초록 ▼

□ 연구개요
본 연구의 수행 목표는 바이오가스를 기반으로 하여 기존의 메탄 발효 공정의 한계(미생물의 발효 속도가 느리고 수율이 낮음)를 극복한 혁신적인 바이오가스 자원화 기술 플랫폼의 개발이다. 환경 시료로부터 메탄을 주 에너지원으로 사용하는 메탄산화균을 확보하여 생분해성 바이오플라스틱의 소재인 PHA(Polyhydroxyalkanoate)를 생산하는 것이 주요 연구 내용이다. PHA는 강이나 바다와 같은 수계 환경에서 자연 분해가 가능한 생분해성 바이오플라스틱의 일종으로, 미생물 체내에서 합성된다. 본 연구에서는 자원순환을

□ 연구개요
본 연구의 수행 목표는 바이오가스를 기반으로 하여 기존의 메탄 발효 공정의 한계(미생물의 발효 속도가 느리고 수율이 낮음)를 극복한 혁신적인 바이오가스 자원화 기술 플랫폼의 개발이다. 환경 시료로부터 메탄을 주 에너지원으로 사용하는 메탄산화균을 확보하여 생분해성 바이오플라스틱의 소재인 PHA(Polyhydroxyalkanoate)를 생산하는 것이 주요 연구 내용이다. PHA는 강이나 바다와 같은 수계 환경에서 자연 분해가 가능한 생분해성 바이오플라스틱의 일종으로, 미생물 체내에서 합성된다. 본 연구에서는 자원순환을 고려하여 바이오가스를 활용해 고부가가치 산물인 PHA를 효율적으로 생산할 수 있는 기술을 개발하고자 한다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구는 1) 바이오가스 활용 미생물 군집 확보 및 최적 미생물 분리, 2) 혐기성 소화 산물 구성의 최적화, 3) 바이오가스 기반 바이오폴리머 생산으로 이루어진다. 하수처리장 활성슬러지로부터 메탄을 탄소원 및 에너지원으로 사용하는 메탄산화균을 확보하였다. 질소원이 다른 두 종류의 배지인 NMS(Nitrate Mineral Salts)와 AMS(Ammonium Mineral Salts) 배지를 통해 Type I과 Type II 메탄산화균을 분리하였으며, Metagenome sequencing을 통한 미생물 군집 분석을 통해 PHA를 생산할 수 있는 Methylocystis 속의 메탄산화균을 확보하였다. 확보한 미생물 자원을 바탕으로 메탄가스, 바이오가스, 도시천연가스(LNG)를 공급하여 PHA 생산 실험을 수행하였다. 바이오가스의 구성 성분인 황화수소 가스(H2S) 및 실록산 등이 미생물 성장 및 PHA 생산에 부정적인 영향을 미칠 것으로 예상하였으나, 대조군과 비교 결과 차이를 보이지 않았다. 이에 따라 바이오가스와 유사하게 메탄가스가 구성 성분의 90% 이상을 차지하면서 국내에서 쉽게 조달 가능한 LNG(Liquefied Natural Gas)를 활용해 PHA 생산 실험을 수행하였다. 실험 수행 결과, 순수 메탄가스를 공급하였을 때보다 CDW 대비 약 8% 낮은 PHA가 미생물 세포 내에서 합성된 것으로 분석되었다. 비록 대조군에 비해 낮은 함량의 PHA가 생산되었으나, 본 연구를 통해 LNG를 활용한 PHA의 생산 가능성을 시사하였다. 또한, GC(Gas Chromatography)를 통해 세포 내 PHA 함량을 정량적으로 분석할 수 있는 방법을 최적화하였다. GC 분석법은 전처리 과정이 복잡하고 장비 사용이 까다로워 최적화에 오랜 시간이 소요되었으나, 본 연구 수행을 통해 최적화에 성공하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
국내 바이오플라스틱 산업은 아직 완성된 소재의 가공 산업이 주를 이루고 있으며, 생분해성 바이오플라스틱의 원료 소재 개발은 연구 초기 단계에 머물러 있다. 특히 국내에서는 PLA(Polylactic acid) 관련 시장이 발달하고 있으나, PLA는 강이나 바다와 같은 수계 환경에서 자연적으로 분해되지 않아 PHA가 차세대 생분해성 바이오플라스틱으로 주목받고 있다. 본 연구를 통해 국내 자생 미생물을 통해 생분해성 바이오플라스틱의 원료를 직접 생산할 수 있는 기술력을 확보하는데 토대를 마련할 수 있다. 또한, 추가적인 후속 연구를 통해 다양한 환경 시료로부터 유용한 미생물 자원을 확보하고 PHA 생산 수율을 극대화 시키는 연구를 지속할 수 있다. 더 나아가 폐기물 자원화 분야의 산업활동을 활성화하고 관련 연구 및 개발 인력을 양성하는 동시에 산업계 및 연구계의 일자리를 창출하는 효과를 얻을 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목적 ... 4
• 2) 연구의 필요성 ... 4
• 3) 가설 및 최종목표 ... 5
• 4) 연구범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 환경 시료로부터 메탄산화균(Methanotrophs) 배양 ... 6
• 2) 메탄산화균으로부터 PHA 생산 및 분석 ... 8
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 19