청정 에너지원인 바이오 배터리를 향한 새로운 도약

이스트 앵글리아 대학(University of East Anglia)의 연구진은 박테리아로부터 청정에너지의 생성을 향상시킬 수 있는 새로운 방법을 개발했다.

이 연구결과는 박테리아 단백질의 전기적으로 절연 영역을 가로질러서 전자들이 어떻게 도약하는지를 증명하였다. 전기 전달 속도는 전기적으로 전도성을 가진 ‘징검다리’의 방향과 근접성에 따라서 달라진다.

이런 천연 프로세스는 휴대폰, 태블릿, 랩톱과 같은 휴대용 장치에 에너지를 제공할 수 있는 ‘바이오 배터리’를 향상시키는데 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 바이오 배터리는 인간 또는 동물 폐기물로 전력을 생성한다. 대부분의 미생물은 인간과 달리 산소 없이 살아남을 수 있다. 일부 박테리아는 ‘숨쉬는 바위(breathing rock)’ 특히 철 미네랄에서 생존한다. 그들은 세포 내부 속에서 섭취한 연료 분자를 연소함으로써 에너지를 얻는다.

이런 반응의 부산물은 박테리아의 외부 멤브레인으로 유도되거나 자연 환경 속의 바위, 연료전지 속의 흑연 전극으로 전달될 수 있는 전류이다. 이것은 가전 플러그 속의 중성선(neutral wire)과 같이 박테리아가 미네랄 속의 세포 속에 전하를 방출할 수 있다는 것을 의미한다.

이번 연구팀은 쉬와넬라(Shewanella) 종과 같은 ‘바위와 호흡하는’ 박테리아 속에 포함된 ‘멀티-햄 시토크롬(multi-haem cytochromes)’이라고 불리는 단백질을 조사했다. 이 연구를 이끌었던 Julea Butt 교수는 다음과 같이 말했다: “이런 박테리아는 적절한 환경에서 전기를 생성할 수 있다.”

“우리는 박테리아 세포가 어떻게 전하를 전달할 수 있는지와 그들이 수십 나노미터의 거리까지 세포 내부에서 세포 외부까지 전자를 어떻게 움직일 수 있는지를 알기 원했다.”  “단백질은 전기적으로 절연된 구조를 통해서 전자를 도약시킨다. 즉, 디딤돌과 유사한 활동을 하는 금속 센터(햄)를 위치시킴으로써 전기를 전도할 수 있다. 이 연구는 이런 센터가 전자를 도약하는 디스크(disk)로서 활용될 수 있다는 것을 보여주었다.

“이웃한 센터의 상대 배향과 그들의 근접성은 전자가 단백질을 통해서 이동하는 속도에 영향을 끼친다. 이것은 일부 박테리아 종들이 세포의 내부에서 외부까지 전자를 이동할 수 있는 방법을 이해하는데 큰 도움을 주고, 강한 전자 전달 모듈로서 그들의 동작을 이해하는데 도움을 줄 수 있다”고 Julea Butt 교수가 말했다.

“우리는 이런 천연 프로세스가 작용하는 방법을 더 잘 이해함으로써 지속 가능한 에너지 생산을 위해서 미생물 연료 전지에 적용할 수 있는 맞춤형 단백질의 디자인에 영감을 줄 수 있을 것이라고 기대하고 있다.“ 이 연구결과는 저널 INTERFACE에 ”Multi-haem cytochromes in Shewanella oneidensis MR-1: structures, functions and opportunities“라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1098/rsif.2014.1117).

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 청정 에너지원인 바이오 배터리를 향한 새로운 도약