전기 곰팡이: 공급이 필요한 바이오배터리
곰팡이는 매력의 원천입니다. 식물보다 동물과 더 밀접하게 관련된 이 생명의 왕국은 엄청난 다양성을 포함합니다. 여기에서는 식용 버섯부터 곰팡이까지, 단세포 생물부터 지구상에서 가장 큰 유기체까지, 질병을 일으키는 병원체부터 의약품을 생산하는 슈퍼히어로까지 모든 것을 찾을 수 있습니다. 이제 Empa 연구자들은 곰팡이로부터 또 다른 능력인 전기 생성을 이끌어냈습니다.
Gebert Rüf Stiftung의 미생물 자금 지원 프로그램의 일환으로 지원되는 3년간의 연구 프로젝트의 일환으로 Empa의 셀룰로오스 및 목재 재료 연구소 연구원들은 작동하는 곰팡이 배터리를 개발했습니다. 살아있는 세포는 많은 양의 전기를 생산하지는 않지만 예를 들어 며칠 동안 온도 센서에 전력을 공급할 만큼 충분합니다. 이러한 센서는 농업이나 환경 연구에 사용됩니다. 곰팡이 배터리의 가장 큰 장점은 기존 배터리와 달리 완전히 무독성일 뿐만 아니라 생분해성이라는 점입니다.
프린터에서 나오는 곰팡이
엄밀히 말하면 전지는 배터리가 아니라 이른바 미생물 연료전지다. 모든 생명체와 마찬가지로 미생물도 영양분을 에너지로 전환합니다.
미생물 연료전지는 이러한 신진대사를 활용하고 에너지의 일부를 전기로 포착합니다. 지금까지 그들은 대부분 박테리아에 의해 구동되었습니다.
Empa 연구원 Carolina Reyes는 “처음으로 우리는 두 가지 유형의 곰팡이를 결합하여 작동하는 연료 전지를 만들었습니다.”라고 말했습니다.
두 종의 곰팡이의 신진대사는 서로를 보완합니다. 양극 측에는 신진대사가 전자를 방출하는 효모 곰팡이가 있습니다. 음극에는 특수 효소를 생성하는 백색부후균이 서식하여 전자를 포획하여 세포 밖으로 전도할 수 있습니다.
곰팡이는 배터리에 "식재"되지 않지만 처음부터 세포의 필수적인 부분입니다. 곰팡이 배터리의 구성 요소는 3D 프린팅을 사용하여 제조됩니다.
이를 통해 연구자들은 미생물이 가능한 한 쉽게 영양분에 접근할 수 있는 방식으로 전극을 구성할 수 있습니다. 이를 위해 곰팡이 세포를 인쇄 잉크에 혼합합니다. 말처럼 쉽지는 않습니다.
"균류가 잘 자라는 재료를 찾는 것은 충분히 어렵습니다."라고 셀룰로오스 및 목재 재료 연구실 책임자인 Gustav Nyström은 말합니다.
"그러나 잉크는 또한 세포를 죽이지 않고 쉽게 압출될 수 있어야 하며, 물론 우리는 그것이 전기 전도성이고 생분해성이기를 원합니다."
미생물학과 전기공학의 만남
부드러운 바이오 기반 재료의 3D 프린팅에 대한 실험실의 광범위한 경험 덕분에 연구원들은 셀룰로오스 기반의 적합한 잉크를 생산할 수 있었습니다. 곰팡이 세포는 셀룰로오스를 영양분으로 사용할 수도 있으므로 사용 후 배터리를 분해하는 데 도움이 됩니다. 그러나 그들이 선호하는 영양원은 배터리 셀에 첨가되는 단순당입니다.
Reyes는 "곰팡이 배터리를 건조한 상태로 보관하고 단순히 물과 영양분을 추가하면 현장에서 활성화할 수 있습니다"라고 말합니다.
강력한 곰팡이는 이러한 건조 단계에서도 살아남지만, 살아있는 물질을 다루는 작업은 연구자들에게 많은 어려움을 안겨주었습니다. 학제간 프로젝트는 미생물학, 재료과학, 전기공학을 결합합니다.
곰팡이 배터리를 특성화하기 위해 숙련된 미생물학자인 Reyes는 전기화학 기술을 배워야 할 뿐만 아니라 이를 3D 프린팅 잉크에 적용해야 했습니다.
연구진은 이제 곰팡이 배터리를 더욱 강력하고 오래 지속되도록 만들고 전기 공급에 적합한 다른 종류의 곰팡이를 찾을 계획입니다.
Reyes와 Nyström은 "균류는 특히 재료 과학 분야에서 아직까지 연구가 부족하고 활용도가 낮습니다."라고 동의합니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250109125838.htm
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