박테리아로 움직이는 바이오 전지

뉴욕주립대학 최석현 교수팀, 천조각처럼 늘어나고 비틀리는 제품 개발해


박테리아로 가동되는 순수 섬유기반 바이오 전지가 궁극적으로 착용형 전자제품에 통합될 수 있다. / 사진:SEOKHEUN CHOI

박테리아로 움직이는 바이오 전지가 언젠가는 착용형 전자기기에 사용될 수 있다. 뉴욕주립대학(빙엄턴) 연구팀이 섬유조각처럼 늘어나고 비틀리는 박테리아 기반 바이오전지를 개발했다. 뉴욕주립대학(빙엄턴) 전기·컴퓨터공학과 최석현 교수는 “다양한 환경과 쉽게 통합돼 실시간 정보를 수집할 수 있는 탄력적이고 신축적인 전자제품에 대한 수요가 커졌다”고 말했다. 이 기술은 팔다리나 신체 부위 같은 복잡하고 움직이는 표면에 적응해야 한다고 그는 말했다. 그뿐 아니라 지속·재생 가능하고 환경친화적이다.

이 바이오전지는 뉴욕주립대학(빙엄턴)에서 진행 중인 일련의 전지 관련, 미생물 기반 에너지 연구를 토대로 한다. 최 교수는 앞선 연구에서 여러 가지 종이 기반 플렉서블 전지를 개발했다. 타액으로 작동할 수 있는 전지와 닌자 별창(ninja star)처럼 접히는 오리가미(종이접기) 유형의 일회용 전지가 대표적이다. 오리가미 전지는 LED 조명을 20분 동안 밝힐 수 있었다. 2012년 소니가 개발한 또 다른 전지는 휴지를 연료로 사용했다. 그러나 이번에 개발된 전지는 섬유 기반이라서 착용형 제품에 쉽게 통합할 수 있다. 예컨대 이 전지는 궁극적으로 심전도 같은 심장 센서나 당뇨 센서를 땀으로 작동할 수 있다. 양말·장갑 또는 핏비트(착용형 헬스케어 기기)처럼 착용형 제품에 동력을 제공할 수도 있다.

최 교수는 ‘이 연구 보고서에서 우리는 단 한 장의 섬유기질에 일체형으로 통합되는 탄력적·신축적 미생물 연료전지를 최초로 개발했다’고 뉴스위크에 이메일로 답했다. ‘사물인터넷’의 부상으로 인해 미래 착용형 전자제품의 필요성이 갈수록 커지고 있는데 바이오 전지가 그 플랫폼 역할을 할 수 있다고 그는 말했다.

하지만 사소한 걸림돌이 있다. 최 교수는 “미생물 세포독성이 건강에 해로울 수 있다는 우려 때문에 착용형 전자기기 용으로는 박테리아 기반 전지의 개발이 가장 지지부진하다”고 말했다. 그러나 우리 몸 안에는 사람 세포보다 박테리아 세포가 더 많다고 그는 설명했다. 전지가 몸 안에 있는 세포를 활용할 수 있다면 착용형 전자기기에 그 기술을 적용할 수 있다. 우리의 땀에서 그런 박테리아를 구할 수 있다. 최 교수는 “인체에서 배출되는 땀이 박테리아의 효용성을 뒷받침하는 잠재적 연료 기능을 수행해 미생물 연료전지가 오래 작동하도록 할 수 있다”고 말했다.

장차 실용화하려면 전력효율을 더 높여야 한다. 2017년 12월 초 학술지 ‘첨단 에너지 소재(Advanced Energy Materials)’에 발표된 그 바이오 전지는 반복적으로 잡아당기고 비트는 테스트를 거친 뒤에도 안정적으로 전력을 생산했다. 최 교수 연구팀은 “탄력적이고 신축적인 미니 바이오 전지의 지속·재생 가능한 친환경 성능 때문에 그것을 정말 유용한 에너지 기술이라고 여겼다”며 “장기적으로는 다른 착용형 전자기기(핏비트·양말·장갑)도 작동할 수 있다”고 말했다.

– 시드니 페레이라 뉴스위크 기자