[스크랩] 사람 몸이 배터리!? 피에서 전기 뽑아 쓴다

사람 몸이 배터리!? 피에서 전기 뽑아 쓴다 //    [쇼핑저널 버즈] 주변을 둘러보면 온통 휴대용 디지털 기기 투성이다. 당장 노트북부터 시작해 휴대폰, PMP, MP3 플레이어, 디지털 카메라, 무선 마우스 등이 대표적. 하지만 이들 휴대용 디지털 기기는 반드시 '에너지'가 필요하다. 쉽게 말해 배터리를 장착해야 써먹을 수 있다는 뜻. 배터리가 떨어지면 충전시켜야 다시 용할 수 있다는 말이다. 그런데 배터리가 부족하면 다시 충전해야 하는 일은 당연하다 싶지만 사실 불편한 것이 한두 가지가 아니다. 일일이 전원 어댑터에 연결해야 하는 것은 차치하고서라도 제품 덩치가 커지고 사용시간에도 한계가 생기기 때문. 그만큼 휴대용 디지털 기기에서 배터리가 차지하는 비중이 상당히 크다. ■ 포도당 산화시켜 전기 만들어내 배터리를 외부 전원이 아닌 몸에서 직접 충전할 수 있다면? 충전 걱정이 없어지는 것은 물론 휴대용 디지털 기기 크기도 획기적으로 줄일 수 있다. 또한 전원을 제대로 공급하지 못해 실용화가 어려웠던 나노로봇이나 인공망막, 인공고막 등도 충분히 만들어 내는 것이 가능해진다. 공상과학영화에나 나올법한 이야기라고 생각하겠지만 실제로 관련 연구가 진행되고 있다. 경상대학교 나노·신소재공학부장 남태현 교수는 "사람 몸에 이식한 의료기기의 50% 정도가 배터리로 이루어져 있어 환자가 불편한 것은 물론 크기를 줄이는데 한계가 있었다"면서 "융합형 나노 배터리와 생체연료전지 전원시스템을 이용하면 외부에서 전원을 공급받을 필요가 없어 편리하다"고 설명했다. 예컨대 전기자극을 가해 심박동을 일정하게 유지시켜 주는 심장 페이스메이커의 경우 본체의 70% 이상이 배터리로 이루어져 있다. 배터리는 재충전이 불가능하며 일정한 시간이 지나면 외과수술을 통해 다시 새로운 심장 페이스메이커를 이식해야 생명을 유지할 수 있다. 환자 입장에서는 큰 부담이다. 생체연료전지와 생산한 전기를 보관하는 나노 배터리가 핵심이며 이를 위해 각 요소를 만드는 테스트가 진행중이다. 이 시스템은 크게 전기를 만들어내는 생체연료전지와 생산한 전기를 보관하는 나노 배터리로 이루어져 있다. 남태현 교수는 "우선 생체연료전지의 경우 효소를 이용해 혈액 속에 포함되어 있는 포도당을 산화시켜 전기를 뽑아낸다"면서 "생산된 전기를 나노 배터리에 보관해 필요할 때마다 사용하는 것이 핵심"이라고 말했다. 조금 더 들여다보면 몸 구석구석을 흐르는 혈액, 그러니까 피 속에는 포도당(글루코오스, Glucose)이 녹아있다. 포도당은 세포가 작동할 때 필요한 에너지를 공급하는데 생체연료전지는 이를 이용해 전기를 만들어낸다. 화력발전에 비유하면 석탄이나 석유를 태워 전기를 만들어내는 대신 포도당을 이용한다고 생각하면 이해가 쉽다. 참고로 소니는 생체연료전지를 이용해 MP3 플레이어를 작동시키는 모습을 시연하기도 했다. 남태현 교수는 "기존에 개발된 생체연료전지는 미생물을 사용하는데 이 원리로는 크기를 줄이는데 한계가 있고 발전된 전기량이 적은 것이 문제"라면서 "미생물 대신 효소를 쓰면 크기를 줄일 수 있지만 수명이 3일 밖에 되지 않아 이를 대체할 새로운 물질을 찾아내는 것이 무엇보다 중요하다"고 강조했다. ■ 2014년 시제품, 효율과 생체적합성 등 난제도 많아 아무리 포도당으로 전기를 만들어 낸다고 하더라고 현재 사용하는 배터리와 비교하면 용량이 부족한 것이 사실이다. 포도당으로 만들어낼 수 있는 전압은 이론적으로 0.8V에 불과하기 때문. 따라서 이를 효율적으로 증폭시키고 컨트롤하는 기술과 함께 나노 배터리에 차곡차곡 쌓아두는 일도 함께 진행되어야 한다. 사용할 일이 없을 때도 전기가 만들어지면 곤란하지 않겠는가? 남태현 교수는 "생체 에너지 융합 연구단에는 의학, 전기, 화학, 생명, 기계, 재료, 환경, 화공, IT 등 갖가지 분야 연구진이 활동하고 있으며 오는 2014년까지 시연 제품을 만들어 낼 것"이라면서 "생체연료전지와 나노 배터리, 그리고 이를 컨트롤하는 칩을 모두 합쳐 가로·세로 5mm, 높이 2mm 정도의 크기에 에너지밀도는 400Wh/ℓ, 효소 수명은 10년 이상이 목표"라고 전했다. 이 정도라면 크기는 기존 휴대폰 배터리의 10%에 불과하면서 성능은 비슷한 수준이라고. 생체연료전지와 나노 배터리, 그리고 이를 컨트롤하는 칩을 모두 합쳐 가로․세로 5mm, 높이 2mm 정도의 크기에 에너지밀도는 400Wh/ℓ, 효소 수명은 10년 이상이 목표다. 물론 넘어야 할 과제도 만만치 않다. 우선 고효율 생체연료전지를 만드는데 적합한 효소를 찾아내야 하고 앞서 설명한 것처럼 낮은 전압을 증폭시켜야 한다. 여기에 포도당이 항상 일정하게 피에서 공급되는 것이 아니므로 이를 제어할 미세유동 기술도 확보해야 한다. 또한 나노 배터리 에너지 밀도를 높이고 무엇보다 사람 몸에 들어가야 하므로 생체적합성 여부도 따져봐야한다. "각 학문간 커뮤니케이션이 잘 이뤄져야 하는 것은 기본이고 생체연료전지는 스택을 20여개 정도 쌓아 발전효율을 높일 것"이라면서 "나노 배터리의 경우 탄소나노튜브를 이용해 에너지 밀도, 그러니까 배터리 용량을 높이는 것을 함께 연구하고 있다"고 남태현 교수는 말했다. 또한 그는 "현재 이 기술은 우리나라만 보유하고 있어 해외와 비교하기는 어렵지만 오는 2014년에는 시제품을 선보이고 앞으로 10∼15년 정도면 상용화가 가능할 것으로 본다"면서 "1차 목표는 의료기기지만 노트북이나 휴대폰에 적용하면 크기가 획기적으로 줄어들 수 있어 휴대용 디지털 기기에도 큰 변화가 일어날 것"이라고 덧붙였다.

출처 :주님이 오십니다. 원문보기▶   글쓴이 : Kathryn