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▲박성관 박사(왼쪽), Giang T.H.Le 연구원(중간)과 채규정 교수(오른쪽, 교신저자)
채규정 교수 연구팀, 생물전기화학 기술로 탄소중립 및 수소 생산 '두 마리 토끼' 잡아
환경공학과 채규정 교수 연구팀은 생물전기화학전지를 이용하여 CO²를 바이오플라스틱으로 전환하는 연구와 자기조립형 자성체 바이오차 입자를 활용해 미생물전해전지의 수소 생산 효율을 획기적으로 향상시키는 연구를 국제 저명 저널인 Chemical Engineering Journal(환경에너지 분야 상위 3%, IF 13.4)에 연속으로 발표하며 주목을 받고 있다.
이번 연구들은 온실가스 감축과 지속 가능한 에너지 생산이라는 두 가지 난제를 해결할 수 있는 혁신적인 기술을 제시했다는 평가를 받는다.
채규정 교수 연구팀의 Giang T. H. Le 연구원은 생물전기화학전지를 이용하여 이산화탄소를 휘발성 유기산으로 전환하고, 이를 통해 생분해성 플라스틱을 생산하는 연구 결과를 발표했다.
이 연구는 전기화학 활성 미생물과 폴리하이드록시부티레이트(Polyhydroxybutyrate) 생산균의 상리 공생을 이용하여 이산화탄소를 고부가가치 바이오플라스틱으로 전환할 수 있음을 보여주었다.
온실가스 저감은 물론, 기존 석유 기반 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경적인 대안을 제시했다는 점에서 큰 의미를 갖는다.
또한 채규정 교수 연구팀의 박성관 박사(현 고려대학교 연구교수)는 자성 매체를 결합한 새로운 기술을 통해 미생물 전해전지(microbial electrolysis cells, MEC)의 수소 생산 효율을 획기적으로 향상시키는 연구 결과를 발표했다.
연구팀은 자성 나노 입자가 코팅된 바이오차를 자성 매체로 활용하고, 자기장을 적용하여 전극 표면에 전기화학적으로 활성이 있는 미생물의 자기조립형 생물막을 인위적으로 형성시켰다.
이 기술은 미생물의 전자 전달을 촉진시켜 수소 생산량을 기존 대비 1.8배 향상시키는 획기적인 성과를 거두었고 전기화학활성 미생물의 안정적인 제어 가능성을 보여주었다.
이 새로운 접근법은 보다 비용 효율적이고 안정적인 생물전기화학시스템을 개발할 수 있는 길을 열었고 MEC뿐만 아니라 미생물 연료전지(MFC), 미생물 전기합성(MES), 폐수 처리 및 생물전기화학적 탈염 기술 등 다양한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
앞으로도 채규정 교수 연구팀은 생물전기화학 기술을 더욱 발전시켜 탄소중립 사회를 구현하고 지속 가능한 미래를 만드는 데 기여할 것으로 기대된다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단 지원사업(제RS-2023-00209009, 제RS-2023- 00219497)과 농촌진흥청의 농업 과학 기술개발 협력 연구사업(과제번호PJ016259022021) 지원을 받아 수행됐다.
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