한국 연안산 질소고정 남세균의 생태생리적 특성 및 광생물학적 수소생산 조건 연구 Optimal photobiological hydrogen production and ecophysiological characteristics by N2-fixing cyanobacteria from Korean coasts원문보기
본 연구는 남세균을 이용하여 광생물 수소를 생산하는 연구로서, 산소발생성 광합성(oxygenic photosynthesis) 단세포 남세균의 광화학적 CO2 환원능을 이용하여 물 분자를 수소와 산소 기체로 변환하는 적정조건에 관한 것이다. 이 기술은 기초연구의 역사가 60여년에 이른 기술이며, 1970년대에는 화석연료의 대체에너지 및 환경문제에 대처하기 위한 새로운 에너지 생산수단의 하나로 여겨지면서, 이 후 전 세계적으로 활발한 응용연구가 시작되었다. 본 연구는 2030년에 상업화를 목표로 하는 바이오수소 청정생산 시스템 기술의 요소 기술적 의미와 이 분야에 대한 우리나라의 미미한 연구 성과를 고려하였을 때 선행연구로서의 의미를 동시에 갖는다. 최상의 청정 ․ 대체에너지원인 기체 수소를 생산하는 원천적 생물시스템을 구축하기 위한 기반연구를 수행하여, 차세대의 바이오 수소기술경쟁 시대에 우리나라가 핵심기술 보유국의 지위를 확보하는데 기여하고자 하였다. 본 연구를 통해 4년 여간 국내 연안 69개소의 정점에서 평균 2-3회 씩 시료를 채집하여 2000여 시료를 확보하였고, 단세포 분리기술을 이용하여 77개의 남세균 종주를 확보하였다. 이들 77종주의 수소생산 능력을 측정한 결과, ...
본 연구는 남세균을 이용하여 광생물 수소를 생산하는 연구로서, 산소발생성 광합성(oxygenic photosynthesis) 단세포 남세균의 광화학적 CO2 환원능을 이용하여 물 분자를 수소와 산소 기체로 변환하는 적정조건에 관한 것이다. 이 기술은 기초연구의 역사가 60여년에 이른 기술이며, 1970년대에는 화석연료의 대체에너지 및 환경문제에 대처하기 위한 새로운 에너지 생산수단의 하나로 여겨지면서, 이 후 전 세계적으로 활발한 응용연구가 시작되었다. 본 연구는 2030년에 상업화를 목표로 하는 바이오수소 청정생산 시스템 기술의 요소 기술적 의미와 이 분야에 대한 우리나라의 미미한 연구 성과를 고려하였을 때 선행연구로서의 의미를 동시에 갖는다. 최상의 청정 ․ 대체에너지원인 기체 수소를 생산하는 원천적 생물시스템을 구축하기 위한 기반연구를 수행하여, 차세대의 바이오 수소기술경쟁 시대에 우리나라가 핵심기술 보유국의 지위를 확보하는데 기여하고자 하였다. 본 연구를 통해 4년 여간 국내 연안 69개소의 정점에서 평균 2-3회 씩 시료를 채집하여 2000여 시료를 확보하였고, 단세포 분리기술을 이용하여 77개의 남세균 종주를 확보하였다. 이들 77종주의 수소생산 능력을 측정한 결과, 질소고정 단세포 남세균 16종주에서 수소생산 능을 확인하였다. 이 가운데 CB-MAL002, CB-MAL026, CB-MAL031, CB-MAL054, CB-MAL055, CB-MAL058의 6종주에서 우수한 수소생산능이 나타났다. 최종 선별된 국내 연안산 남세균 6종주와 대서양산 Synechococcus sp. Miami BG043511과의 비교 연구를 통하여 최적 수소생산 조건을 탐색하고자 하였다. 실험은 세단계로 진행되었다. 첫 단계로서, F/2+BGER 배양액 조건에서 7개의 시험 종주 각각의 최적 성장이 나타나는 최적 온도 및 염분을 확인하였다. 다음으로 f/2+BGER-N 배양액 조건에서 세포주기동조화를 위한 최적 명암주기 및 적용기간을 규명하였다. 최종적으로 최적 온도, 염분, 광도조건 등을 적용하고, nitrogenase의 활성도와 관련되는 CO, CN 등의 촉진물질을 주입하는 등의 다양한 실험을 진행하였다. 실험결과 모든 종주의 수소생산 최적 온도는 35℃, 최적 광도 범위는 350~1000 μE m-2 s-1, 최적 CO 주입 농도는 1~5% 범위 등으로 나타났다. 특히 CO 주입 이후 최대 수소생산 누적량이 2~6배 증가하는 뚜렷한 촉진효과를 확인하였다. CO 주입으로 인한 수소생산 누적량의 향상은 바이오수소의 경제성에 대한 현실적인 문제를 극복할 수 있는 중요한 개선 사항으로서 큰 의미를 갖는다. 또한 국내산 6종주 중 CB-MAL031 및 CB-MAL058은 각각 2.65 mL 및 1.87 mL H2 flask-1의 최대 수소 누적량을 기록하여 비교 종주인 Miami BG043511 (1.47mL)과 대등한 수소생산 능을 가진 것으로 평가되었다. 이는 수소생산 능이 우수한 국내산 남세균 종주가 확립되어 차후 효율적인 수소생산 연구에서 선도적 위치를 점할 수 있는 중요한 의미로 판단된다. 본 연구를 통해 우수 수소생산 남세균 종주의 확보 및 효율적인 수소생산 시스템을 구축하는 기초 자료를 제공하고, 바이오수소의 경제적인 측면을 고려한 복합연구 의 재고를 통해 시장경제 현실화를 앞당길 수 있는 가능성을 확인하였다. 또한 남세균을 이용한 광생물학적 수소생산 기술의 발전을 위하여 본 학위논문 연구결과가 작은 기여가 될 것을 기대한다.
