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환경공학과 채규정 교수 연구팀, 고농도 폐수에서 ‘그린수소’ 생산 길 열다
환경공학과 채규정 교수 연구팀은 미생물 전해전지를 이용하여 음식물 쓰레기와 축산 분뇨 등 고농도 유기성 폐수에서 99.8% 순도의 수소를 생산하는 ‘원통형 미생물 전해전지(CMEC)’ 개발에 성공했다고 발표했다.
이번 연구 성과는 환경·에너지 분야 최상위 학술지인 Chemical Engineering Journal(영향력 지수 13.2)에 게재되어 국제적 인정을 받았다.
연구팀이 개발한 CMEC는 기존 기술 대비 혁신적인 구조적 특징을 갖추고 있다. 컴팩트한 동축 전극 설계와 기하학적 구조로 반응조 부피 대비 전극 표면적 비율을 41.6 m²/m³까지 극대화했으며, 이를 통해 전류 밀도 4.5 A/m²를 달성했다. 또한 단 1.0V의 저전압으로 하루에 반응조 1리터당 0.84리터의 수소를 생산할 수 있으며, 동시에 폐수의 화학적 산소요구량(COD)을 70% 수준까지 제거하는 일석이조 효과를 보여준다. 고가의 촉매 대신 니켈폼(nickel foam)과 같은 경제적인 전극 재료를 사용하고 메탄 생성을 억제해 수소 발생효율과 순도를 높여 경제성을 높인 점도 눈길을 끈다.
제1 저자인 Mohamed 박사(2525. 8월 졸업)와 채규정 교수는 “그동안 미생물 전해전지의 산업화는 스케일업 과정에서의 기술적 한계로 어려움을 겪었다”며 “이번 연구로 실험실 수준의 기술과 대규모 상용화 사이의 간극을 메우는 핵심 기술을 확보했다”고 설명했다.
이번 성과는 단순한 기술 개발을 넘어 탄소중립 사회 구현을 위한 핵심 인프라 구축에도 기여할 것으로 전망된다. 지속가능한 에너지 생산과 폐수 처리라는 두 가지 난제를 동시에 해결할 수 있는 혁신적인 방안을 제시했기 때문이다. 본 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF) (과제번호 RS-2023-00209009, RS-2023-00219497, RS-2023-00265777), 해양수산부 산하 해양수산과학기술진흥원(KIMST) (과제번호 20210500), 그리고 농촌진흥청의 농업과학기술개발 공동연구사업(RS-2021-RD009997) 등 다부처 지원을 받아 수행되었다.
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