미생물 연료전지에 대해서 알아보겠습니다. 미생물 연료전지는 바이오 전기화학시스템으로서, 미생물의 상호 작용을 모방하여 전류를 유도합니다. 미생물연료전지는 유기물에 함유된 화학에너지를 전기적으로 활성을 가진 미생물의 촉매작용을 이용하여 전기에너지로 직접 변환시키는 변환장치입니다.
1.개요
미생물을 촉매로 사용하여 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 연료전지로, 양극, 음극, 양이온 교환막으로 구성됩니다.
- 양극 : 산화반응이 일어나 산화전극이라고 불림
- 음극 : 환원반응이 일어나 환원적극이라고 불림
- 양이온 교환막 : PEM(Proton Exchange Membrane)으로 산화반응에서 생성된 양성자를 환원반응조로 옮겨 pH 변화를 막고 에너지의 효율을 일정하게 유지
2.미생물연료전지 원리
미생물이 호기성 조건에서 설탕과 같은 물질을 섭취하면, 이산화탄소와 물을 생성하지만, 산소가 없을경우(혐기) 이산화탄소, 양성자 및 전자가 생성
유기물은 미생물연료전지의 음극반응조로 유입하며, 음극의 표면에 생물막 형태로 존재하는 미생물에 의 하여 분해되어 전자와 양성자 및 이산화탄소를 생성한다. 이때 전자는 외부 전자수용체 역할을 수행하는 음극으로 전달되어 전위차에 의해 도선을 통하여 양극으로 이동하며, 도선에는 미생물연료전지에서 발생하는 전력을 회수하기 위한 부하가 연결되어 있다. 양성자는 음극용액 그리고 분 리막 및 양극용액이 있는 경우 이 들을 통하여 양극으로 전 달된다. 양극에서는 전자와 양성자 그리고 산소 등의 산화제가 결합하여 물을 형성한다.
- 1. 미생물이 공급된 유기물을 분해하는 과정에서 전자와 수소이온이 생성됩니다.
- 2. 양이온 교환막을 통해 양극으로 수소이온이 이동합니다.
- 3. 외부장치를 통해 음극에서 양극으로 전자가 이동합니다.
- 4. 전위차에 따라 전자가 흐르고 전기에너지가 생성됩니다.
- 5. 수소이온과 전자, 공기 중에서 공급되는 산소 분자가 만나 물로 환원됩니다.
3.결론
미생물 연료전지로 만든 전력으로 폐수 처리 공정을 독립적으로 운영할수 있으며, 추가적인 전력 생산이 가능합니다. 하지만, 아직 하수처리장에 적용하기에는 기술력이 부족하고, 전력 효율이 낮다는 단점이 있습니다.
