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고온발효균으로 비 곡물 원료로부터 연료용 에탄올의 생산

전문가 제언: ○ 대체에너지는 기존의 화석연료 및 원자력을 제외한 자연으로부터 얻을 수 있는 청정에너지로서 태양광, 태양열, 풍력, 폐기물, 연료전지 및 수소에너지, 바이오에너지를 말한다. 선진 각국에서는 대체에너지가 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 최적의 해결책이라고 하여 이의 개발과 적용을 확대해 가고 있다.

○ 바이오에너지의 하나로서 ‘2세대’ 발효에탄올 생산기술은 목재셀룰로오스(lignocellulosic) 탄수화물 활용 공정에 집중되고 있다. 이 생산기술의 핵심은 폭넓은 기질 사용능력과 고효율 에탄올생산 균주 개발에 있다. 중요한 형질변경, 유전자 전이 및 유전체삽입 시스템 등의 강력한 고온성 미생물 개발은 이제 막 시작되고 있다.

○ 고온균에 의한 에탄올 생산은 중온공정에 비해 뚜렷한 여러 장점들이 있다. 고온균들은 일반적으로 바이오매스의 오탄당이나 육탄당뿐 아니라 가수분해 물질들 심지어는 섬유소 같은 폴리머나 복잡한 구조의 탄수화물 다당류들도 대사시킨다. 게다가 pH, 온도 및 환경변화에 잘 견디기 때문에 상업적인 공정에 매우 유리하다. 에탄올은 50도 이상에서 쉽게 증발되기 때문에 에탄올 회수에도 유리하며 에너지가 절약된다.

○ 고온균 Clostridia는 60~65도에서 잘 자라는 발효균으로서 이 균주의 장점은 endo-β-glucanases, exoglucanases, cellobiose phosphorylases, cellodextrin phosphorylases 및 β-glucosidases 등 여러 효소를 활용하여 결정성 섬유소를 분해하여 발효시키는 능력이다. 가장 주목받는 균주들은 Clostridia thermocellum과 Clostridia thermohydrosulfuricum이다.

○ T. saccharolyticum 균주의 acetate kinase 및 lactate dehydrogenase 불능화 변이균주 ALK2는 연속배양에서 150세대 이상 특성이 유지되었는데, D-xylose, D-glucose, mannose 및 L-arabinose를 모두 활용하며 에탄올을 최대 37g/L까지 생산하였다. 또 아이슬란드의 열수공에서 채취된 Thermoanaerobacter mathranii BG1L1은 덴마크 Biogasol 사에서 바이오연료 생산용 균주로 개발되고 있다. 변종 Thermoanaerobacter A10은 70도에서 잘 자라며, 4.7% v/v 에탄올 농도까지 에탄올 내성이 있다.

저자: Mark P. Taylor et al.
자료유형: 학술정보