콘크리트는 어디에나 있습니다. 이는 전 세계에서 물 다음으로 두 번째로 많이 사용되는 물질이며, 전 세계 모든 곳의 건물과 기반시설에서 찾아볼 수 있습니다. 덴마크 오르후스 대학교(Aarhus University)의 과학자들은 최근 미생물을 사용하여 콘크리트를 에너지 저장 수단으로 전환하는 방법을 개척하여 콘크리트에 대한 우리의 생각을 바꿀 수 있는 연구를 발표했습니다. Cell Reports Physical Science에 발표된 연구는 Shewanella oneidensis 박테리아를 콘크리트에 혼합하여 전기를 저장할 수 있는 바이오하이브리드 재료를 만들었습니다.
박테리아는 전기를 저장하는 콘크리트 내부에 생물막을 형성하여 각 시멘트 블록을 슈퍼커패시터로 바꿉니다. 블록은 배터리와 유사하게 작동하여 필요할 때까지 에너지를 저장합니다. 그러나 배터리와 달리 박테리아 주입 콘크리트는 저장 용량을 재생하는 능력이 있습니다. 연구원들은 현재 세대의 배터리처럼 시간이 지남에 따라 돌이킬 수 없게 분해되는 대신 새 콘크리트에 영양분을 주입하면 박테리아가 저장 능력의 최대 80%를 회복할 수 있다는 사실을 발견했습니다.
이번 연구의 저자 중 한 명인 Qi Luo는 오르후스 대학의 보도 자료에서 “이 기술이 실제 건물, 벽, 기초 또는 교량에 통합되어 지역 에너지 저장 장치를 제공함으로써 태양 전지판과 같은 재생 에너지원을 지원할 수 있는 것을 구상하고 있습니다”라고 말했습니다. 태양광 패널을 사용하는 주택 소유자는 현재 충전을 저장하기 위해 가정용 배터리를 설치해야 하지만 새로운 콘크리트를 사용하면 저장 용량 중 일부가 주택 건설에 사용되는 콘크리트에서 나올 수 있습니다.
미래의 벽은 에너지를 저장할 수 있을까?
연구진이 만든 새로운 콘크리트는 높은 양의 에너지 저장 용량을 가지고 있습니다. Luo는 “박테리아 주입 시멘트로 지어진 일반 방을 상상해 보십시오. 5Wh/kg의 적당한 에너지 밀도에서도 벽만으로도 약 10kWh를 저장할 수 있습니다. 이는 표준 기업 서버를 하루 종일 실행하기에 충분한 양입니다.”
이 소재는 인상적인 용량을 제공할 뿐만 아니라 장기간 사용에도 잘 견디는 소재입니다. 연구에 따르면 이 소재는 10,000회 충전 및 방전 주기 후에도 원래 용량의 85%를 유지할 수 있었습니다. 상황에 따라 평균 리튬 이온 전동 공구 배터리는 용량이 크게 떨어지기 전까지 300~2,400사이클 정도 지속됩니다.
콘크리트는 다양한 온도에서 전기를 저장할 수 있었지만 영하의 조건에서는 용량이 감소했습니다. 연구에 따르면 전기를 저장하는 미생물은 섭씨 30~37도(화씨 86~99도) 사이의 온도에서 가장 활동적이며, 약 섭씨 80도(화씨 176도)에 도달한 후 분해되어 용량을 영구적으로 잃을 수 있는 것으로 나타났습니다. 미생물이 죽은 후에도 그들이 콘크리트에 만든 에너지 저장 필름은 계속해서 상당한 양의 전하를 유지할 수 있었습니다.
신소재에는 아직 한계가 있다
이번 연구에서 새로운 콘크리트가 많은 가능성을 보여주었음에도 불구하고 조만간 상업적인 용도로 사용되지는 않을 것입니다. 연구의 저자들은 미생물이 장기적으로 어떻게 행동하는지 아직 알지 못했으며 최소한의 유지 관리만으로 미생물이 생존하는 방법에 대한 추가 작업도 수행되어야 함을 인정했습니다. 현재 연구자들은 상업적 사용에 필요한 수준으로 박테리아 생산을 확대하는 것이 가능한지 여부도 확인하지 못했습니다.
미생물 주변의 알칼리도와 같은 특정 환경 조건도 미생물의 저장 능력을 크게 변화시켰습니다. 더욱이, 특히 더운 환경에서 콘크리트를 사용하려면 열의 영향으로부터 미생물을 보호할 수 있는 방법이 필요합니다. 따라서 새로운 콘크리트는 상업적으로 실행 가능한 것으로 밝혀지면 잠재적으로 혁명적인 배터리 기술이지만 건설 회사의 손에 들어갈 것이라는 보장은 없습니다. 그러나 현재의 한계에도 불구하고 매우 유망한 아이디어로 남아 있습니다.
