초록 ▼

1. 단계최종목표
바이오매스 유래의 원료물질로부터 C4/C5계 중간 화학원료물질인 푸마르산(fumaric acid) 및 이타콘산(itaconic acid)을 생산함에 있어 고온, 고압 조건을 요구하는 기존의 화학공정을 대체할 수 있고, 기존 공정대비 30%이상의 에너지 사용을 절감할 수 있는 에너지절약형 생물공정을 개발하고자 함. 세부적으로는 ① 푸마르산 및 이타콘산 생산을 위한 바이오매스의 선정 및 전처리 공정을 확립하고, ② 전처리된 물질의 전환을 위한 미생물의 선정 및 개량기술의 최적화를 통하여, ③ 푸마르산 및 이타콘산

1. 단계최종목표
바이오매스 유래의 원료물질로부터 C4/C5계 중간 화학원료물질인 푸마르산(fumaric acid) 및 이타콘산(itaconic acid)을 생산함에 있어 고온, 고압 조건을 요구하는 기존의 화학공정을 대체할 수 있고, 기존 공정대비 30%이상의 에너지 사용을 절감할 수 있는 에너지절약형 생물공정을 개발하고자 함. 세부적으로는 ① 푸마르산 및 이타콘산 생산을 위한 바이오매스의 선정 및 전처리 공정을 확립하고, ② 전처리된 물질의 전환을 위한 미생물의 선정 및 개량기술의 최적화를 통하여, ③ 푸마르산 및 이타콘산의 생산성 향상을 위한 공정 변수의 최적화 및 ④ 단위공정 및 연속/통합공정을 개발하고자 함.
2. 개발내용 및 결과
1차년도에는 바이오매스 유래의 원료물질로부터 C4/C5계 중간 화학원료물질인 푸마르산 및 이타콘산 생산을 위한 바이오매스를 선정하고, 이에 적합한 전처리 공정을 확립함과 동시에 푸마르산 및 이타콘산 생산을 위한 생물공정에 적합한 미생물을 선정하였음. 2차년도에는 1차년도 결과를 기반으로 푸마르산 및 이타콘산의 생산성 향상을 위하여 1차 선정된 미생물을 개량하고, 이를 기반으로 실험실 규모에서의 생산공정 제어기술 및 발효공정 개선을 통하여 생산공정의 경제적 및 실용적 타당성을 검증하였음. 3차년도에는 1, 2차년도 수행결과에 의한 균주 및 발효공정을 기반으로 하여, 바이오매스 유래의 원료물질로부터 C4/C5계 중간 화학원료물질인 푸마르산 및 이타콘산 생산을 위한 발효, 분리정제, 회수 등의 단위 공정의 최적화 조건을 도출함과 동시에 연속/통합공정의 반응조건을 최적화하여 기존공정 대비 30%이상 에너지 사용량 절감이 가능한 통합공정을 설계하였음.
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
기술적 측면에서는, ①푸마르산 및 이타콘산 생산의 공정 설계 및 제어기술을 확보함으로써 제품의 고부가가치화가 가능하며, ②친환경 및 에너지절약형 공정에 대한 원천기술의 확보 및 선점과 더불어 ③생산물 및 부산물의 제품화를 통한 생산 수익 창출 및 이익 극대화 가능성과 ④정밀화학산업 전반에 걸친 파급효과가 예상됨. 산업·경제적 측면에서는, 기존 공정 대비 30%이상의 에너지 절감이 가능하며, 자원재순환으로 부산물 배출이 감소할 것으로 예상됨.
4. 적용분야
생물학적 푸마르산 및 이타콘산 생산 기술은 기존의 화학전환 및 고분자 중합 기술과의 접목을 통해 새로운 물성을 지닌 고분자 재료의 생산에 활용될 수 있을 것으로 판단됨.

Abstract ▼

Today, significant portion of energy and raw materials used in chemical industry is derived from petroleum. In Korea, about 40% of petroleum is consumed in chemical industry sector. Furthermore, its impact on environment is also significant and CO2 emission from chemical industry accounts for over 2

Today, significant portion of energy and raw materials used in chemical industry is derived from petroleum. In Korea, about 40% of petroleum is consumed in chemical industry sector. Furthermore, its impact on environment is also significant and CO2 emission from chemical industry accounts for over 20% of total emission. Therefore, advanced chemical processes are of urgent need, which consume less energy and fossil resources, emit less greenhouse gases and wastes, and are competitive with conventional processes as well. Fungi are natural producers of various valuable chemicals. Although most of the academic and industrial interests have been focused on their ability to produce useful secondary metabolites, they also have potential as remarkable producers of commodity chemicals like organic acids. In addition, fungi are unique sources of useful enzymes for biorefinery, like cellulases and various lignin degrading enzymes indispensible for the lignocelluose pretreatment and saccharification. Although strategies for the development of microbial and fungal processes are similar in many ways, careful consideration of the unique physiology of fungi must be essential for the success, especially during the media selection, reactor design, and process monitoring and control. The aim of this project is to develop efficient fungal bioprocesses converting renewable resources into C4/C5 chemical feedstocks, fumaric and itaconic acid. Main research topics cover improvement of fungal biocatalysts based on mutagenesis and expression of heterologous enzymes, control over catalyst physiology, optimization of fermentation, and development of effective product recovery and purification process.
Generally, biomasses require adequate pre-treatments to be used as raw materials for the fermentative conversions. 70~100% of xylose and 63~68% of glucose could be recovered from rice straw by acid treatment using sulfuric acid followed by the enzymatic sccharification using Viscozyme. In addition, sequential pre-treatment with the steam/acid and fungal lignin degrading enzymes followed by the saccharification with cellulases resulted in ~83% glucose yield.

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...2
• 단계보고서 초록 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...11
• CONTENTS ...16
• 목차 ...17
• 그림목차 ...18
• 표목차 ...24
• 제1장 서론 ...26
• 제1절 개발기술의 중요성 및 필요성 ...26
• 제2절 국내.외 관련 기술의 현황 ...33
• 제3절 기술개발 시 예상되는 기술적.경제적 파급 효과 ...46
• 제2장 기술개발 내용 및 방법 ...50
• 제1절 단계 목표 및 평가 방법 ...50
• 제2절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ...52
• 제3장 결과 및 향후 계획 ...66
• 제1절 단계 연구개발 결과 ...66
• 1. 1단계 연구개발 추진 일정 ...66
• 2. 단계 연구개발 추진 실적 ...67
• 3. 각 기관/기업별 추진 내역 ...71
• 4. 기술개발 성과 ...325
• 제2절 시장 현황 및 사업화 전망 ...330
• 제3절 차기 단계 계획 ...331
• 제4절 기업 재무건전성 현황 ...337
• 참고문헌 ...339