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글루코오스 연료를 이용한 바이오 연료전지의 고출력밀도화 개발

전문가 제언: ○ 최근 들어 에너지와 경제적 안정성을 높이고 현재의 위기를 극복하기 위한 방편으로 새로운 수소 기술 개발에 대해 국제적인 관심이 높아지고 있다. 예를 들어 미국 에너지부는 수소사회 기반 설비, 연료전지, 저장 기술에 대한 공격적인 목표를 가진 계획을 수립하였다. 이들 공정으로부터의 수소는 연료전지의 에너지로 직접 사용되는 것뿐만 아니고, 수소 농도가 높은 기류(stream)는 가솔린, 메탄올, 에탄올 그리고 고부가가치 화학제품을 생산하는 데 사용할 수 있다.

○ 효소나 미생물을 촉매로 사용하는 바이오 연료전지는 종래의 연료전지에서는 과전압이 커 연료로서 검토되지 않았던 연료가 이용될 수 있다. 예를 들면 글루코오스를 산화하는 효소인 글루코오스 옥시다아제(GOD)를 사용함으로써 글루코오스를 연료로 사용할 수 있다. 수소 이외의 화합물을 연료로 사용하는 연료전지는 아직까지 큰 발전을 보이고 있지는 못하다.

○ 수소 발생 시스템 개발을 위해 많은 연구가 진행되어 왔다. 현재 개발이 많이 진행되고 실용화된 기술은 탄화수소 연료의 개질이다. 화석연료에 대한 의존도를 낮추기 위해 바이오매스와 물과 같은 재생자원으로부터 수소를 발생시키는 기술도 개발되고 있다. 가장 성숙된 기술은 개질과 기체화 기술이다. 장기적 관점의 기술로는 바이오수소, 열화학적 물 분해, 광전기 분해가 있다. 이들 대체 수소 생산 시스템의 개발에 큰 진전이 있지만 종래의 대형 개질 기술과 경쟁하기 위해서는 기술적 개선과 원가 절감이 절실하다.

○ 바이오 연료전지는 효소 및 미생물과 같은 생물 촉매를 종래의 연료전지에서 전이금속 촉매를 대신하여 사용한다. 효소계 바이오 연료전지의 주요 장점은 동일 출력을 내는 미생물 연료전지에 비하여 크기가 작으면서 효소 자신의 산화환원 전위에 근접하여 운전이 가능하다는 점이다. 효소로 개질된 전극은 바이오센서, 바이오 의료 디바이스 및 효소 바이오반응기(bio-reactor) 등을 구성하는 기초로 제공되어 실용적인 목적의 가능성이 점점 커지고 있다.

저자: Takahiro Tamaki, Takeo Yamaguchi
자료유형: 학술정보