전남대학교 환경에너지공학과 구본영 박사(환경에너지융합연구실, 지도교수 정석희)가 미생물 연료전지(Microbial Fuel Cell, MFC)의 핵심 요소인 바이오애노드(bioanode)의 임피던스 특성을 정밀 분석하여 획기적인 연구 성과를 발표했다.

이번 연구는 미생물 연료전지의 단순 성능 향상을 넘어 시스템 내부에서 발생하는 전기화학 반응의 메커니즘을 정량적으로 매우 정교하게 측정한 것으로, 미생물 전기화학 시스템 분야의 중요한 기초자료를 제공 및 연구의 새 지평을 여는 결과로 평가받고 있다.

구본영 박사의 이번 연구는 정석희 교수(현 광주녹색환경지원센터장, EFET 센터장)가 15년 전 펜실베니아 주립대 박사과정 당시 수행한 선행 연구에서 출발했다. 당시 정 교수는 바이오애노드의 임피던스 거동을 세계 최초로 명확하게 단계별로 분석해 관련 연구의 토대를 마련했으며, 이 연구는 미생물 전기화학 분야에서 활발히 인용되며 중요한 문제의식을 제공했다.

구 박사는 정 교수가 전남대학교에 구축한 정밀 실험 시스템을 기반으로 미생물 연료전지의 연속식 운전 환경에서 바이오애노드의 전위별 임피던스 특성을 상세히 분석했다. 특히, 인산 처리된 탄소펠트 전극(전남대 화학공학부 홍창국 교수 제공)을 활용하여, 표면 특성의 변화가 미생물 부착 및 전자전달 효율에 미치는 영향을 집중적으로 연구했다.

연구 결과, 인산 처리 전극이 기존 전극 대비 전력밀도를 133% 높이고, 전하전달저항을 최대 93%, 확산저항을 84% 감소시키는 뛰어난 성능 향상을 입증했다. 또한 기존의 최적 운전 전위로 알려진 -400 mV가 아닌 -100 mV 부근에서 최소 임피던스가 나타남을 보고했다. 특히 확산저항 감소가 기질 확산뿐 아니라 바이오필름 내부에서 redox cofactor의 재배열과 전자전달 경로 재구성 등 복합적인 요인에 기인할 가능성을 시사했다.

구본영 박사는 “미세하고 보이지 않는 바이오 전극 영역을 전기화학적으로 명확히 해석한 것이 기쁘다”며, "이번 연구 결과가 미생물 전기화학 시스템의 설계 및 최적화에 실질적인 도움이 되기를 바란다"고 밝혔다.

지도교수인 정석희 교수는 "15년 전 실험실 환경 때문에 구현하지 못한 것들이 구 박사의 연구를 통해 해결된 것을 보면서 큰 보람을 느끼며, 이는 미생물 전기화학 연구의 새 지평을 여는 연구 결과"라며 연구의 의의를 높이 평가했다.

이 연구는 세계적 권위의 학술지인 Chemical Engineering Journal (Impact factor 13.2, JCR 상위 3%)의 2025년 9월호에 게재됐다.