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  • 기사등록 2020-10-13 12:00:02
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[기계신문] 바이오연료는 온실가스와 미세먼지 저감에 효과적인 청정연료다. 유럽에서는 2020년까지 휘발유와 경유와 같은 수송용 연료에 바이오연료를 10% 이상 혼합하여 사용하도록 하였으며, 코로나 이후 미국 정유사들이 원유 정제시설을 바이오디젤 생산 설비로 전환하고 있다.


국내에서도 신재생에너지 연료 혼합의무화 제도(RFS:Renewable Fuel Standard)에 따라 경유에 바이오디젤을 3% 혼합하여 사용하도록 의무화하고 있다. 이러한 바이오디젤은 주로 팜유와 대두유 같은 식물성 유지나 폐식용유 등을 원료로 생산되나 늘어나는 수요를 충족시키기에는 원료 수급이 원활하지 않다.


이에 지구상에 가장 풍부하게 존재하는 목질계 바이오매스를 이용하여 바이오디젤을 생산하기 위한 기술이 개발되고 있다. 미생물은 목질계 바이오매스에서 유래 한 당을 식물성 유지와 같은 디젤원료로 전환할 수 있는데, 목질계 바이오매스 당 성분 모두를 전환하여 디젤원료를 생산하는 것이 경제성 확보를 위해 필수적이다.


한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 이선미 박사 연구팀이 버려지는 농업부산물, 폐지, 택배박스 등 목질계 바이오매스로부터 바이오디젤 원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발했다. 이 미생물은 기존대비 2배의 생산 수율을 보였다.



▲ 목질계 바이오매스를 원료로 미생물을 이용하여 바이오연료를 생산하는 개념도



이 미생물은 목질계 바이오매스에 포함된 당 성분을 먹이로 하여 대사하는 과정에서 바이오 디젤 원료를 생산할 수 있다. 목질계 바이오매스에 포함된 당은 일반적으로 약 65~70%의 포도당과 약 30~35%의 자일로스로 구성된다.


자연계에 존재하는 미생물들은 포도당을 이용하여 디젤원료를 만드는데 효과적지만 자일로스는 이용할 수 없어 디젤원료 생산 수율을 제한하는 한계를 가지고 있었다.



▲ 목질계 바이오매스를 원료로 바이오디젤 원료를 생산하기 위한 미생물 개발



KIST 연구팀은 이를 해결하기 위해 포도당뿐만 아니라 자일로스도 효과적으로 이용하여 디젤원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발했다. 특히 미생물이 디젤원료를 생산하는데 필수적인 보조효소의 공급을 방해하지 않도록 유전자 가위를 이용하여 대사경로를 재설계했다.


그 중에서 능력이 우수한 개체만을 선택하여 재배양하는 방식 등 진화의 과정을 실험실에서 효과적으로 통제하는 공법을 통해 자일로스 이용능력을 향상시켰다.



▲ 디젤 원료 생산 균주 내 도입된 이성화효소 기반의 자일로스 대사경로



이를 통해 목질계 바이오매스 유래 자일로스를 포함한 당 성분을 모두 사용하여 디젤원료를 생산할 수 있는 가능성을 확인하였으며, 보조효소 문제가 있는 대사경로를 활용한 기존의 연구와 비교하여 생산수율을 2배 가까이 향상시켰다.


이번 연구는 늘어나는 바이오디젤 수요에 대응하기 위하여 지속가능하며 경제적인 방법으로 바이오디젤을 생산할 수 있는 핵심기술을 개발한 결과로, 기존 인프라를 활용하여 빠르게 상용화 단계로 전환할 수 있다는 점에서 화석연료 기반의 수송용 연료사용에 따른 미세먼지 및 기후변화 문제에 효과적이고 빠르게 대처할 수 있는 방법을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.



▲ 개발된 지질생산 효모균주(YSXI)와 야생종(WT)과의 자일로스 이용 능력 및 지질 생산 능력 비교 평가 결과



KIST 이선미 박사는 “바이오디젤은 기존 디젤차량 운행을 제한하지 않으면서 온실가스와 미세먼지를 줄일 수 있는 효과적인 대체 연료로, 바이오디젤 생산의 경제성을 높일 수 있는 핵심기술을 확보했다”며 “잦은 태풍과 이상기후와 같이 이제 기후변화가 피부로 와닿고 있는 시점에서 가장 빠르고 효과적으로 기후변화에 대응할 수 있는 바이오연료 보급 확대가 이루어진다면 관련 산업 확대 및 기술 개발이 더욱 속도를 낼 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.


이선미 박사는 2019년, 목질계 바이오매스를 이용하여 가솔린 대체 바이오연료를 만드는 미생물을 개발한 바 있다.


한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 주요사업과 한국에너지기술평가원 신재생에너지연구사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 ‘Global Change Biology Bioenergy’ 최신 호에 게재되었다.


기계신문, 기계산업 뉴스채널

오상미 기자 osm@mtnews.net

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