발전하는 미생물

다음으로 발전 분야를 살펴봅시다. 이 분야에서도 미생물을 이용할 수 있지 않을까? 원자력 발전소가 잇달아 건설되고,

또 원자력 전지가 이용되는 것을 알고 있는 독자들은 이러한 착상을 바보 같은 일이라고 비웃을 지도 모릅니다.

 

그렇지만 이러한 견해야말로 근시안적이라고 말하지 않을 수 없습니다. 원자력 전지의 예를 들어봅시다. 이 전지는 방사성 원소가 붕괴될 때 발생하는 에너지를 직접 전기로 변환시키고 있습니다. 이들 전지는 물론 편리하지만, 그 반면 몇 가지의 커다란 단점도 가지고 있습니다. 그중 가장 큰 단점은 몇십만 볼트라는 매우 큰 전압이 발생하기 때문에 강압 장치가 반드시 필요하다는 점입니다.

이에 대해서 미생물이 만드는 발전은 효율이 높고 경제성, 신뢰성이 모두 뛰어납니다. 또 그 원리는 생물의 체외라 하더라도 응용할 수 있을 정도입니다. 발전소 혹은 발전장치를 제작하기 위해서는 이 원리를 응용하지 않으면 안 됩니다. 그러나 그렇다고 해서 생물의 몸을 전부 그대로 모방할 필요는 전연 없습니다. 새로운 발전장치를 제작하기 위해서는 진화과정에서 점점 완전하게 된 원리를 이용하는 것만으로 족합니다. 이것은 순수한 생물학적 방법이지만 미생물이 생명활동을 하는 과정에서 생긴 에너지를 직접 이용하는 또 하나의 방법입니다.

이미 현재 소형이면서도 경제적인 생화학전지가 만들어지고 있습니다. 예를 들어 바로 최근에 미국에서 미생물 전지로 작동하는 송신기가 설계되었습니다. 이 송신기의 유효 반경은 24킬로미터로 바닷물 속에 녹아 있는 당분을 먹고 생육하는 세균에 의해서 전력이 생산됩니다. 미생물 전지는 우주선에 산소, 수소, 음료수, 공기 등을 공급하기 위해서 사용할 수도 있습니다. 이 전지는 필요하다면 야자열매의 즙으로 충전시킬 수 있습니다. 야자열매의 즙 속에 사는 미생물이 전기 에너지를 만들어 내는 것입니다. 야자열매 한 개로 전지를 50시간 지탱시킬 수 있을뿐더러 트랜지스터 회로를 사용하는 일도 가능합니다.

 

해양은 거대한 생물전지입니다. 이미 알고 있듯이 심해저에는 유황 세균이 살고 있습니다. 그들의 생존에는 어떤 생물도 다 그렇듯이 에너지가 필요합니다. 유황 세균은 잠깐 변하는 방식으로 에너지를 손에 넣습니다. 즉 황산염으로부터 유기화합물 해저에 침전되는 동식물의 사체에 산소를 운반해준 대가와 같은 형태로 에너지를 받습니다. 유황 세균은 황산염의 산소 외에도 물의 성분인 산소도 유기화합물의 산화를 위해서 공급합니다. 이 과정에서 생긴 에너지의 나머지를 유황 세균은 소비하는 것입니다. 황산염의 이온으로부터 산소가 분리된 결과 바다의 하층부에는 '산성'의 황화수소 용액이 생겨서 다수의 플러스 수소 이온이 나타나고, 상층부에는 마이너스 수산기 이온이 많이 발생한다 (수소는 분해된 물분자로부터 해조류의 조직으로 들어가서 탄수화물을 만든다.) 이렇게 해서 바닷속에 플러스 전기와 마이너스 전기를 띈 층이 생깁니다. 이와 같은 경우에는 필연적으로 전위차가 생겨서 전류가 순환하기 시작합니다.

 

지금 이야기한 미생물학 및 전기화학적인 과정을 재현하기 위해서 과학자들은 해양과 매우 비슷한 생화학적 전지의 모형을 만들었습니다. 백금 전극과 성분이 다른 바닷물을 넣은 시험관은 바다의 두 개의 층, 즉 상부와 하층부의 자연조건을 모방한 것입니다. 두 개의 시험관을 묶은 브리지에서 유황 세균을 증식시켰습니다. 유황 세균은 바닷속에서 일으키는 과정과 동일한 과정을 일으켰습니다. 이 보형은 실험실에서 수개월간 계속 작동했습니다. 이것은 유황 세균에 의해서 화학적 에너지가 전기적 에너지로 직접 변환된다는 사실을 확실히 보여준 것입니다. 이 생화학적 연료전지는 전압이 0.5 볼트, 전류의 세기는 1밀리 암페어를 약나 웃돕니다. 좀 더 큰 전압과 전류를 얻으려면 이러한 전지를 직렬이나 병렬로 연결하면 됩니다. 현재 이 생화학적 전지는 부표나 무인 등대의 전원으로 사용됩니다.

미국 멜파사는 군사용 우주 개발용으로 사용할 생화학적 연료전지의 개발에 전념하고  있습니다. 연구가 진행 중인 에너지원 중에는 황산염을 먹고사는 세균, 암모니아를 방출하는 미생물, 메탄을 좋아하는 미생물 따위도 있습니다. 이 회사는 식물의 잎이나 줄기에서 수소를 뽑아서 연료전지의 에너지원으로 사용할 만큼 성공했습니다. 군사 관계의 관청사에서는 전차나 트럭의 디젤 연료 등에 직접 작동하는 전지를 개발하는 데 주목하고 있습니다. 과학자들은 이러한 연료 전지가 휴대용 전원이 될 것으로 전망하고 있습니다.