초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
❏ 100% 바이오기반 폴리아마이드 510 단량체의 생물학적 생산 및 고분자 생산기술 개발
◦ 바이오매스 활용 바이오기반 폴리아마이드 510의 단량체 생산 기술
- 카다베린(cadaverine), 세바식산(sebacic acid) 생산을 위한 생합성 대사 경로 최적화 및 산업용 균주 개발
- 바이오기반 카다베린, 세바식산 대량 생산을 위한 생물학적 공정 개발
- 고분자 중합을 위한 바이오 폴리아마이드 510 단량체 분리ㆍ정제 공정 기술 개발 및 최적화

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
❏ 100% 바이오기반 폴리아마이드 510 단량체의 생물학적 생산 및 고분자 생산기술 개발
◦ 바이오매스 활용 바이오기반 폴리아마이드 510의 단량체 생산 기술
- 카다베린(cadaverine), 세바식산(sebacic acid) 생산을 위한 생합성 대사 경로 최적화 및 산업용 균주 개발
- 바이오기반 카다베린, 세바식산 대량 생산을 위한 생물학적 공정 개발
- 고분자 중합을 위한 바이오 폴리아마이드 510 단량체 분리ㆍ정제 공정 기술 개발 및 최적화
◦ 바이오 폴리아마이드 510 생산 기술
- 카다베린과 세바식산을 중합하여 바이오 폴리아마이드 510 생산 기술 개발
- 바이오 기반 고분자량의 바이오 폴리아마이드 510 생산 기술 개발

□ 개발내용 및 결과
1. 카다베린의 생물학적 생산 기술 개발
◦ 다양한 소스로부터의 고효율 라이신 탈탄산 효소(LDC)의 발굴 및 이의 도입을 통한 E. coli 또는 Hafnia alvei 균주 기반의 전세포 전환공정을 개발함. 이의 pilot-scale(1.5kL)에서의 카다베린 전환공정 적용을 완료함.(전환농도 134 g/L, 생산성 2.4 g/L/hrs)
◦ LDC의 조효소인 PLP의 생산 균주 및 공정의 적용, 고정화 기술의 개발, 전세포의 재활용 시스템 기술 개발을 통해 원가 경쟁력 있는 카다베린 생산 공정 개발을 진행함.
◦ C. glutamicum 라이신 생산 균주 기반의 카다베린 직접 발효 공정 개발을 통해 세계 최고 수준의 카다베린 발효 공정을 개발함(카다베린 농도 123 g/L, 공인시험성적서 기준).
◦ 다양한 용매 추출 효율 연구, 최적의 추출 및 증류 공정 개발을 통해 경쟁력 있는 카다베린 분리, 정제 기술을 확보함.(순도 99.3%, 회수수율 89.1%, 공인시험성적서 기준)
2. 세바식산의 생물학적 생산기술 개발
◦ 식물성 오일로부터 세바식산 전구체인 C10 FAME를 제조하는 기술을 개발을 개발함(순도 99.0% 이상, 수율 98.0% 이상).
◦ C10 FAME을 이용하여 세바식산을 제조 가능한 균주를 개발하고, 균주를 이용한 생물 공정을 개발함.
◦ 생물공정을 통해 제조한 세바식산을 배양액으로부터 효율적으로 분리하여 수득하는 공정(고순도 99.5% 세바식산을 고수율 96% 이상 수득)을 개발함.
◦ 효율적인 정제 기술을 통해서 c-세바식산을 이용하여 고순도 99.5% 세바식산을 고수율 96.0%↑로 수득가능한 공정을 개발함.
3. 바이오 유래의 폴리아마이드 510 중합 기술 개발
◦ 기존 PA의 주요 생산공정인 공중합 반응과는 차별화 되는 축중합 기술을 개발하고 이를 활용하여 제1세부 과제에서 생산한 카다베린 및 제2세부 과제에서 생산한 세베식산을 단량체로 하여 고성능 PA510의 생산 기술을 개발함. (Mw 157,000 g/mol, Tm 217.8℃, Tensil module 6,672 Mpa)
◦ 본 연구과제에서 개발된 PA510 축중합 기술로 생산된 고성능 PA510을 이용하여 ICT용 시제품(휴대폰 백커버)을 생산하고 이의 물성을 확인한 결과 기존 ICT용 소재인 PA612 및 화학생산품인 PA510과 유사한 물성을 가지는 것을 확인함.
◦ 카다베린 및 PA510의 상업적 생산을 위한 경제성 평가를 실시하여 연 5천톤 이상의 PA510을 생산시 기존 PA610 대비 가격 경쟁력이 있는 것을 확인함.

