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20세기 들어 석유 중심의 에너지 공급에 따른 에너지 수요 증가와 환경오염이 전 세계적인 문제이다. 최근 바이오매스 자원은 식물의 광합성 작용에 의해 만들어진 재생산이 가능한 유기물로 석유자원을 보완할 수 있는 대체에너지 자원으로서 주목 받고 있으며, 전 세계적 기후변화와 지구 온난화를 유발하는 개스 방출을 제한 할 수 있는 에너지로 여겨진다. 본 연구는 석유자원의 대체 에너지로서의 바이오연료의 생산기술개발과 이에 필요한 바이오매스 수율 증진 및 품질개선을 연구목표로 하여 화학, 분자생물학, 생화학, 세포학, 분자유전학, 생리학, 전게놈유전체학, 생물정보학, 생물화학공학, 임산생명공학 등 다 학제 간 시스템적 접근을 통하여 수행하고자 한다. 과학과 공학의 융합연구를 통하여 미국의 University of California at Berkeley나 독일의 Max-Planck Institute와 같은 세계적인 연구대학을 목표로 하며 바이오에너지과학 및 공학 분야에서 독보적인 위치로 성장할 수 있는 기틀을 마련, 산업화 할 수 있는 가능성을 최대화 한다.

바이오에너지공학과의 교육목표는 식물학, 분자생명과학, 화학, 생화학, 생명공학, 생명화학공학분야의 폭넓은 기초 및 응용지식과 실험실습을 통하여 신재생 에너지인 바이오에너지 산업 현장에서 요구하는 전반적인 기술을 습득케하고, 응용전문 교육을 위한 전공심화학습, 산학프로그램을 마련하여 바이오에너지 및 관련 분야 신기술 산업 및 연구를 담당할 고급 전문 인력 양상을 목적으로 한다.

녹색 에너지 기초 기술 및 개발 연구 사업단은 식물의 바이오매스를 활용하여 생물공학적 방법에 의한 바이오 연료 실용화를 궁극적인 목표로 하고 있으며 이를 달성하기 위하여 셀룰로오스 공급원의 생명공학, 생물정보학적 기술을 이용한 최적화연구 및 셀룰로오스계 바이오매스의 전처리 기술 개발, 셀룰로오스 당화 효소의 대량 생산 및 자가가수분해 시스템 개발, 바이오연료 발효 생산 공정의 최적화에 관현 연구를 수행한다. 또한 유채로부터 생산되는 바이오 디젤 및 Lipid-based biomaterials의 생산 효율을 극대화 시키기 위한 연구와 보다 근본적인 바이오매스 자원의 효용가치의 극대화를 위한 에너지 작물 개발, 그리고 바이오매스 개발을 위한 다양한 Cell Signaling의 구성성분 및 분자기전 규명을 수행한다.


녹색 에너지 기초 기술 및 개발 연구 사업단은 식물의 바이오매스를 활용하여 생물공학적 방법에 의한 바이오 연료 실용화를 궁극적인 목표로 하고 있으며 이를 달성하기 위하여 셀룰로오스 공급원의 생명공학, 생물정보학적 기술을 이용한 최적화연구 및 셀룰로오스계 바이오매스의 전처리 기술 개발, 셀룰로오스 당화 효소의 대량 생산 및 자가가수분해 시스템 개발, 바이오연료 발효 생산 공정의 최적화에 관현 연구를 수행한다. 또한 유채로부터 생산되는 바이오 디젤 및 Lipid-based biomaterials의 생산 효율을 극대화 시키기 위한 연구와 보다 근본적인 바이오매스 자원의 효용가치의 극대화를 위한 에너지 작물 개발, 그리고 바이오매스 개발을 위한 다양한 Cell Signaling의 구성성분 및 분자기전 규명을 수행한다.
1. 바이오에너지 생산성 및 생산 공정 효율 증대를위한 Lignocellulosic Feedstocks 최적화
2. 바이오에너지 생산을 위한 전처리 및 생물공학적 처리방법 개발
3. 바이오디젤 및 지질 유래 생물질 개발
4. 바이오매스 증진을 위한 식물세포신호전달 연구

본 연구팀은 미국 UC Berkeley, Michigan State University, Pennsylvania State university 및 Michigan Technological University 등 바이오에너지 및 바이오매스 연구 관련 분야 세계적 수준의 해외연구자 4인과 전남대학교 2개 학부 3개 전공 (식물분자생물학, 응용식물학, 임산공학)의 다양한 연구 분야와 경력을 가진 4인의 젊고 매우 유능한 연구자로 구성되어있다.

