세계 최초 2세대 바이오매스 '바이오부탄올' 시범공장

GS칼텍스, 9월 29일 착공

폐목재나 볏짚 사용

카이스트 생명화학공학부 이상엽 교수팀,

대사공학 연구 가장 앞서가

GS칼텍스 연구팀 공동 연구

지난 2012년 학술지 ‘엠바이오’에 게재

   지난 9월 29일 GS칼텍스는 여수에 세계 최초로 2세대 바이오매스를 쓰는 바이오부탄올 시범공장을 착공했다. 

지난 9월 29일 GS칼텍스는 여수에 세계 최초로 2세대 바이오매스를 쓰는 바이오부탄올 

시범공장을 착공했다. 

GS칼텍스 제공

내년 말 완공될 예정인 이 공장의 생산성에 따라 상용화 여부가 결정된다.

2000년대 들어 각국의 과학자들은 ‘대사공학(metabolic engineering)’이라는 생명공학기술을 써서 다양한 측면에서 클로스트리디움 아세토부틸리쿰을 본격적으로 개조하기 시작했다. 

즉 녹말의 포도당뿐 아니라 바이오디젤을 만들 때 나오는 부산물인 글리세롤을 먹게 한다든가 심지어 목재의 셀룰로오스를 소화할 수 있게도 만들었다. 또 대사에 관여하는 유전자를 끄거나 증폭해 대사경로를 바꿔 아세톤은 덜 만들고 부탄올은 더 만들게 유도하기도 했다. 또 클로스트리디움속(屬)의 다른 종 박테리아를 대상으로 연구를 넓히기도 했다.

오늘날 대사공학 연구에서 가장 앞서가는 곳 가운데 하나가 카이스트 생명화학공학부 이상엽 교수팀으로 특히 바이오부탄올이 두드러진다. 이 교수팀과 GS칼텍스 연구팀이 공동으로 연구해 지난 2012년 학술지 ‘엠바이오’에 실은 논문은 발표된 지 4년이 채 안 된 현재 105회 인용됐을 정도로 획기적인 내용이다.  

클로스트리디움 아세토부틸리쿰은 두 가지, 즉 직접 경로와 간접 경로로 부탄올을 만드는 것으로 알려져 있는데, 연구자들은 이 메커니즘을 명쾌하게 규명했다. 그리고 더 많은 부탄올을 만드는 직접 경로의 비율이 높게 대사를 조작했다. 그 결과 간접 경로의 두 배였던 직접 경로가 18.8배가 됐다(물론 비율이므로 직접 경로가 는 것과 간접 경로가 준 게 반영된 결과다).

아무튼 전체적인 수율도 많이 늘어나 배양액 1L당 18.9ml의 부탄올이 만들어져 야생 균주에 비해 160%나 더 높았다. 투입한 포도당(먹이) 한 분자당 부탄올 0.71분자가 만들어져 역시 기존에 비해 245%나 더 높았다. 실제 연속배양 공정에 적용한 결과 배양액 1L에 시간당 1.32g의 부탄올을 얻었고 전환율도 포도당 한 분자당 부탄올 0.76분자였다.

지난달 29일 GS칼텍스는 여수에 세계 최초로 비식용 바이오매스를 쓰는 바이오부탄올 시범공장을 짓는 첫 삽을 떴다. 연간 생산량이 400t으로 공정의 상업화 가능성을 알아보는 게 주목적이다. 옥수수나 사탕수수 같은 식용(1세대) 바이오매스를 쓰는 바이오부탄올 공장은 있지만 폐목재나 볏짚 같은 비식용(2세대) 바이오매스를 이용하는 공장은 아직 없다.

1세대 바이오매스는 결국 식량 또는 사료를 전용하는 것이므로 세계 곡물시장을 불안하게 하는 원인으로 지목받고 있는데다 원료를 확보하려면 숲을 개간해 밭을 만들어야 하므로 전혀 친환경이 아니라는 비난의 목소리가 높다. 따라서 최근 2세대 바이오매스를 이용한 바이오연료 연구가 활발하다.

연구자들은 비식용 바이오매스를 황산으로 처리해 셀룰로오스 등 고분자를 당으로 분해한 뒤 클로스트리디움 아세토부틸리쿰에게 먹여 부탄올을 만들게 했다. 이때 포도당뿐 아니라 여러 당이 나오는데 이를 다 잘 먹게 균주를 만들었다고 한다. 아마도 2012년 카이스트와 함께 만든 균주를 추가로 개량한 것으로 보인다.

이 회사의 홍보자료에 따르면 매년 우리나라에서 나오는 폐목재가 300만t에 이른다고 한다. 부디 내년에 완공되는 시범공장이 잘 돌아가 상업성이 있는 것으로 결론이 나 우리나라가 2세대 바이오부탄올을 생산기지로 자리하기를 바란다.

강석기/동아사이언스

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