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서하 명
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1 KSBB Journal : 109~115 미세조류해양바이오매스를이용한바이오디젤생산기술 조병훈 1 차형준 1,2 * 1 포항공과대학교시스템생명공학부, 2 화학공학과 Biodiesel Production using Microalgal Marine Biomass Jo, Byung Hoon 1 and Cha, Hyung Joon 1,2 * 1 School of Interdisciplinary Bioscience and Bioengineering, Pohang University of Science and Technology, Pohang , Korea 2 Department of Chemical Engineering, Pohang University of Science and Technology, Pohang , Korea Abstract The demand of biodiesel that is a renewable, alternative fuel for fossil-based petrodiesel seems to keep increasing. Exploiting lipids of microalgae as a raw material for biodiesel is already technically feasible. To realize economical production of microalgal biodiesel, several factors or strategies should be addressed and improved. Especially, researches on improvement of lipid synthesis by genetic or metabolic engineering are now in early stage, and prospects of this field are bright, requiring concerns and interests of many researchers to put practical use of microalgal biodiesel forward. Keywords: biodiesel, microalgae, marine biomass 서론 1) 화석연료기반의산업이현재큰위기를맞고있다. 이는화석연료는결국고갈된다는사실과이에따른공급불안정그리고대기중이산화탄소농도증가등의문제에기인한다. 그러므로탄소중립적 (carbon neutral) 이고, 재생가능한대체에너지가필요하며이는환경적, 경제적으로지속가능한대안이어야한다. 신재생에너지중바이오디젤 (biodiesel) 은운송연료로서커다란주목을받고있다. 그러나일반적으로유지식물로부터생산이되는바이오디젤로는현재운송연료의극히일부만을대체하고있으며, 세계적인운송연료의수요를충족시키기위해서다양한장점을가지고있는해양바이오매스 (marine biomass) 인미세조류 (microalgae) 를바이오디젤의원료로서사용하는것이최근에대안으로많은사람들이관심을가지고있다. 하지만, 이를실용화하기위해서는생산성을높이기위한노력이더욱필요하며, 아직더많은집중된연구가요구된다. *Corresponding author Tel: , Fax: hjcha@postech.ac.kr 바이오디젤 화석연료기반의산업이석유파동등의위기로흔들리고, 전지구적대기중이산화탄소농도의증가와같은심각한환경문제의대두로경제활동의기반이되는화석연료를대체하는신재생대체에너지를개발하려는노력이세계적으로일어나게되었다. 19 세기후반에디젤엔진을개발한루돌프디젤에의해식물유지를디젤엔진의연료로사용하려는시도가있었고성공했지만, 이러한시도는널리이용되지못하였으며석유의등장과함께효용을상실했다. 그뒤석유산업기반의문제인고유가및지구온난화등환경문제가대두되며 1980 년대유럽등지에서식물성유지를사용하려는노력이다시일어나게되었으나이러한가공하지않은식물성유지는그간개선되어온디젤엔진에바로사용이불가능하다는커다란문제점에부닥치게되었다 년대초식물성유지를에스테르반응으로만든바이오디젤이출현하고, 이로써대체에너지로서의바이오디젤에대한연구가가속화되었다. 바이오디젤은대체에너지로서다음과같은많은장점들을지닌다 [1-3]. a) 기본적으로화석연료가아니고, 에너지의근원은태양에너지이므로고갈문제가없고, 폐식용유등의폐자원도활용

110 이가능하다 [4]. b) 바이오디젤은탄소함유연료이지만연소시발생되는 CO 2 는식물또는조류의광합성작용으로회수되므로재생가능하며탄소중립적이다. c) THC, SOx, PM 등의공해물질배출이적다. d) 현재사용하는자동차의엔진개조가거의불필요하고기존의연료인프라를활용할수있다. e) 자연분해도가높아서환경에유출되어도오염이적다.

이러한 transesterification 이라는바이오디젤생산방법에서는원료기름인 triglycerides 가 methanol 등의알코올과반응하여바이오디젤로쓰이는 fatty acid methylester 와부산물인 glycerol 이만들어진다.

