최근 뉴스에서 가장 인용되는 단어중의 하나는 에너지 문제와 지구온난화라는 이슈일 것이다. 석유에너지 자원 고갈의 문제와 화석연료를 태울 때 배출되는 온실가스의 배출증가로 가속화되고 있는 지구온난화는 남북극의 빙하를 빠르게 녹여내고, 지구의 기온을 계속해서 높이고 있으며 인류의 생존을 위협하고 있다. 지구온난화와 에너지 위기를 해결하기 위한 여러 가지 다양한 노력은 새로운 종류의 재생 에너지로서 태양력, 풍력, 원자력, 조력 등 여러 분야에서 시도되고 있다. 이중 녹색연료로서 잠재적 가능성이 가장 크다고 여겨지는 분야가 바이오 에너지 영역이다. 바이오 에너지는 석유에 대한 의존도를 줄이고 지구온난화와 같은 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 바이오연료로서 아직까지는 시작 단계이지만 현존하는 수송연료의 시스템을 구조적 변경 없이 곧바로 대체 이용할 수 있는 가장효과적인 에너지 시스템이다. 하지만 급격한 바이오에너지 생산 증대는 생산원료로써 옥수수와 사탕수수와 같은 농작물을 사용함으로써 또 다른 식량문제를 일으키는 한 원인이 되고 있다.

이 때문에 1세대 옥수수 바이오에너지의 새로운 대안으로서 이른바 2세대 바이오 연료인 셀룰로오스 바이오에탄올이 주된 연구대상이 되고 있다. 셀룰로오스 바이오 에탄올이란 지구상에서 가장 풍부한 유기자원인 식물 바이오매스를 바이오 원료로서 사용한다. 2세대 셀룰로오스 에탄올은 현재 옥수수 알갱이에 들어 있는 녹말을 발효시켜 에탄올을 뽑아내는 1세대 방법과는 달리 벗어나 버려졌거나 태워버렸던 옥수수대를 포함한 모든 녹색식물의 줄기와 잎, 뿌리 등의 바이오매스를 이용해서 바이오 에탄올을 생산하고자 하는 방법이다. 본 연구실은 미생물(효소)/식물 바이오테크놀로지를 이용하여 2/3세대 바이오에너지를 생산할 수 있는 원천기술과 핵심 공정 기술을 연구하고 있다. 더불어 21세기의 새로운 자원이라고 불리어지는 bio-sugar에 관한 연구를 수행하고 있다.

1. 바이오에너지 생산을 위한 바이오매스 전처리

식물의 리그노-셀룰로오스 바이오매스 자원은 muti complex bio-polymer로서 전처리 공정은 매우 복잡하며, 고에너지 소비 공정이다. 화학적 전처리법은 높은 효율을 가지고 있으나, 환경에 대한 네가티브영향과 고비용을 필요로 하여 보다 새로운 전처리 법에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 본 연구실은 자체 개발한 Popping법과 energy and cost effecive New Pretreatment 기술 개발에 연구를 집중하고 있다.

2. 바이오매스 분해능이 탁월한 새로운 미생물 선발 및 효소 genetic engineering

셀룰로오스 고분자를 Enzymatic Hydrolysis하기 위해서는 다양한 미생물과 효소에 관한 연구가 필수적이다. 현재는 수백종의 brown rot fungi, white rot fungi, soil bacteria등을 대상으로 셀룰로오스를 효과적으로 분해하는 고분해능을 미생물의 screening 및 extracellular 효소의 선발 및 genetic engineering을 통해 substrate 최적화 효소의 개발 및 생산을 연구하고 있다.

3. 분자농업을 통한 효소 대량 생산

바이오에탄올 생산 공정 중 효소생산 기술은 key factors중의 하나이다. 본 실험실에서는 Molecular Farming시스템을 활용한 효소 생산 시스템을 개발하여 국제특허를 출원하였다. Molecular Farming 시스템은 단순히 효소의 대량생산과 생산비를 절감할 뿐만 아니라 새로운 바이오 산업의 산업영역을 담당할 수 있는 연구기술이다. 식물공장 시스템을 통해 endo-glucanase와 cellobiohydrolase, xylanase 등 다양한 종류의 세포벽 분해 효소를 생산하는 연구를 지속하고 있다.

4. Genetic engineering을 통한 바이오에탄올 발효 공정

효모는 당질계 글루코오스로부터 바이오에탄올 생산을 위한 연구 및 상용화를 위해 흔히 사용하는 균주이다. 본 연구실에서는 Pichia stipitis와 Saccharomyces cerevisiaee의 효모를 xylose isomorase, transaldolase 등의 효소를 활용하여 xylose 대사경로를 조정하고 non-oxidative pentose phosphate pathway의 경로를 활성화 시키는 연구를 함께 수행하고 있다.

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