본 연구는 남세균을 이용하여 광생물 수소를 생산하는 연구로서, 산소발생성 광합성(oxygenic photosynthesis) 단세포 남세균의 광화학적 CO2 환원능을 이용하여 물 분자를 수소와 산소 기체로 변환하는 적정조건에 관한 것이다. 이 기술은 기초연구의 역사가 60여년에 이른 기술이며, 1970년대에는 화석연료의 대체에너지 및 환경문제에 대처하기 위한 새로운 에너지 생산수단의 하나로 여겨지면서, 이 후 전 세계적으로 활발한 응용연구가 시작되었다. 본 연구는 2030년에 상업화를 목표로 하는 바이오수소 청정생산 시스템 기술의 요소 기술적 의미와 이 분야에 대한 우리나라의 미미한 연구 성과를 고려하였을 때 선행연구로서의 의미를 동시에 갖는다. 최상의 청정 ․ 대체에너지원인 기체 수소를 생산하는 원천적 생물시스템을 구축하기 위한 기반연구를 수행하여, 차세대의 바이오 수소기술경쟁 시대에 우리나라가 핵심기술 보유국의 지위를 확보하는데 기여하고자 하였다. 본 연구를 통해 4년 여간 국내 연안 69개소의 정점에서 평균 2-3회 씩 시료를 채집하여 2000여 시료를 확보하였고, 단세포 분리기술을 이용하여 77개의 남세균 종주를 확보하였다. 이들 77종주의 수소생산 능력을 측정한 결과, 질소고정 단세포 남세균 16종주에서 수소생산 능을 확인하였다. 이 가운데 CB-MAL002, CB-MAL026, CB-MAL031, CB-MAL054, CB-MAL055, CB-MAL058의 6종주에서 우수한 수소생산능이 나타났다. 최종 선별된 국내 연안산 남세균 6종주와 대서양산 Synechococcus sp. Miami BG043511과의 비교 연구를 통하여 최적 수소생산 조건을 탐색하고자 하였다. 실험은 세단계로 진행되었다. 첫 단계로서, F/2+BGER 배양액 조건에서 7개의 시험 종주 각각의 최적 성장이 나타나는 최적 온도 및 염분을 확인하였다. 다음으로 f/2+BGER-N 배양액 조건에서 세포주기 동조화를 위한 최적 명암주기 및 적용기간을 규명하였다. 최종적으로 최적 온도, 염분, 광도조건 등을 적용하고, nitrogenase의 활성도와 관련되는 CO, CN 등의 촉진물질을 주입하는 등의 다양한 실험을 진행하였다. 실험결과 모든 종주의 수소생산 최적 온도는 35℃, 최적 광도 범위는 350~1000 μE m-2 s-1, 최적 CO 주입 농도는 1~5% 범위 등으로 나타났다. 특히 CO 주입 이후 최대 수소생산 누적량이 2~6배 증가하는 뚜렷한 촉진효과를 확인하였다. CO 주입으로 인한 수소생산 누적량의 향상은 바이오수소의 경제성에 대한 현실적인 문제를 극복할 수 있는 중요한 개선 사항으로서 큰 의미를 갖는다. 또한 국내산 6종주 중 CB-MAL031 및 CB-MAL058은 각각 2.65 mL 및 1.87 mL H2 flask-1의 최대 수소 누적량을 기록하여 비교 종주인 Miami BG043511 (1.47mL)과 대등한 수소생산 능을 가진 것으로 평가되었다. 이는 수소생산 능이 우수한 국내산 남세균 종주가 확립되어 차후 효율적인 수소생산 연구에서 선도적 위치를 점할 수 있는 중요한 의미로 판단된다. 본 연구를 통해 우수 수소생산 남세균 종주의 확보 및 효율적인 수소생산 시스템을 구축하는 기초 자료를 제공하고, 바이오수소의 경제적인 측면을 고려한 복합연구 의 재고를 통해 시장경제 현실화를 앞당길 수 있는 가능성을 확인하였다. 또한 남세균을 이용한 광생물학적 수소생산 기술의 발전을 위하여 본 학위논문 연구결과가 작은 기여가 될 것을 기대한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.