(Demonstration of inkjet-printed bioenergy wallpaper. 1: Printed photosynthetic organisms in green; 2: Printed CNT anode; 3: Printed CNT cathode; 4: Paper substrate; 5: Solid medium. Credit: M. Sawa et al. Nature Communications)
앞서 소개드린 것과 같이 최근에는 박테리아를 포함한 배지를 3D 프린터로 출력해서 여러 가지 용도로 사용하려는 연구가 진행 중입니다. 임페리얼 칼리지 런던과 캠브리지 대학의 연구팀은 광합성을 하는 시아노박테리아를 이용해서 에너지를 공급할 수 있는 바이오 프린터를 연구했습니다. 시아노박테리아 가운데 일부는 전기를 생산하는 것도 있어 태양 전지와 비슷하게 광합성을 통해 전기를 생산할 수 있습니다. 이는 biophotovoltaic cell라고 부를 수 있습니다.
사실 이런 경우 박막 태양 전지를 사용할 수도 있지만, 전통적인 태양 전지에 비해서 시아노박테리아가 가진 몇 가지 이점이 존재합니다. 가장 큰 장점은 시아노박테리아가 인체에 무해하다는 점입니다. 따라서 사람 몸에 문신처럼 새기는 형태의 바이오 잉크의 경우 시아노박테리아가 더 안전합니다. 두 번째 장점은 시간이 지나면 저절로 분해된다는 점입니다. 따라서 일회용으로 사용할 센서나 기기에 더 적합합니다. 마지막으로 증식이 매우 간단해 가격이 저렴하다는 장점이 있습니다.
물론 반대로 장기간 사용하기에는 내구성이 약하며 얻어지는 전류가 많지 않다는 점은 단점이지만, 사용하는 목적에 따라서는 큰 단점이 아닐 수 있습니다. 예를 들어 피부에 붙이는 바이오 센서의 전력 공급 목적으로 적합하다고 할 수 있습니다. 하지만 시아노박테리아를 길들여서 얌전하게 전력을 공급하게 만드는 일은 말처럼 쉽지 않습니다. 영화 매트릭스처럼 몸이 마비된 인간에서 에너지를 공급하는 게 아니라 살아있는 정상 박테리아를 이용해야하기 때문이죠. 특히 박테리아에서 나오는 약한 전류를 기기에서 사용할 수 있게 바꾸는 것이 문제입니다.
연구팀은 이 박테리아들이 얇은 배지 안에서도 잘 자라게 만들면서도 이들이 내놓는 약한 전류를 확보하기 위해 카본 나노튜브 (CNT)를 이용해서 전극을 출력했습니다. (사진) 그 결과 기존의 방법보다 내놓는 에너지의 양도 3-4배 증가하고 100시간 동안 낮과 밤 사이클 동안 전력을 공급할 수 있었습니다.
연구팀은 이런 박막 필름 생체 광전기 (thin-film biophotovoltaic (BPV)) 패널이 여러 모로 쓰임새가 많을 것으로 기대하고 있습니다. 아무튼 박테리아를 이용해서 전기를 생산한다는 것 자체가 영화 매트릭스의 바이오 프린터 버전 같다는 생각이 드네요.
참고
Sawa, M., Fantuzzi, A., Bombelli, P., Howe, C., Hellgardt, K., Nixon, P. "Electricity generation from digitally printed cyanobacteria." Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-017-01084-4
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