본 논문은 전기화학 기술을 박테리아와 통합하여 전기 및 수소 생산을 강화하고, 또한 박테리아에서 전극으로의 전자 이동을 향상시키는 데 중점을 둔다. 박테리아를 이용한 환경 친화적인 에너지 생산, 특히 청록세균과 같은 광합성 박테리아를 활용하는 것은 혁신적으로 여겨진다. 1장에서는 미생물 연료 전지와 광합성 미생물 연료 전지에 대한 개요를 제공한다.
2장에서는 이중 매개체 광-미생물 전기화학 셀(DM-PMEC)이 Anabaena variabilis에서 광전류 생성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 2,6-dimethyl-1,4-benzoquinone은 틸라코이드 막에서 전자 추출을 용이하게 하여 ITO 전극에서 높은 광전류 밀도인 2.14 mA cm-2를 얻게 한다. Air cathode를 갖는 DM-PMEC은 160 µW cm-2의 Pmax, 우수한 광자-전류 변환 효율(incident-photon-to-current conversion efficiency) 및 물 분자 산화를 위한 회전 빈도(turnover frequency)를 달성한다. 이 개념은 이중 챔버 반응기에서 효율적인 수소 생산으로 확장된다.
3장에서는 직접 전자 전송 (DET)를 이용한 예비 결과를 보고한다. 대장균 (E. coli)을 생촉매로 활용하고 탄소 나노입자 (CNPs)를 전자 도체로 사용한다. 개질된 4AP-CNPs는 E. coli와 정전기적 인력에 따른 상호 작용하여 결합되고 포도당 산화 및 전극으로의 전자 전송을 가능하게 한다. DET 시스템은 전기화학적 비활성 박테리아에서도 시연되어 적용 가능성을 제시한다.
4장에서는 동일한 시아노박테리아에서 조작된 유전자의 광합성 활동의 변동을 탐구한다. 에너지 전환 연구에 중요한 광합성 활동 평가는 지표로 산소 발생 활동을 사용하여 표준화 프로세스를 도입하는 것을 제안한다.
5장에서는 시아노박테리아의 호흡을 이용하여 어두운 환경에서 전류(암 전류)를 생성하는 것을 논의한다. 시아노박테리아의 공유된 전자 전달 체인은 빛의 존재 여부에 관계없이 전류 생성을 허용한다. 외막의 절연 특성은 매개체를 사용하여 극복되어 주 매개체 (DMBQ) 및 이차 매개체 (페리시아나이드) 간의 상호 작용의 시너지 효과를 보여준다. 이 연구는 광생성 및 어두운 조건에서의 시아노박테리아의 호흡을 통한 전류 생산의 잠재력을 시연하며, 광합성 미생물의 다양성을 강조한다.
종합적으로 본 논문은 전기화학 기술을 박테리아와 혁신적으로 통합함으로써 전기와 수소 생산을 향상시키는 데 중점을 두며, 특히 광합성 미생물을 활용한다. 본 연구는 뛰어난 광전류 생성을 시연하고 효율적인 수소 생산으로의 응용을 확장한다. 또한, 어두운 환경에서의 시아노박테리아의 호흡을 통한 암 전류 생산을 탐구하여 친환경 에너지 생산에 대한 유망한 방향을 제시하고 광합성 미생물의 다양성을 강조한다.