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박테리아 배터리
박테리아 배터리는 박테리아를 전력원으로 사용하는 배터리이다 .
역사[편집]
생물 학자들은 21세기가 박테리아가 인류의 이익을 위해 전기를 생산하는 시대가 될 것이라고 예측했다. 1910년으로 거슬러 올라가는 박테리아 발전에 대해 영국의 식물 학자들은 세계 최초의 박테리아 배터리를 성공적으로 제조하기 위해 대장균 배양에서 전극으로 백금을 사용했다. 1984년 미국 과학자들은 우주 비행사의 소변 박테리아와 살아있는 박테리아를 가진 우주선을 위한 박테리아 배터리를 설계했다. 그러나 당시의 박테리아 배터리는 덜 효율적이었다. 1980년 대 말에는 박테리아 발전에 큰 발전이 있었다. 영국의 화학자들은 박테리아가 배터리의 분자를 분해하여 전자를 양극으로 방출하여 전기를 생성 할 수 있게 했다. 상기 방법은 생물학적 시스템이 전자를 수송하는 능력을 향상시키기 위해 희석제로서 당 액체에 염료와 같은 방향족 화합물을 첨가하는 것이었다. 박테리아의 발전 동안, 또한 박테리아 배양 용액과 산화 물질의 혼합물을 교반하기 위해 배터리 내로 연속적으로 팽창되었다. 이 박테리아 배터리를 사용하면 설탕 100g 당 1,352,930 쿨롱의 전기를 얻을 수 있으며 효율은 40%에 도달해 이는 현재 사용되는 배터리의 효율보다 훨씬 높은 10%의 잠재력이 있다. 배터리에 설탕을 계속 넣는 한 몇 개월 동안 지속되는 2A의 전류를 얻을 수 있었다.
박테리아 발전소는 박테리아 발전 원리를 사용하여 구축 할 수도 있다. 10m 정방형 큐브 컨테이너에 박테리아 배양액을 채워 1000kW의 박테리아 발전소를 만들 수 있다. 시간당 에너지 소비는 200kg이고 발전 비용은 더 높지만 이것은 일종의 오염이다. 톱밥, 짚 및 잎과 같은 폐 유기물의 가수 분해물의 사용은 말할 것도 없이 "녹색"발전소는 설탕 액체를 대체 할 수 있다. 따라서 박테리아 발전의 전망은 매우 매력적이다.
오늘 날, 햇빛을 사용하여 박테리아가 설탕을 사용하면 전기를 생산하게 된다. 일본은 두 종류의 박테리아를 배터리의 특수 시럽에 넣었다. 하나는 시럽을 삼키면 아세트산과 유기산이 생성되고 다른 하나는 수소에서 인산 연료 전지로 산이 수소로 변환된다. 배터리 액체로서 메탄올을 사용하고 전극으로서 알코올 탈수소 효소 백금을 사용하는 박테리아 배터리가 발명되었다.
박테리아는 또한 태양 에너지를 포획하여 전기 에너지로 직접 변환하는 "특수 기능"을 가지고 있다는 것도 놀랍게 밝혀졌다. 최근 미국 과학자들은 사해와 그레이트 솔트 레이크 (Great Salt Lake)에서 햇볕의 약 10%를 화학 물질로 전환할 때 전기를 생산하는 자주색 안료가 포함된 할로 필릭 박테리아를 발견했다. 과학자들은 이를 사용하여 할로겐이 적은 박테리아로 전기를 생산할 수 있는 작은 실험용 태양전지 배터리를 만들었으며 설탕 대신 소금을 사용하여 비용이 크게 줄었다.[1]
연구[편집]
- 박테리아 종이 배터리 : 뉴욕주립대학 전기 및 컴퓨터 공학부 최석헌 부교수와 동료들이 개발한 종이 기반의 일회용 배터리는 전기를 생성하는 박테리아를 종이에 통합해 종이 배터리를 만들었다. 배터리를 다 사용하고 나면 박테리아가 종이를 먹어 없앤다. 전자방출균(exoelectrogen)이라고 불리는 이 박테리아는 세포 밖에서 전자를 전달한다. 이 전자가 외부 전극과 접촉하면 전기가 생성된다. 동결 건조된 전자방출균을 종이에 놓고 물이나 타액을 첨가하면 전자방출균이 되살아나 4μW/cm²의 최대 전력을 생산한다. 아직 상업적으로 사용하기에는 매우 낮은 수준이지만 연구를 거듭하면 개선될 것으로 보인다.[2]
- 박테리아 미니 배터리 : 미국 빙엄턴 대학교 최석근 부교수 연구팀이 박테리아가 생산한 전력을 통해 특유의 방법으로 충전하는 소형 배터리를 개발했다. 금속이나 산성 화학물질도 들어있지 않다. 한 번 쓰고 버리는 ioT 디바이스의 센서와 무선 통신에 전력을 공급하는 데 특화되어 있다. 이런 종류의 센서는 포장이 한 번 쓰고는 땅에 버려져 환경 오염을 일으키는 공급망 물류용으로 이상적이다. 현재의 IoDT는 대부분 값도 비싸고 환경에도 해로운 배터리로 가동된다. 또 다른 사용례로는 포장 음식의 실시간 분석이 있다. 센서가 온도와 위치를 추적하고 부패를 방지해 식품을 좀 더 안전하게 제공할 수 있다. 예를 들어, 농산물은 포장 시설에서 소비자에게 배달되기 때문에 포장 내에서 온도를 측정하는 것은 물론 제시간에 배달되는지 까지 추적할 수 있다. 식품으로 인한 질병이 발생하면, 담당자는 관련 제품이 어디에서 왔는지 신속하게 파악할 수 있다. 배터리를 내장한 화인(shipping mark)을 구현해 실시간 데이터를 전송하도록 할 수도 있다. 여기서 중요한 것은 포장을 버려도 추가 환경 오염이 발생하지 않는다는 것이다. 영양소를 천천히 방출해 박테리아 배터리에 에너지를 공급하면 최대 8일까지 지속된다는 것이 연구팀의 설명이다. 느리고 지속적인 반응이 미생물의 영양소를 '오래 가는 전력'으로 바꿔준다. 최교수는 "우리가 개발한 바이오 배터리는 저렴하고 일회용이며 친환경적이다"라고 강조했다.[3]
각주[편집]
- ↑ , 〈박테리아 배터리의 장점은 무엇입니까?〉, Linkage, 2019-08-09
- ↑ 배수연 기자, 〈처분이 쉬운 박테리아 기반 종이 배터리 개발〉, 《데일리시큐》, 2018-08-27
- ↑ 〈“친환경 일회용 사물 인터넷이 온다” 박테리아 미니 배터리 개발 중〉, 《아이티월드코리아》, 2019-07-04
참고자료[편집]
- 〈박테리아 배터리의 장점은 무엇입니까?〉, Linkage, 2019-08-09
- 배수연 기자, 〈처분이 쉬운 박테리아 기반 종이 배터리 개발〉, 《데일리시큐》, 2018-08-27
- 〈“친환경 일회용 사물 인터넷이 온다” 박테리아 미니 배터리 개발 중〉, 《아이티월드코리아》, 2019-07-04
같이 보기[편집]
