전극간 거리와 크기가 토양미생물연료전지의 성능에 미치는 영향

Abstract

토양 내에서 유기성 오염물질은 혐기성 미생물에 의해 분해되지만 전자수용체의 부족으로 상당량이 토양에 잔류하게 된다. 토양미생물연료전지(soil microbial fuel cells, SMFC)는 전극을 통해 전자 소비를 증진시켜 유기물 분해를 촉진시키고 동시에 전력도 생산하기 때문에, 다양한 유기성 오염원으로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원시킬 수 있는 기술로서많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 전극간 거리와 전극 크기가 SMFC의 전기적 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 유기물이 풍부한 토양과 인공폐수 혼합물을 이용하여 SMFC를 단일반응조로 구성하였다. SMFC에서 발생된 전력량은 전극간 거리가 멀어지거나 전극 크기가 작아질수록 내부저항이 증가하여 감소하였다. 전극 크기는 64 cm2로 고정하고 전극간 거리는4~9 cm로 변화를 주었을 때, 전극간 거리가 4 cm 조건에서 최대전압 326 mV, 최대전력밀도 19.5 mW/m2가 얻어졌고 거리가멀어질수록 전압발생량은 19~32% 감소하고 최대전력밀도는 56~69% 감소하는 것으로 나타났다. 전극 크기 변화 실험에서는전극간 거리를 4 cm로 고정하고 전극 크기를 16~64 cm2로 변화를 주었다. 두 전극 크기가 64 cm2 조건에서 최대전압 291mV, 최대전력밀도 0.34 mW/m3로 측정되었으며 산화전극 크기가 작아지면, 최대전압은 19~29% 감소하였고, 환원전극의 경우는 3~12% 감소하였다. 최대전력밀도는 산화전극이 작아지면, 49~68% 감소하였고, 환원전극이 작아지는 경우에는 29~47%감소하였다. SMFC는 인공폐수와 토양 혼합물질을 반응기 내부물질로 사용하기 때문에, 전자 및 이온전달속도가 느려 환원전극 크기에 비해 산화전극 크기에 더 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.