청정 바이오연료, 식량 아닌 바이오매스로 만든다
청정 바이오연료, 식량 아닌 바이오매스로 만든다
  • 한국과학경제
  • 승인 2019.12.01 15:29
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KIST, 생산 저해물질 극복한 신규 미생물 개발
식량이 아닌 목질계 바이오매스로부터 청정 바이오연료 생산
저해물질이 있는 상태에서도 고농도 바이오연료 생산 가능한 신규 미생물 개발
고효율 바이오연료 생산 미생물 개발 전략 모식도
고효율 바이오연료 생산 미생물 개발 전략 모식도

【한국과학경제=윤혜민 기자】 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 고자경, 이선미 박사팀은 목질계 바이오매스를 이용, 고농도의 바이오연료를 생산할 수 있는 미생물을 개발해 2세대 바이오매스 상용화의 가능성을 크게 높였다.

바이오연료는 온실가스 및 미세먼지를 저감시킬 수 있는 청정연료로서 전 세계적으로 휘발유나 경유에 혼합되어 사용되고 있다. 현재 바이오연료는 전분, 당, 식물성 기름 등과 같은 작물을 원료로 생산하고 있는데, 식량을 활용하여 연료를 만들어 낸다는 윤리적 논란이 있다.

이를 대체하기 위해 연간 생산량이 약 1000억 톤에 달할 만큼 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 목질계 바이오매스를 원료로 활용하는 2세대 바이오연료 생산 기술이 개발되고 있다. 하지만 목질계 바이오매스는 전환공정에서 바이오연료를 생산하는 미생물의 활동을 억제하는 물질이 발생해 생산 효율이 낮아지는 문제로 상용화되지 못하고 있었다.

KIST 연구진은 이러한 미생물의 억제물질에 의한 성능저하를 극복하여 고농도 바이오연료 생산이 가능한 신규 미생물을 개발했다. 유전자 가위를 이용하여 바이오연료 생산 미생물의 유전체를 편집하고, 자연계에서 발생하는 진화의 과정을 실험실 안에서 단시간 내에 효과적으로 유발하는 공법(적응진화공법)을 적용했다.

이를 통해 바이오연료 생산 미생물의 성능을 저해하는 대표적인 물질인 아세트산에 대한 저항성이 강화된 신규 미생물을 개발했다. 이 신규 미생물을 활용하면 기존 바이오연료 생산시 버려지던 성분으로부터 이론적 최대치의 98% 수율로 바이오연료를 생산할 수 있었다. 특히, 설탕을 추출하고 버려지는 사탕수수 부산물로는 세계최고의 수율로 바이오연료를 생산할 수 있었다.

또 그동안 개발된 바이오연료 생산 미생물은 특정 바이오연료만 생산할 수 있었던 것에 반해 KIST 연구진이 개발한 미생물은 유전자 가위를 이용한 유전체 편집기술을 활용하여 개발되었기 때문에, 추가적인 연구를 통하여 바이오연료뿐 아니라 바이오플라스틱, 바이오폴리머 등의 생산이 가능한 플랫폼 미생물로서도 활용 가능하다.

KIST 이선미 박사는 “이번 연구성과는 기존에 상용화된 1세대 바이오연료의 한계를 넘어서 지속가능성과 경제성이 향상된 2세대 바이오연료의 상용화를 앞당길 수 있는 중요한 기술이 될 것”이라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 한국연구재단 이공분야 기초연구사업(대통령Post-Doc.펠로우십)으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Global Change Biology Bioenergy’ (IF: 4.849, JCR 분야 상위 0.562%) 최신호에 게재되었다.

■용어설명

*바이오연료 (Biofuels)

바이오매스로부터 생물/화학 반응을 통하여 생산된 액체상의 연료. 주로 수송용 연료로 쓰이며 대표적으로는 휘발유 대체연료인 바이오에탄올, 경유 대체연료인 바이오디젤 등이 있다.

*1세대 바이오연료 (1st generation biofuels)

전분, 당, 식물성 기름 등과 같이 작물을 원료로 생산된 바이오연료로서 ‘식량 대 연료’라는 윤리적인 논란이 있었음.

*2세대 바이오연료 (2nd generation biofuels)

바이오연료의 지속가능성 및 경제성을 높이기 위하여 폐목재, 농/임업 부산물 등과 같은 목질계 바이오매스로부터 생산되는 바이오연료. 에너지 생산 과정에서 폐기물 처리가 가능하여 친환경적인 바이오연료.

* 목질계 바이오매스 (Lignocellulosic biomass)

지구상에 존재하는 가장 풍부한 탄소자원으로 2세대 바이오연료 생산의 원료가 됨. 연간 생산량이 약 1000억 톤에 달하며, 재배 및 조림사업 등을 통하여 지속적인 생산이 가능함. 목질계 바이오매스는 1세대 바이오연료의 원료인 식량 작물에 비해 구조의 견고성과 복잡성으로 인하여 바이오연료로의 효과적인 전환기술이 필요함.

*아세트산 (Acetic acid)

목질계 바이오매스의 구성성분인 헤미셀룰로스로부터 당을 얻는 전처리 과정에서 헤미셀룰로스의 아세틸기로부터 나오는 성분으로 미생물을 이용한 바이오연료 생산 과정에서 저해물질로 작용함.

 


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