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제목 미세조류 선별 및 배양 핵심 원천기술 개발(심상준 교수, 고려대)
작성자 KCRC 등록일 2015-06-30 조회수 2963

고부가가치 유용물질을 생산할 수 있는 미세조류 선별  

배양 핵심 원천기술 개발 

 

□ 주요내용

이산화탄소의 생물학적 전환 기술은 광합성 생물을 통해 이산화탄소를 유용물질로 전환하는 기술이고, 최근 미세조류나 혐기성균 같은 미생물을 이용한 이산화탄소 전환 기술이 주목을 받고 있다. 특히, 미세조류는 다른 작물에 비하여 성장속도가 빠르고, 바이오매스 (사용가능한 생물학적 자원)로의 전환율이 4배 정도 높으며, 에너지 축적함량도 높고, 광배양 및 비경작지도 활용 가능할 뿐만 아니라, 아스타잔틴 (항산화물질, $2,500/kg)과 같은 고부가 가치 유용물질을 고효율로 생산할 수 있다는 장점이 있어 활발하게 연구 및 상용화가 진행 중에 있다.  

, 산업적으로 배출되는 배기가스 (주성분 이산화탄소)를 유용물질 생산을 위한 미세조류의 주원료로 사용함으로써, 추가로 소모되는 에너지를 줄이고, 설치 및 운영이 간편한 이산화탄소 저감 방식으로, 전체적인 공정의 운영비용이 저렴한 장점을 지닌다. 생물학적 이산화탄소 저감 기술은 대기 중 이산화탄소를 줄여 기후 변화의 방지 및 에너지 절감 등 국제사회가 지향하는 저탄소 녹색 성장과도 일치하는 친환경적이고, 지속가능한 성장 기술로 KCRC 사업과 연계하여 본 연구에 착수하게 되었다. 

 

□ 연구내용

ㅇ 주광성 기반 초고속 균주 선별 기술

가로 4 cm × 세로 3 cm × 높이 1 cm 이내 초소형 미세유체 시스템을 활용하여, 빛에 대한 반응성이 뛰어나고, 광합성 효율 및 이산화탄소 전환 효율이 우수한 균주를 초고속으로 선별하는 기술로 기존 생화학적 균주 선별 시간 (6개월) 대비 약 4,000 (주광성 기반 균주 선별 시간 50) 이상 향상시켜 시간적, 공간적 제약을 극복하였다. 

 

본 기술은 단일 세포 수준에서 실시간으로 균주의 빛에 대한 반응성을 정확하게 분석 가능하며,        

주광성과 광합성 효율 간의 상관관계를 최초로 입증함으로써, 학문적 의의를 지님과 동시에 간단히 광을  

활용하여 이산화탄소 광전환 및 바이오매스 생산성이 우수한 균주를 효율적이고 매우 쉽게 선별 가능한  

기술이다. 

 

 

주광성 기반 고속 선별 장치를 활용하여 확보된 우량 균주는 광생물반응기 내에서 야생형 균주 대비 약 2  

배의 고속 성장을 나타냄을 확인하였고, 본 기술을 활용하여 이산화탄소 고속 전환 가능 우량 균주의 확보  

및 초고속 선별 장치의 상품화가 가능하다. 

 


  

생물학적 이산화탄소 전환을 위한 도시형 광생물반응기 기술

개방형이 아닌 폐쇄형 광생물반응기를 제작함으로써, 오염원 유입의 차단이 용이하고, 이산화탄소의      

세포 내 공급과 광투과율이 원활하게 설계되어 쉽고 빠르며 효율적으로 바이오매스 생산이 가능하다.  

본 기술에 사용되는 투명필름 광생물반응기는 기존 반응기와 비교하여, 광투과율, 이동성 및 기계적  

강도가 우수하며 값이 저렴한 저비용 소재로 제작되어 공정 단가를 낮추는 효과가 있으며, 반응기 디자인의  

성형이 용이하여 반응기의 규모 확대 및 대량 배양을 통한 유용물질 생산이 가능하다. 또한, 협소한  

공간에서도 수평으로 반응기를 연결함으로써, 대규모의 도시형 고밀도 생물공정 상용화가 가능하다.  

기술은 성공적으로 1 톤 규모의 고효율 대량 생물배양 공정을 완수하였다.  

 

 

□ 기대효과

ㅇ본 기술은 KCRC 사업 (Korea CCS 2020)을 통하여 이산화탄소 저감을 위한 생물학적 전환 기술로써,  

 주광성 기반 초고속 선별 기술 및 장치, 그리고 고효율 도시형 광생물반응기의 핵심 기술에 대한 원천     

 특허를  확보함으로써, 관련 기술의 확대를 통한 상품화 및 상업화를 주도할 수 있을 것으로 기대된다 

 또한, 초고속 선별기술 및 장치는 헤마토코쿠스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis)와 같이  

 고부가가치의 유용물질인 아스탄잔틴 (astaxanthin)을 생산하는 산업균주를 대상으로 적용 가능하여 초고속  

 이산화탄소 전환 및 고생산성 우량 균주의 확보에 활용될 수 있다. 

ㅇ고효율 도시형 광생물반응기 기술은 소재 및 디자인의 특성을 살려 규모를 확대하고, 초고속 균주 선별을  

 통해 확보된 우량 균주의 최적 성장 및 생산성을 위한 균주 맞춤형 광생물반응기 제작에 적극 활용함으로써,  

 이산화탄소의 대량 저감 및 고부가가치 유용물질의 대량 생산을 통한 이익 창출이 기대된다.  

ㅇ본 기술들은 국내외 이산화탄소 및 바이오에너지 시장 선점을 위한 핵심 기술들로써 다양한 기술  

 라이센싱을 통한 이익 확보 및 국내외 연구 개발 프로그램에 주도적으로 참여함으로써, 사업화의 교두보를  

 마련하는 계기가 될 것으로 기대된다.  

ㅇ마지막으로, 해당 기술들은 바이오연료 뿐만 아니라, 사료, 식품, 기능성 식품, 화장품, 의료 소재 등  

다양한 분야에도 적용 가능함으로 그 파급효과가 클 것으로 기대되며, 국내의 사업장에 성공적인 마무리  

이후 선진국 시장 진입을 위한 대규모 공장설립 등 기업의 해외사업추진 시에 적극적으로 활용이 가능할

것으로 기대된다 

 

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