인위적 질소 고정의 급증은 전 지구적 질소 순환의 불균형을 초래하여, 특히 수계의 질산염($NO_3^-$) 오염과 부영양화 문제를 심화시키고 있다. 기존의 생물학적 탈질 공정은 외부 유기탄소원(먹이)을 필요로 하여 비용 및 2차 오염 문제가 발생하며, 단순 광전기화학적(PEC) 탈질은 NH₄⁺등 원치 않는 부산물을 생성하는 낮은 선택성의 한계를 보인다. 본 탐구는 이 두 기술의 한계를 극복하기 위해 '생물-광전기화학(Bio-PEC) 전지' 시스템을 이론적으로 고찰한다. 이 시스템은 TiO₂등의 광양극과 탈질 미생물이 고정된 생물음극(Biocathode)을 결합한 구조이다. 광양극은 빛 에너지를 이용해 전자를 생산(에너지 공급원)하고, 생물음극은 이 전자를 받아 미생물의 고유한 효소(생체 촉매)를 통해 높은 선택성으로 NO₃^-를 N₂로 환원한다. 결론적으로 Bio-PEC 시스템은 지속가능한 차세대 탈질화 기술로서의 높은 잠재력을 가진다.