Microbial Fuel Cells for Bioenergy Generation and Wastewater Treatment
바이오에너지 생산 및 폐수처리를 위한 미생물연료전지

Jaw-Woon Nah, Sung-Hee Roh
2013 Applied Chemistry for Engineering  
미생물연료전지는 혐기성 조건에서 미생물의 촉매 반응을 통해 유기물질의 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 생물 전기화학 장치이다. 미생물연료전지의 전력밀도 및 쿨롱효율은 산화전극 챔버 내 미생물의 종류, 시스템 구성요소 및 운전조건에 영향을 받는다. 미생물연료전지에서 달성할 수 있는 전력은 구성요소, 물리적 및 화학적 운전조건, 바이오 촉매 선택 등의 최적화로 디자인을 변형하여 현저하게 증가시킬 수 있다. 본 총설에서는 미생물연료전지의 구성, 운전 매개변수의 최적화 및 성능과 더불어 장래 응용에 대한 최근 연구를 중점적으로 고찰하고자 한다. A microbial fuel cell (MFC) is a bio-electrochemical device that converts chemical energy in the chemical bonds in organic compounds to electrical energy through catalytic reactions of
more » ... ctions of microorganisms under anaerobic conditions. Power density and Coulombic efficiency are significantly affected by the types of microbe in the anodic chamber of an MFC, configurations of the system and operating conditions. The achievable power output from MFC increased remarkably by modifying their designs such as the optimization of MFC configurations, the physical and chemical operating conditions, and the choice of biocatalysts. This article presents a critical review on the recent advances made in MFC research with the emphasis on MFC configurations, optimization of important operating parameters, performances and future applications of MFC. 전기발생 성능은 수소를 이용한 일반 화학 연료전지에 비해 매우 낮 다. 따라서 실용적인 연료전지에 근접하기 위해서는 전력밀도를 향상 시켜야 하는 중요한 문제가 남아있다. MFCs의 성능을 향상시키기 위하여 MFC 시스템의 구성, 물리⋅화 학적 운전 조건, 미생물의 선택, 전극으로 전자의 원활한 전송을 위한 미생물 대사의 최적화 등에 관한 많은 연구가 진행되고 있다[6-10]. 일반적으로, MFCs의 생산전력은 기질 분해, 박테리아로부터 산화전극 (anode)으로 전달되는 전자 전송율, 회로 저항, 양성자 이동, 전극 성능 및 외부 운전조건에 영향을 받는다. 또한 전극재료의 물리⋅화학적 특성(표면적, 전기 전도성, 화학 안정성 등), 미생물의 부착, 전자 전달, 전극 저항 및 전극표면에서의 반응속도에 영향을 받는다. 따라서 MFCs의 성능을 향상시키기 위하여 최적의 전극재료 선정 및 기술개 발은 매우 중요하다. 폐수 등과 같은 환경 오염물질을 생물학적으로 처리함과 동시에 전 력을 생산할 수 있는 MFCs는 큰 관심을 받고 있으며, 최근 연구의 급 속한 발전 결과로 실용화 MFCs 기술개발에 진일보하는 계기를 마련 하였다. MFCs의 디자인 및 특성, MFCs의 구성 및 성능[11], MFCs의 성능을 결정하는 미생물의 신진대사와 매개변수[12], 전기를 생산하 는 박테리아 군집[13], 무매개체 시스템에서 전기화학적 활성 박테리 아의 특성[14], 원격센서 및 모니터링 장치에 전원 공급을 위한 무인 나재운⋅노성희 공업화학, 제 24 권 제 6 호, 2013
doi:10.14478/ace.2013.1100 fatcat:qaxyflj3uvastgjdpea3ntstkm