1 전기활성 미생물(Electroactive microorganisms, EM)이란?

ㅇ 전기활성 미생물은 주변 미생물 혹은 전도성을 가진 전극 표면과 전자를 주고받을 수 있는 미생물로, 대사 작용과 관련한 ‘생화학적’ 현상과 전자의 흐름으로 대표되는 ‘전기적’ 현상을 연결 짓는 매개체이자 촉매로 여겨지고 있음.

ㅇ 전기활성 미생물은 유기물을 분해하여 전기에너지/수소를 생산하거나, 무기물로부터 유용한 유기물질을 합성하는 등 다양한 분야에 응용될 수 있으며, 미생물과 전자의 흐름이 접목이 된 모든 기술을 포괄하여 생물전기화학 시스템(Bioelectrochemical systems, BES)이라고 통칭함.

ㅇ 전기활성 미생물을 이용한 에너지/환경 기술은 그 기능과 구성에 따라 아래 4가지 경우로 분류될 수 있음.

- 미생물 연료전지(Microbial fuel cell, MFC): 유기물의 화학에너지를 전기에너지로 변환하기 위한 가장 전통적인 BES의 형태이며, 산화전극 상 유기물(전자공여체)의 대사 과정에서 발생한 전자가 전기활성 미생물에 의해 전극으로 전달되고, 이후 회로를 거치면서 환원전극의 산소를 환원시키면서 전기에너지를 생산함.

- 미생물 전해전지(Microbial electrolytic cell, MEC): MFC를 기반으로 하되 유기물의 화학 에너지를 수소로 변환하기 위한 장치로, 환원전극 상 수소 발생의 열역학적 에너지 요구를 충족하기 위해 외부에서 전력을 공급해야 함.

- 미생물 전기합성(Microbial electrosynthesis, MES): MFC, MEC와는 달리 환원전극 상 전기활성 미생물을 이용한 기술로, 1)수소이온, 2)이산화탄소, 3)환원전극으로부터 전달된 전자 등을 재료 삼아 무기물로부터 유용 유기물질을 합성하는 기술임. 유기물 합성을 위한 에너지를 충족하기 위해 외부 전력 공급이 필요함.

- 종간직접전자전달(Direct interspecies electron transfer, DIET): 공생 전기활성 미생물 사이에서 전자가 직접적으로 교환/전달되어 대사를 촉진하는 현상으로, 혐기소화조에서 메탄을 생성하는 대사 작용의 근간이 됨.

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