Sodium alginate-based artificial biofilms polymerized by electrophoretic deposition for microbial hydrogen generation

숙명여자대학교 기계시스템학부 정영수 교수

연구 논문 개요

배경 및 목표

연구 방법 및 결과

성과 및 활용 가능성

참고 문헌 및 출처

논문 요약

연구 논문 기본 정보

  • 논문 제목 : Sodium alginate-based artificial biofilms polymerized by electrophoretic deposition for microbial hydrogen generation

  • 한글 제목 : 미생물 수소 생성용 전기영동 침착으로 중합된 알지네이트 기반 인공 생물막

  • 저자 : Dogyeong Kim, Young Soo Joung

  • 출간일 : 2023년 7월 18일

  • 저널 정보 : International Journal of Biological Macromolecules

연구 논문 요약

  • 본 연구는 Rhodospirillum rubrum을 이용한 바이오수소 생산 효율을 극대화하기 위해 전기영동 증착법(Electrophoretic Deposition, EPD)을 활용하여 알긴산 매트릭스 기반의 생물막을 제작함. EPD 기술은 세균을 고정화하는 동시에 기계적으로 안정적인 생물막을 신속하게 형성할 수 있는 장점을 가짐. 이를 통해 기존의 자유 부유 세균 방식이 가진 한계를 극복하고, 바이오수소 생산의 효율성과 안정성을 모두 높이는 데 성공함.

  • 생물막 시스템은 세균의 생존율을 유지하며 효율적으로 작동하여 다양한 환경 민감성을 극복할 수 있음을 입증함. 특히 온도, pH, 유동 조건 등의 변화에도 일정한 수소 생산성을 유지하였으며, 장기간 동안 안정적으로 작동할 수 있음을 실험적으로 확인함. 기질 교체와 같은 간단한 관리로도 지속적인 생산성을 보장할 수 있는 것이 핵심적인 장점으로 평가됨.

  • 본 연구는 기존 바이오수소 생산 기술의 한계를 극복하며 대규모 산업적 응용 가능성을 제시함. EPD 기반 생물막 기술은 효율성과 기계적 안정성을 확보하여 바이오수소 기술의 상용화를 가능하게 함. 또한, 친환경적이고 지속 가능한 에너지 생산 기술로서, 탄소 중립 목표 달성과 지속 가능성 강화에 중요한 기여를 할 것으로 기대됨.

논문 초록

  • This study developed an artificial biofilm of *Rhodospirillum rubrum* bacteria immobilized within an alginate matrix using electrophoretic deposition (EPD) on an electrode. The resulting biofilm immobilized bacteria effectively and maintained a high survival rate, facilitating stable and high-efficiency hydrogen generation for longer periods compared to biofilms produced using free bacteria. Hydrogen production efficiency remained constant when the substrate was periodically replaced, indicating that the bacteria could survive within the biofilm for long-term hydrogen production. EPD produced mechanically stable large-scale biofilms economically and rapidly, which effectively overcame operational limitations such as culture medium temperature, pH, and flow rate. Therefore, this proposed method has the potential to accelerate the commercialization of biohydrogen production systems through large-scale biofilm production to facilitate continuous hydrogen generation. The technique can be utilized in various hydrogel-based applications, providing a cost-effective and efficient manufacturing process with customized biological and mechanical properties. The developed biofilms have implications beyond biohydrogen production and could be applied to hydrogel-based medical, cosmetic, and other fields.

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