전기 만드는 미생물

 

 

 

  미생물 세포는 유기물을 산화하고 발생하는 전자를 세포 내ㆍ외부에 있는 전자수용체에 전달하면서 생체에너지인 아데노신3인산(ATP)을 얻게 된다. ATP는 모든 생물의 세포 내에 풍부하게 존재하는 물질이며 생물의 에너지대사에서 매우 중요한 역할을 한다.

 

  세균 중에 세포 외부에 존재하는 산화된 금속을 전자수용체로 사용하는 금속염 환원미생물이 알려져 있다. 미생물연료전지는 금속염 대신에 전자를 수용할 수 있는 탄소재질의 전극을 사용해서 유기물을 산화하면서 발생하는 전자(환원력)를 지속적으로 전기에너지로 전환하는 장치이다. 1990년대 말에 세포 외부에 전자를 전달할 수 있는 미생물들의 전자전달시스템이 규명된 이후 현재 미생물 연료전지의 실용화를 위한 다각적인 모색이 시도되고 있다.

 

● 강연내용

 

  본 강연에서는 과학에 흥미를 가지고 있는 청소년을 대상으로 미생물의 구조, 종류 및 대사적 특성을 설명할 계획이다. 특히 "전기를 만든다는 미생물"의 생리학적 특성을 설명하고 전기를 만드는 과정이 이러한 미생물들이 생존을 위한 생체에너지 합성과정에서 이루어진다는 것을 설명할 예정이다.

 

  강연 내용에는 전기 만드는 미생물을 이용하여 실제 응용할 수 있는 연구의 적용 분야에 대한 구체적인 예도 제시할 예정이다. 특히 이 연구가 미생물학, 환경공학, 재료공학 및 전기공학 등 여러 학문 분야가 융복합된 학문이 된다는 점도 부각할 예정이다.

 

  미생물의 에너지 생산 시스템인 발효는 넓은 의미로는 미생물이나 균류 등을 이용해 인간에게 유용한 물질을 얻어내는 과정을 지칭한다. 좁은 의미로는 산소를 사용하지 않고 에너지를 얻는 당분해과정을 말한다. 김치와 요구르트, 술 등이 발효의 예다.

 

  호흡은 산소 사용 여부에 따라 유기호흡과 무기호흡으로 나뉜다. 산소호흡은 산소가 존재하는 상태에서 산소를 이용해 에너지를 만들어 내는 과정으로 대부분의 생물은 산소호흡을 한다. 무산소 호흡은 땅속 깊은 곳이나 깊은 바다 속, 호수의 밑바닥 등 산소가 풍족하지 않은 곳에서 산소를 이용하지 않고 에너지를 얻는 방법이다.

 

  미생물 연료전지는 전기화학적 활성 미생물의 촉매활동을 이용해 폐수 유기물의 화학에너지를 전기에너지로 전환하는 장치로 폐유기물을 이용한다는 측면에서 큰 경제성을 가진다.

고유가, 환경문제 등의 이유로 미생물 연료전지의 연구는 더 활발한 연구가 행해질 것이며 이를 통해 실용화가 앞당겨질 것으로 전망된다.

 

●연구팀

 

  지스트 환경공학부 장인섭 교수 연구팀은 2009년부터 한국연구재단의 국가지정연구실 사업, 미래유망파이오니어 사업 등의 지원으로 "에너지 회수형 미생물연료전지기술", "생체 이식용 나노바이오연료전지", "미생물공정을 이용한 바이오케미칼 생산 및 합성" 등의 연구를 수행하고 있다.

 

  이러한 연구의 최종 목적은 인류의 생활과 환경에 도움이 될 수 있는 목적 지향적인 연구를 수행하고 있으며 그 과정에서 새로운 과학적 사실의 규명 및 응용분야의 탐색에도 노력을 하고 있다. 장인섭 교수는 2009년 제2회 미생물연료전지 국제학술대회의 회의 의장(Conference Chair)으로 활동한 바 있으며 현재 International Society for Microbial Electrochemistry and Technology(ISMET)의 위원으로 활동 중이다.

 

장인섭 GIST 환경공학부 교수

 

 

(※위 내용은 2014년 1월 24일 금요일 오후 7시 광주 교육과학연구원 3층 303호에서 개최된"금요일에 과학터치" 본 강연 내용입니다.)