바이오연료 생산 공정 개발
바이오연료 생산 공정 개발
  • 함예솔
  • 승인 2020.02.19 22:35
  • 조회수 537
  • 댓글 0
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요약

 

유전자 형질 전환기술과 친환경 용매 활용한 청정 바이오연료 생산이 개발됐습니다. 국제공동연구진은 바이오매스 내 존재하는 리그닌의 구조 내에서 일부분을 짧은 형태로 바꿀 수 있는 형질 전환 기술을 개발했습니다. 이렇게 구조가 변형된 리그닌은 바이오매스 성분 분리 공정에서 적은 양의 에너지와 화학물질로 제거될 수 있습니다. 형질 전환된 바이오매스를 원료로 이용해 KIST-UBC 현지 랩에서 개발한 친환경 공융용매를 투입하여 바이오연료 생산에 필요한 당을 분리하는 기술을 개발했습니다. 

청정연료 바이오연료. 출처: AdobeStock
청정연료 바이오연료. 출처: AdobeStock

바이오연료는 청정연료로서 주목받고 있지만 바이오연료 생산을 위해 그 원료로 식량을 사용한다는 점에서 소모적이라는 부정적 의견도 있습니다. 이에 많은 연구진들이 식량이 아닌 목질계 바이오매스를 활용해바이오연료를 생산하는 '2세대 바이오연료' 상용화를 위한 연구가 끊임없이 이뤄지고 있습니다.

 

한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 김광호 박사팀은 캐나다 밴쿠버에 있는 KIST-UBC(브리티시컬럼비아대학) 현지 랩 프로그램을 통해 효율적인 바이오연료 생산 공정을 개발했다고 합니다. 연구진은 개발한 바이오연료 생산 공정에 리그닌 유전자 형질 전환기술 및 순환형 친환경 용매를 활용했다고 밝혔습니다. 

 

'유전자 형질 전환' 기술로 리그닌 구조 변형

바이오매스 형질 전환 기술, 친환경 공융용매를 이용한 바이오매스 처리 기술 및 바이오매스 단계별 분석기술을 접목한 바이오연료 생산 모식도. 출처: KIST
바이오매스 형질 전환 기술, 친환경 공융용매를 이용한 바이오매스 처리 기술 및 바이오매스 단계별 분석기술을 접목한 바이오연료 생산 모식도. 출처: KIST

바이오연료를 생산하기 위해서는 목질계 바이오매스의 20~30%를 구성하는 주성분인 '리그닌'을 분해해 폐기하거나 제거 후 이용합니다. 이 리그닌을 효율적으로 제거하는 것이 2세대 바이오연료의 경제성 확보 및 상용화에 중요한 역할을 합니다.

  •  리그닌 (Lignin)

셀룰로오스, 헤미셀룰로오스와 함께 바이오매스를 구성하는 페놀성 화합물. 일반적으로 바이오매스에 20~30% 포함되어 있으며 펄프·제지 산업 및 바이오에탄올을 비롯한 바이오연료 생산에서 부산물로 다량 생산됨. 리그닌은 지속할 수 있는 바이오연료 및 페놀성 바이오 화합물 생산에 주요한 원료물질로 평가되고 있습니다.

KIST 연구진은 美 바이오에너지연구센터(Joint BioEnergy Institute)와의 공동연구를 통해 리그닌을 좀 더 쉽게 제거할 수 있도록 유전자 형질 전환 기술을 이용해 구조를 변형했습니다. 리그닌 구조 내에서 일부분의 길이를 짧게 변형해 적은 양의 에너지 투입으로 리그닌을 제거할 수 있게 했습니다.

 

친환경 용매 활용한 청정 바이오연료 생산

 

이후 기존에 KIST 김광호 박사가 개발한 순환형 친환경 공융용매를 활용하여 리그닌을 재활용한 용매로 리그닌을 녹이는 시스템을 적용, 공정 내에서 필요물질을 수급하여 활용했습니다. 국제 공동연구진은 더 나아가 브리티시컬럼비아대학교(The University of British Columbia, UBC)의 분석기술을 활용해 최종적으로 경제성이 확보된 효율적인 바이오연료 생산 기술을 개발했습니다.

  • 공융용매 (Deep eutectic solvent)

다양한 종류의 양이온, 음이온을 포함하고 있는 루이스 (Lewis) 혹은 브론스테드 (Brønsted) 산과 염기의 조합으로 만들어진 용매 시스템. 최근에는 사차암모늄염과 다양한 종류의 수소결합 공여 물질로 구성된 공융용매 시스템이 많이 개발/연구되고 있으며 친환경 성질 및 뛰어난 용해 능력으로 바이오연료/바이오 화합물 생산에 필요한 용매로 활용되고 있습니다. 

  • 형질 전환 바이오매스 (Engineered biomass)

바이오연료 생산 공정에서 저해 물질로 작용하는 리그닌을 유전자 형질 전환 기술을 통해 리그닌을 좀 더 쉽게 제거할 수 있도록 구조가 변형된 바이오매스. 리그닌 형질이 변환된 바이오매스를 원료로 사용하면, 바이오연료 생산 공정에 소요되는 에너지 및 투입되는 화학물질의 양을 줄일 수 있으며 이는 바이오연료 경제성 확보 밀접하게 연관됩니다.
 

이러한 공정 개발을 위해서는 생물학, 분석화학, 화학공학 등 다양한 지식과 기술이 요구되는데요. 각 분야에서 여러 연구가 이루어지고 있었으나 각 기술 간의 연계가 부족한 문제가 존재했습니다. 이에 KIST 김광호 박사는 바이오매스 연구에 오랜 경험과 지식을 축적하고 있는 캐나다 브리티시컬럼비아대학교와 미국 뉴욕주립대학교와 공동 연구를 제안해 수행했습니다. 이를 통해 바이오연료를 생산하는 기술의 종합적 관점에서 유전자 형질 전환 기술, 처리 공정기술, 분석기술 등의 단계별 핵심 역량을 극대화했습니다.

김광호 박사. 출처: KIST
김광호 박사. 출처: KIST

 

 

 

KIST 김광호 박사는 "본 연구는 기후변화 대응 기술 개발이라는 국제적 아젠다를 해결하기 위해 한국·미국·캐나다 연구진의 각 분야 핵심역량을 극대화해 발표된 결과"라고 말하며 "바이오에너지 생산 기술 개발이라는 목표로 북미의 우수한 연구진들의 융·복합 연구를 주도하는 선도적 역할을 통해 기후변화에 대응할 수 있는 우리나라의 국가 기반 기술을 개발할 것"이라고 밝혔습니다.

 

 

 

 

 

 


##참고자료##

 


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