본 연구는 4 개의 세부 프로젝트 그룹으로 나누어 과제 목표의 효율적 달성을 위하여 공동연구를 통한 그룹별 목표지향적인 연구를 추진한다. 또한, 그룹 간 그리고 팀간 유기적인 관계를 통한 공동연구 및 시너지를 도모한다. 각 연구자들은 연구의 전문성을 고려하여 그룹지어 있으며 1개 이상의 그룹연구에 참여하기도 한다.

본 연구팀은 바이오에너지 팀 과 바이오매스 팀으로 이루어져 있으며, 바이오에너지 팀은 바이오에탄올 생산과 그 원료인 셀룰로오스의 식물체내에서의 생산과 당 발효, 추출 및 전처리 등의 최적화 조건을 수립하는 Development of Lignocellulosic Feedstocks (1세부) 및 Pretreatment Optimization/Bioprocess Engineering (2세부) 프로젝트 그룹으로 이루어져 있다. 아울러, 생태학적 안정을 기반으로 한 바이오에너지 생산원료로서의 바이오매스를 지속적이고 안정적으로 생산, 공급할 수 있는 효율적 기반기술을 개발한다.

바이오매스 팀은 바이오디젤과 석유산업제품을 대체할 수 있는 지질 유래의 생물질 개발에 관한 기초 연구와 응용 연구를 수행하는 바이오매스 품질개선을 위한 Development of Lipid-Based Biomaterials (3세부) 프로젝트 그룹과 시스템적 접근을 통한 식물의 환경신호에 대한 반응 및 성장, 발달 과정의 핵심 세포신호전달 조절기전을 이해함으로써 바이오매스의 증진을 도모하는 Cell Signaling for Biomass Control (4세부) 프로젝트 그룹으로 이루어져 있다. 각 그룹은 외국 연구자가 1인 이상 속하여 세계적인 수준의 연구그룹 및 팀으로 매우 빠른 기간 내에 발돋움하는 데 기여하게 된다.

국내외 관련분야 세계적 수준의 학자들이 그룹리더 역할을 하며 공동 연구 및 과제 조정과 진도 관리 등에 관여하여 목표 달성을 극대화한다.



식물의 세포벽 및 바이오매스 증진에 관련되는 연구기술 개발
책임자 한경환 박사 (미국 Michigan 주립대학 교수)
공동연구 참여자 John E. Carlson (미국 Pennsylvania State University 교수),
Chandrashekhar Joshi 박사 (미국 Michigan Technological University 교수),
김정묵 (전남대 교수), 안성주 (전남대 교수)
바이오매스 소재별 맟춤형 전처리 공정 개발 및 화학적/물리적/에너지 저감형 전공정 개발 및 최적의 생물학적 공정을 위한 생물소재 개발 및 효소생산 및 바이오매스 당화에 관한 연구/ 셀룰로오스계 바이오매스 분해로부터 생산되는 혼합당의 발효 생산 공정의 최적화에 관한 연구조직
책임자 배현종 (전남대 교수)
공동연구 참여자 안성주 (전남대 교수), 서미정 (전남대 교수)
물의 종자오일 및 extracellular lipids (wax, cutin, suberin)의 생합성기작 및 조절 연구, 식물성 오일의 성분 변형 연구, 에너지 작물의 생산성 향상을 위한 질소 영양분의 효과 및 바이오 디젤 및 lipid-based biomaterials을 생산할 수 있는 형질전환된 에너지 작물 (유채, 자트로파) 개발.
책임자 서미정 (전남대 교수)
공동연구 참여자 안성주 (전남대 교수)
세포 간 시스템 구성 및 시그널링 관련 지식을 활용한 총체적인 바이오매스의 활용을 위한 연구
책임자 Sheng Luan 박사 (UC Berkeley 대학 교수)
공동연구 참여자 김정묵 (전남대 교수), 배현종 (전남대 교수), 안성주 (전남대 교수)
[학문적기여도]
  • 식물 바이오매스 생합성에 대한 이해와 성분 조절에 관한 기초 지시의 증가를 기대할 수 있다.
  • 바이오에너지 증산과 효율적인 공정에 보다 적합한 세포벽을 가지는 작물 개발에 관한 원천 기술 확보가 가능하다.
  • 유전자 분리, 특성 연구 및 형질전환 작물 연구들은 목재 바이오매스의 생화학적 및 화학적 특성 조절을 위한 원천 기술이 확보될 것이다.
  • 바이오에너지, 특히 바이오에탄올 생산공정에서 핵심공정인 전처리공정 및 당화공정의 개발을 지금까지의 연구와는 다른 새로운 관점으로 접근하고 있다. 참여연구자들은 목재과학, 특히 셀룰로오스, 리그닌 화학, 고분자 과학 분야의 전문가 및 식물유전학 전공 분야로서, 다분야간 공동연구를 추진하고 있으며, 새로운 학문분야로의 발전 가능성을 기대하고 있다.
  • 바이오에너지 자원 및 생산기술개발에 의한 화석 연료 대체 개발 기술 확보함.
  • 고 올레인산 함유 바이오연료용 원료작물의 안정적 생산 기술 확보함.
  • Cutin, wax, suberin 대사 기작에 관련된 신규 유전자의 기능 규명 및 선진 연구 결과 확보함.
  • 미개척 분야인 cutin, wax, suberin 대사의 조절 기작 규명 및 선진 연구 결과 확보함.
  • 식물생리, 재배생리, 생화학, 분자유전, 분자생물학의 tool을 사용함으로써 후학들의 교육자료 제공, 신진 연구자의 인력 활용, 우수한 석,박사 인재가 양성됨.

