미생물 연료전지(Microbial Fuel Cell, MFC)는 특정 미생물을 활용하여 유기물로부터 전기를 생성하는 장치이다. 이 연료전지는 미생물이 유기물의 분해 과정에서 발생하는 전자를 전극으로 전달함으로써 작동한다. 미생물 연료전지는 환경문제 해결과 에너지 생산을 동시에 달성할 수 있는 유망한 기술로 주목받고 있다.

MFC의 기본 구성 요소는 음극(electrode)과 양극(electrode), 전해질(electrolyte)이다. 음극은 미생물이 유기물을 분해하면서 발생한 전자를 받아들이고, 양극에서는 이 전자가 외부 회로를 통해 다시 이동하여 전기가 발생한다. 전해질은 전자의 이동을 돕기 위해 이온이 원활히 이동할 수 있는 환경을 제공하는 역할을 한다.

미생물 연료전지의 작동 메커니즘은 주로 두 가지 주요 반응으로 나눌 수 있다. 첫 번째는 미생물이 유기물을 분해하면서 생성하는 전자와 프로톤이다. 두 번째는 생성된 전자가 전극을 통해 외부 회로로 이동하며 발생하는 산화환원 반응이다. 이 반응으로 인하여 전기가 생성되고, 이로 인해 전력 생산이 이루어진다.

미생물 연료전지는 다양한 장점이 있다. 우선, 유기물을 직접 연료로 사용하므로, 폐기물 처리와 동시에 에너지를 생산할 수 있는 점이 크다. 또한, 생물학적 과정을 이용하기 때문에 저온에서도 비교적 높은 효율로 작동할 수 있다. 이 기술은 하수 처리, 음식물 쓰레기 및 다양한 유기 폐기물 처리에 활용될 수 있으며, 지속 가능한 에너지 생산 방법으로 각광받고 있다.

그럼에도 불구하고 미생물 연료전지는 몇 가지 한계점이 존재한다. 전기 출력이 상대적으로 낮고, 미생물의 종류와 특성에 따라 효율이 달라지며, 대규모 상용화에 필요한 기술 개발이 필요하다. 현재 많은 연구자들이 이러한 한계점을 극복하기 위한 다양한 접근방식을 개발하고 있으며, 향후 미생물 연료전지가 실용화될 가능성이 높아지고 있다.