[미리안] 새로운 청정 전력원으로 사용되는 조류
 프랑스에서 열리는 2015년 국제연합 기후변화 회의(United Nations Conference on Climate Change)에 참여하기 위해서 전 세계 지도자들이 모이고 있다. 이전부터 지구 온난화는 핫토픽이었지만, 엘니뇨 현상 등과 같이 인류의 삶에 직접적인 영향을 끼치기 때문에 점점 더 중요시되고 있다. 사람들은 지구 온난화를 어떻게 멈출 수 있는지에 대해서 큰 관심을 가지고 있다.
기후 변화를 제한하기 위해서, 전문가들은 21세기 말까지 탄소 중립을 달성할 필요가 있다고 주장하고 있다. 이런 목적을 달성하기 위해서, 화석연료에 대한 우리의 의존도는 낮아져야 한다. 그러나 어떤 에너지원이 화석연료를 대체할 수 있을 것인가? 콘코디아 대학(Concordia University)의 연구진은 이것에 대한 해답으로서 조류를 제안하고 있다.
저널 Technology에서 게재된 최근 연구에서, 이번 연구진은 조류가 청정 전력원으로 매우 유용하게 사용될 수 있다는 것을 소개했다. 전기 에너지는 남조류의 광합성과 호흡으로 발생된다.
왜 식물인가? 에너지를 가지고 있기 때문에.
“광합성과 호흡(식물 세포에서 발생함)은 전자 전달 사슬을 포함한다. 광합성과 호흡 동안에 남조류에서 방출되는 전자들을 포집함으로써, 우리는 자연적으로 생산하는 전기 에너지를 활용할 수 있다”고 Packirisamy가 말했다.
왜 남조류인가? 이것은 모든 곳에 존재하기 때문에.
시아노박테리아(cyanobacteria)로 알려진 남조류는 지구상에서 가장 번창하고 있는 미생물이다. 그들은 모든 위도에 걸쳐서 서식하고 있다. 그들은 이제까지 영원히 존재해 왔었다: 행성의 초기 동식물은 시아노박테리아로 인해서 살아갈 수 있었다. 시아노박테리아는 더 높은 생명체로 진화할 수 있게 하는 산소를 생산한다.
“기존의 프로세스를 활용함으로써, 우리는 무-탄소 에너지를 발생시킬 수 있는 더 저렴하고 확장 가능하며 새로운 기술을 개발하는데 성공했다”고 Packirisamy가 말했다. 이번 연구진은 이 연구가 아직 초기 단계이라고 말했다. “우리는 이 프로젝트를 상용화하기 위해서 더 많이 연구를 수행해야 한다”고 Packirisamy가 덧붙였다.
현재, 이번 연구진이 개발한 광합성 전력 셀(power cell)은 소규모이고 양극, 음극, 양성자 교환막으로 구성된다. 시아노박테리아 또는 남조류는 양극 챔버에 배치된다. 그들이 광합성을 수행할 때, 시아노박테리아는 전극 표면에서 전자들을 방출한다. 그리고 전자들을 추출해서 전력을 발생시키도록 외부 장치와 연결된다.
이번 연구진은 이 프로젝트를 확장시켜서 마이크로 광합성 전력 셀이 다양한 분야에 적용될 수 있기를 기대하고 있다. 예를 들어, 휴대폰과 컴퓨터에 전력을 공급하는 분야에 적용될 수 있을 것이다. 그리고 언젠가 전 세계의 모든 전력을 공급하는 날이 올 것이다. 이 연구결과는 저널 Technology에 “Micro photosynthetic power cell for power generation from photosynthesis of algae”라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1142/S2339547815400099).
그림. 전기를 생산하는 남조류.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 11월 30일]
[원문보기]
Algae could be a new green power source
As world leaders prepare to gather in France for the 2015 United Nations Conference on Climate Change next week, global warming — and how to stop it — is a hot topic.
To limit climate change, experts say that we need to reach carbon neutrality by the end of this century at the latest. To achieve that goal, our dependence on fossil fuels must be reversed. But what energy source will take its place? Researchers from Concordia just might have the answer: algae.
In a study published in the journal Technology ("Micro photosynthetic power cell for power generation from photosynthesis of algae"), a team led by Concordia engineering professor Muthukumaran Packirisamy describe their invention: a power cell that harnesses electrical energy from the photosynthesis and respiration of blue-green algae.
Why plants? Because the energy is already there.
“Both photosynthesis and respiration, which take place in plants cells, involve electron transfer chains. By trapping the electrons released by blue-green algae during photosynthesis and respiration, we can harness the electrical energy they produce naturally,” says Packirisamy.
Why blue-green algae? Because it’s everywhere.
Also known as cyanobacteria, blue-green algae are the most prosperous microorganisms on earth, evolutionarily speaking. They occupy a broad range of habitats across all latitudes. And they’ve been here forever: the planet's early fauna and flora owe their makeup to cyanobacteria, which produced the oxygen that ultimately allowed higher life forms to flourish.
“By taking advantage of a process that is constantly occurring all over the world, we’ve created a new and scalable technology that could lead to cheaper ways of generating carbon-free energy,” says Packirisamy.
He notes that the invention is still in its early stages. “We have a lot of work to do in terms of scaling the power cell to make the project commercial.”
Currently, the photosynthetic power cell exists on a small scale, and consists of an anode, cathode and proton exchange membrane. The cyanobacteria or blue green algae are placed in the anode chamber.
As they undergo photosynthesis, the cyanobacteria release electrons to the electrode surface. An external load is connected to the device to extract the electrons and harness power.
As Packirisamy and his team develop and expand the project, he hopes that the micro photosynthetic power cells will soon be used in various applications, such as powering cell phones and computers. And maybe one day they’ll power the world.
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