  • CBL-CIPK 신호전달시스템은 다른 환경 스트레스 반응들을 조화롭게 조절하게끔 다양한 과정에서 기능을 하는 복잡하지만 잘 균형된 신호전달 네트워크로 부상하고 있다. 이러한 신호전달의 많은 구성성분들의 정확한 기능과 기능적 관계가 규명될 것이다.
  • 하부 세포반응으로 연결되는 CBL-CIPK 모듈의 신호전달 경로가 밝혀질 것이다. 식물체가 자연환경에서 생존하는데 주요한 인자인 염, 저온, 및 수분제한을 포함한 환경신호들을 해석하는 칼슘의존성 기전을 대표하는 CBL-CIPK 신호전달네트워크의 분자작용 기전이 규명될 것이다.
  • 비 생물 재해 반응에서 본 신호전달 네트워크에서의 정보처리의 근본원리 규명, 식물스트레스 저항성에 관여하는 구성성분들의 생리학적 기능 및 상호작용 규명, 이러한 신호네트워크에서 표적 단백질들과 과정들의 분리 및 특성 등이 규명 될 것이다.
  • 본 연구과제의 국제 공동연구 수행과정에서 생화학, 분자생물학, 분자유전학, 식물 분자생물학, 식물 생리학 등 다양한 분야에 심도 있게 노출되어 관련 분야에서 능력 있는 많은 석박사가 배출될 것으로 기대되며, 특히 전문연구원 및 박사 후 연구원의 인력양성도 기대할 수 있을 것이다.
[경제 사회 발전 기여도]
  • 환경오염 및 사막화에 의한 농경지의 잠식상황을 고려하여 볼 때 기능성이 확인된 CBL-CIPK 스트레스 신호전달 유전자원의 발굴과 신 기능성 형질전환 식물체의 개발은 바이오매스 증진측면에서 크게 기여할 것으로 기대된다.
  • 신호전달 과정과 네트워크의 규명은 식물의 환경신호에 대한 적응과정의 이해뿐만 아니라 생명현상의 기본 기전을 해명함으로써 생명공학 전반으로의 파급효과가 있을 것으로 사료된다.

  • 지방산 대사 관련 유전자의 기술이전을 통한 기능성 유지작물 개발, 유전자의 등록 및 지적재산권 확보로 국가 경쟁력 제고에 일조함.
  • 재배한계지 극복 및 신 소득 작물재배로 농촌의 소득 증대, 가공 산업의 발전에 공헌함.

  • molecular farming 시스템을 다양한 분야에 상용화 할 수 있는 중요한 핵심 기술을 제공해 줄 것이다.