녹조류에서 전기 뽑는다

2018.10.31 12:00
나노 전극이 삽입된 조류세포 필름 및 광합성 전자 추출 장치의 모습. 연세대 제공.
나노 전극이 삽입된 조류세포 필름 및 광합성 전자 추출 장치. 연세대 제공.

대부분의 식물은 햇빛을 받아 에너지를 만드는 광합성 작용을 한다. 녹조류 역시 광합성을 하는데, 이때 세포 내부에 미세한 전기가 발생한다. 국내 연구진이 녹조류의 광합성 과정에서 발생하는 전자를 이용해 전기를 생산하는 방법을 개발했다. 

 

류원형 연세대 기계공학과 교수 연구진은 녹조류가 광합성을 할 때 생성되는 전자를 효율적으로 추출하는 기술을 개발했다고 31일 밝혔다.


연구팀은 녹조류에서 뽑아낸 세포로 얇은 세포 필름을 만든 다음, 이 밑에 수많은 바늘 모양의 전극을 붙이는 방법으로 전자를 추출했다. 기존의 태양광 발전 기술은 실리콘 등 일부 전자회로가 햇빛을 받을 때 생겨나는 전기를 포집하는 방식이다. 이와 달리 생물은 광합성을 하면서 태양에너지를 고효율로 전기화학 에너지로 변환하는데, 이 과정에서 생겨나는 전기에너지를 활용하려는 ‘생체 태양광발전’을 연구하는 경우도 있다. 그러나 세포에 미세한 전극을 삽입하는 기술이 충분하지 않아  대량의 전류를 추출하기 어려웠다.

 

연구팀은 녹조류 세포를 한 번에 쉽게 다룰 수 있도록 단일층의 세포 필름을 제작했다. 바늘모양의 나노 전극이 조밀하게 배열된 기판을 개발해 대량의 조류세포를 연결했다. 나노 전극 기판 위에 세포 필름을 샌드위치처럼 올려놓고 압력을 가하면 전극이 수많은 조류에 삽입되면서 전류를 뽑아낼 수 있다.

 

이렇게 만든 생체 태양광 발전장치는 전극 기판 1㎠ 위에 약 10만 개의 조류세포를 올려 두고 전류를 추출할 수 있다.  중간에 다른 증폭장치 등을 설치하지 않고도 100nA(나노암페아) 이상의 전류를 얻었다. 이런 기능은 약 1주일 간 유지됐다.

 

연구팀은 생체 태양광발전 기술이 상용화되는데 큰 보탬이 될 것으로 기대하고 있다. 류원형 교수는 “조류세포와 같은 식물세포를 이용한 태양광 에너지 변환 시스템이 실험실 단계를 벗어나 실용화 단계로 나아갈 수 있는 첫 걸음”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 국제학술지 바이오센서스 앤 바이오일렉트로닉스‘ 10월 15일자에 게재됐다.

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