2 110 이가능하다 [4]. b) 바이오디젤은탄소함유연료이지만연소시발생되는 CO 2 는식물또는조류의광합성작용으로회수되므로재생가능하며탄소중립적이다. c) THC, SOx, PM 등의공해물질배출이적다. d) 현재사용하는자동차의엔진개조가거의불필요하고기존의연료인프라를활용할수있다. e) 자연분해도가높아서환경에유출되어도오염이적다. 바이오디젤은식물성유지, 동물성지방, 폐식용유또는미세조류등을원료로하여산, 염기촉매하에서메탄올과같은값싼알코올과반응시켜생성되는알킬에스테르이다 (Fig. 1). 원유로부터나오는석유디젤과비슷한성질을지니고있으므로, 현존하는디젤엔진등에바로적용하여실용화가가능하다는커다란장점을가진다 [1-3]. Fig. 1. Transesterification 반응. 이러한 transesterification 이라는바이오디젤생산방법에서는원료기름인 triglycerides 가 methanol 등의알코올과반응하여바이오디젤로쓰이는 fatty acid methylester 와부산물인 glycerol 이만들어진다. 1 몰의 triglyceride 를반응시켜서 1 몰의 glycerol 와 3 몰의 methyl esters 를만들기위해서는이론상 3 몰의알코올이필요하지만, 충분한양의알코올이있어야반응이잘일어날수있다. 그러나과도한양의알코올은오히려바이오디젤의정제과정을어렵게만들기도한다. 일반적으로는 6:1 비율로알코올을반응시킨다 [2]. Transesterification 은산, 염기촉매또는 lipase 효소에의해촉진된다. 염기를사용하는반응이산을사용한반응보다훨씬빠르므로 NaOH 나 KOH 같은염기들이상업적인촉매로사용된다. Lipase 생촉매를사용하면높은수율이나부산물인 glycerol 과의분리가쉽다는점등이점이있지만, 효소가비싸다는문제점을가지고있다 [5]. 기후변화에관한정부간협의체 (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC) 에서는바이오디젤의대표적원료로쓰이는식물체가성장할때의이산화탄소흡수총량과식물성유지에대한이산화탄소전환량, 유지추출시쓰이지않는식물의줄기등폐기물의부패량, 바이오디젤생산시설에서필연적으로발생되는이산화탄소양등을고려하여, 바이오디젤 1 kg 당약 2.2 kg 의이산화탄소를보존할수있다고평가했다. 이는곧바이오디젤로이산화탄소배출권을획득할수있음을의미한다. 바이오디젤은이미산업적으로생산되고있으며전공정이잘확립되어있다 [2]. 다양한원료에대한연구와바이오디젤로의전환공정에서의촉매등에대한연구가기술연구의주를이루고있다. 그러나현재바이오디젤연구에서 가장커다란과제는바이오디젤생산비용의 50~85% 이상을차지하고있는원료비를절감하는것이다 [6]. 원료의대부분을차지하는작물로부터의바이오디젤은현재전체수송연료의 0.3% 만을공급하고있으며 [7] 이들작물은식용으로서도이용되므로식용작물로부터바이오디젤의생산량을증가시키려할경우에는심각한식량고갈의문제를야기할수있으므로비식용원료를활용하려는기술개발연구가진행되고있다. 미세조류를이용한바이오디젤 미세조류는태양에너지로부터광합성을하여이산화탄소를고정하는해양생명체로서고정된이산화탄소로부터바이오연료, 음식물등의다양한유용물질을만들어낼수있다 [8] (Fig. 2). 미세조류의지질로부터바이오디젤을만드는것은새로운아이디어는아니지만최근들어석유가격의상승과지구온난화등의문제때문에많은연구들이시작되고있다. 그러나, 현재바이오디젤은대부분식물성유지또는동물성지방으로부터생산되고있으며, 미세조류를이용한생산은아직실험실수준으로만이루어지고있다. 바이오디젤생산기술공정은이미잘확립되어있으며미세조류로부터의바이오디젤생산도미세조류의지질이추출되면그후의공정은여타원료를사용할때와크게다르지않으므로, 미세조류를통한바이오디젤연구는미세조류의배양과그효율을늘리기위한연구에일반적으로초점이맞춰져있다. Fig. 2. 광합성에의한미세조류로부터의유용물질의합성. 현재실용화되어쓰이는바이오디젤원료의대부분은 triacylglycerol (TAG) 로이루어져있는식물성유지가차지한다 [7]. 하지만앞에서언급했듯이이러한식물성유지로부터의바이오디젤은전체수송연료의극히일부만을충당하고있다. 환경적인측면을고려하자면, 바이오디젤은그수요가늘어날것이고실제로도현재꾸준한증가추세에있다. 하지만현재의생산시스템으로는이러한잠재적수요에대처할수없는데, 이것은식물성유지, 또는동물성유지등으로는바이오디젤생산량에한계를보일수밖에없기때문이다. 예를들어서현재미국의수송연료의