□ 기술개발 배경
◦ 미국, 유럽, 일본 등 세계 각국은 화석원료의 고갈 및 가격의 상승에 대비하여 장기적이고 종합적인 대체에너지 및 바이오매스 유래 화학제품 생산(Bio-based)을 위한 정책을 수립하고 바이오화학기술 관련 연구개발 및 상업화 생산을 지원하고 있음.
◦ 바이오화학 산업은 원천기술개발을 통한 세계적인 주도권을 갖기 위한 경쟁이 매우 치열한 단계이며, 기존 화학회사인 다국적기업들이 바이오 소재제품들을 앞 다투어 출시하고 있음. 또한, 기존 복잡한 화학공정을 효소나 미생물을 이용한 친환경 바이오공정으로의 대체를 통해 수율향상과 에너지를 절감하고 있음
◦ 본 개발기술인 “ICT용 바이오 폴리아마이드 510의 생물학적 생산기술”은 ICT 산업과 자동차산업 등 다양한 특수 산업에서 요구하는 바이오 폴리아마이드 510의 단량체인 세바식산과 카다베린을 생물학적으로 생산하고 이로부터 폴리아마이드 510을 중합하는 산업기술임.
◦ 폴리아마이드 제품은 플라스틱의 주요 시장을 차지하는 제품이나 주로 석유화학 원료를 사용하므로 재생 가능한 제품이 될 수 없음. 따라서, 기존 석유화학 원료를 대체할 수 있는 바이오 공정 유래의 단량체 개발이 시급한 실정임.
◦ PA510은 나일론의 주요 시장제품인 PA66에 비해 물성이 좋으며, 지속 가능한 바이오매스 기반 원료와 바이오 공정을 통해 생산 가능한 카다베린과 세베식산을 사용할 수 있으므로 주목받고 있는 제품이며 주요 원료인 카다베린의 경제성 있는 생산 기술 개발에 다국적 화학 기업인 BASF, DSM, Toray등이 나서고 있는 실정임.
◦ PA66의 경우 주 원료인 HMDA등의 공급이 PA66, PA610등의 주요 생산회사인 Rhodia, BASF 등에 독점 생산되고 있어 신규 사업 진입이 쉽지않으나 카다베린 및 세바식산의 생산 기술 개발을 통해 상업적 생산이 가능할 경우 중합기술을 보유하고 있는 국내 주요 화학사인 롯데케미칼(주)등으로의 공급을 통해 PA56, PA510등의 세계 최조의 독자 생산이 가능하며 이를 통해 신규 폴리아마이드 시장 진입이 가능함.

□ 핵심개발 기술의 의의
1. 카다베린 생물학적 생산 기술 개발
◦ 세계 최고 수준의 직접 발효 생산 균주의 개발 및 고효율의 LDC 신규 발굴 및 응용, 조효소인 PLP 무첨가 공정, 재생 가능한 전세포 전환 공정의 개발 및 이의 지적 재산권화를 통해 화학 기반의 HMDA 생산 공정 대비 가격 경쟁력 있는 카다베린의 생산 공정 기술을 확보함.
◦ 기존 카다베린 공정 대비 높은 순도 및 회수 수율의 카다베린 회수 공정 기술 확보를 통해 원가 경쟁력 있는 카다베린의 생산이 가능하며 이를 통해 고품질의 PA510 생산의 원가 경쟁력을 높일 수 있음.
2. 세바식산 생물학적 생산기술 개발
◦ 특허현황 분석 결과, 캔디다 트로피칼리스를 이용한 장쇄 디엑시드 제조 관련 특허는 현재 만료되었음. 또한, 바이오 PA510의 생산기술과 관련하여 필수 요소로 분류될 수 있는 바이오 카데베린 및 세바식산의 생산기술에 있어, 바이오 세바식산의 생물공학적 생산기술은 거의 드문 것으로 조사됨. 즉 IP 장벽도는 매우 낮음 단계에 위치함.
3. 바이오 유래의 폴리아마이드 510 중합 기술 개발
◦ 기존의 주요 생산공정인 공중합 반응과는 차별화 되는 축중합 기술개발을 통해 독자적인 생산 공정 적용이 가능하고 이를 통해 고품질의 PA510 생산 가능하며 기 확보한 컴파운딩 기술의 적용을 통해 ICT, 자동차 부품등의 엔지니어링 플라스틱 및 섬유등의 범용성 플라스틱 등 다양한 응용 제품 개발이 가능해짐.

□ 적용 분야
1. 카다베린
◦ ICT 및 자동차 부품등에 사용 가능한 PA, PU등의 엔지니어링 플라스틱의 모노머
◦ PA56의 개발을 통한 섬유등의 범용 플리스틱 원료
◦ Diamine류 화학 용매
◦ 의약용 API 제품
2. 세바식산
◦ PA510, PA610, PA1010, 내한성 가소제, 에폭시수지경화제, 고온 윤활제, 최상급의 코팅제, 페인팅소재, 화장품 및 향료, 계면활성제
3. PA510
◦ ICT 및 자동차 부품등에 사용 가능한 엔지니어링 플라스틱

(출처 : 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 12
• 목차 ... 18
• 제 1 장 서론 ... 19
• 제 1 절 과제의 개요 ... 19
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 22
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 22
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 22
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 26
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 29
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 29
• 제 3 장 결과 ... 30
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 30
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 30
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 35
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 104
• 제 4 장 사업화 계획 ... 105
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 105
• 제 2 절 사업화 계획 ... 105
• 1. PA510 사업화 계획 ... 105
• 2. PA510 사업화 전략 ... 108
• 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 112
• 끝페이지 ... 113