에서 채취하여 LED등을 밝히는데 성공하였다.

미생물 연료 전지의 배출 효율은 적지만, 계속되는 능력은 사람을 놀라게 한다. 태양이 지표면의 식물을 계속 비추기만 한다면 토양내의 미생물들은 무한하게 에너지를 생산할 수 있다. 이외에도, 전기를 생산하는 이와 같은 반응은 온실화 가스인 메탄의 생성을 저지할 수 있다.

Helder박사는 이미 Plant-e라근 이름의 회사를 설립하여 이 기술의 상업화를 도모하고 있으며 정원의 조명이나 학교 및 수영장에서 사용하는 WiFi에 전기를 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 스웨덴의 Upssala대학의 Peter Lindblad교수는 광합성 능력을 가진 미생물을 유전공학적으로 조작하여 태양광과 물을 수소와 탄소로 전환하여 생물연료를 생산하는 세균을 만들어냈다.

거의 모든 미생물이 수소를 생산해낼 수 있지만, 이 수소를 모으기가 어렵다. 연구팀은 유럽 연합의 연구 프로그램인 CyanoFactory의 지원을 받아서 생물화학적인 기술을 개발하였다. 연구팀은 다른 생물체로부터 유전자를 탐색하여 광합성 미생물의 DNA에 추가하여 원리적으로는 세포의 내부 화학 반응을 새로 만들어내게 된 것이다.

세포의 DNA의 일부를 바꾸어 줌으로써 화학반응을 새로 설계할 수 있다. 가장 자주 보게 되는 것은, 유전자 변형을 통해 부작용이 나타나는 것이다. 그러나 기대하는 성질도 가지면서 세포가 생존할 수 있으나 생산능력을 저하된다. 다른 도전적인 문제들은 세포의 여분의 화학 경로를 없앰으로써 수소를 집중 생산하도록 하는 것이다.

반복적인 실험을 통해서 연구팀은 유전자를 광합성 세균에 도입하고 기타 원래 갖고 있던 화학반응을 제거함으로써 수소를 생산하는 과정만을 남기는데 성공하였다. 이렇게 얻어진 미생물은 수소의 생산 속도가 빨라지고 태양광을 연료로 전환하는 효율이 식물의 3개에 이르렀다.

Lindblad교수가 개발한 유전자 조작 기술을 세균과 녹조류에 응용하여 공정을 개발한다면, 태양광을 이용하여 이산화탄소를 알코올과 탄화수소로 화합물로 전환할 수 있다. 이러한 태양광 에너지는 합성수소 가스에 비해 훨씬 복잡하고 현재 사용하고 있는 운송설비에 그대로 이용할 수 있는 장점을 갖고 있다.

유럽 연합이 지원하는 Photofuel프로그램의 일부분으로서 자동차 제조업체 Volkswagen이 주도하는 연구팀이 이 연구 프로그램을 이끌고 있는데 가솔린과 디젤을 대체할 수 있는 태양에너지를 생산할 수 있다. Volkswagen연구팀은 밀폐된 실외 생물반응기를 건설하고 미생물을 배양할 수 있는 시설을 건설하였다. 이 실험 시설은 영국 런던의 Imperial College of London의 옥상에 징어질 전망이다. 독일의 Bielefeld대학의 바이오테크 센터의 Olaf Kruse교수는 유전자 조작 미생물이 운송 연료의 동시에 생존할 수 있다면, 무한정한 태양에너지 연료를 생산할 수 있는 세포 공장이 도리 것이라고 밝혔다.

이러한 방법들은 Helder박사가 지속가능하다고 생각하는 이러한 에너지연구의 방향은 자연을 이용하고 자연을 대체하지 말자는 이념과 일치한다.