3 KSBB Journal 111 반을바이오디젤로대체하려고만한다면유지식물의경작을위해서엄청나게큰경작지가요구될것이다 [9]. 다양한바이오디젤원료의생산성을비교하는 Table 1 에서볼수있듯이, 미세조류는다른유지작물과달리광대한부지를필요로하지는않으며, 석유유래의디젤을완전히대체할수있는가능성을지닌바이오디젤원료로인식되고있다. 다른유지작물과는달리, 미세조류는빠르게성장하고많은종 (species) 들이지질함량에있어서뛰어난특성을보인다. 가장널리연구되는대장균과같은미생물들보다는성장속도가느리지만, 식물에비교하면매우빠른속도로증식한다. 미세조류의지질함량은건조질량기준으로 80% 를넘어서기도한다 [10]. 또한 30-60% 정도의지질함량을갖는종들도많이보고되고있다 (Table 2). Table 1. 바이오디젤생산을위한다양한바이오매스의생산효율비교 Source Biodiesel (L/ha/year) Ref. Corn Cotton Soybean Mustard seed Sunflower Rapeseed Jatropha Coconut Oil palm Microalgae ~ ~1,070 1, ~1,892 2,689 5,366~5,950 ~136,900* * 바이오매스중지질함유량 70% 일경우. Table 2. 다양한미세조류의지질함량비교 (8,9) (8,9) (8,9) Species Oil content (% dry weight) Ref. Scenedesmus obliquus Scenedesmus dimorphus Chlorella vulgaris Chlorella emersonii Chlorella protothecoides Chlorella sorokiana Chlorella minutissima Dunaliella bioculata Dunaliella salina Neochloris oleoabundans Nitzschia sp. Isochrysis sp. Botryococcus braunii Crypthecodinium cohnii Cylindrotheca sp. Nannochloris sp. Nannochloropsis sp. Schizochytrium sp / / / / (32) (9,32) (9,32) (9,32) 가장중요한점은미세조류는식용으로쓰이지않기때문에다른유지식물의경우처럼식용작물의경작지사용과배치되지않는다. 또한미세조류는다양한종류의지질, 단 백질, 탄수화물, 저분자물질등을만들어내므로 [11], 지질을추출하고남아있는바이오매스중유용한물질을추가적으로얻어낼수있는가능성이있다. 정리하면, 바이오디젤의원료로서미세조류는식물과비교했을때상대적으로높은광전환효율을가지고거의연중내내생산이가능하여지속적인원료로서공급이가능하다. 또한농작물과달리폐수와염의사용이가능해서상수의사용을크게절감할수있다는추가적인이점도지닌다 [8,9,12,13]. 미세조류배양과광생물반응기 미세조류는광합성을통해성장하며, 이것은미세조류를통한바이오에너지의생산에있어서가장큰장점중의하나이다. 광합성을통한생장에는기본적으로에너지원으로서빛에너지, 탄소원으로서이산화탄소, 물, 그리고기타무기영양소등이필요하며배양온도는보통섭씨 20 도에서 30 도사이에서유지되어야한다. 배양액에는미세조류를구성하는데필요한질소나인등의무기영양소가들어가게된다. 미세조류는광합성미생물이므로따로에너지원과탄소원을공급해줄필요는없으나원활한성장을위해추가해주기도한다. 미세조류의배양은간단해보이지만, 실제로지질생산을위한배양조건최적화는온도, 배양액구성, 염도, 이산화탄소, ph 등의많은변수들에의해결정된다 [8]. 미세조류는낮은농도의이산화탄소를탄산으로바꾸어농축시키는 Carbon Concentrating Mechanism (CCM) 을가지고있으므로대기중의이산화탄소농도에서도성장할수있지만 [14], 광생물반응기 (photobioreactor) 를사용할경우처럼충분한이산화탄소의전달이대기농도로는불가능할경우, 충분한혼합이어려운경우또는더욱향상된생산성이필요한경우이산화탄소를따로공급해주기도한다. 화석연료를태움으로써작동하는발전소또는제철소등으로부터방출되는이산화탄소를사용하여미세조류를생산하고이를통해바이오디젤을만드는제안은이미 1990 년대부터나왔으며 [15], 이경우에는이산화탄소를이용하는데있어서비용은거의들지않으나 [16], 과도한이산화탄소농도 (~15% v/v) 에의해야기되는성장저해의해결과기타혼합물제거가관건이된다. 미세조류대량배양에있어서실제적으로이용될수있는시스템은크게분류하여개방형 (open) raceway pond 와밀폐형 (closed) 광생물반응기이다 [8,9,12]. Raceway pond 는 open pond 의다양한형태중가장널리쓰이는형태로서약 0.1~0.3 m 정도의깊이를가진수로로이뤄져있다. 작동하고구축하고유지, 보수하는것이쉽고비용이적게들기때문에널리쓰이고있으며실제로이미수십년전부터연구되어오고있는형태이다. 그러나, raceway pond 는개방되어있다는특성에기인하는두가지단점을지닌다. a) 물이증발하여점차줄어들게되고이산화탄소도비효율적으로사용할수밖에없다. b) 배양액이잘섞이기어렵기때문에바이오매스농도는낮게유지될수밖에없으며다른

4 112 종류의미세조류나미생물에의한오염이일어날수있어생산성이낮아질수있는가능성이항시존재한다. 지질을많이만들어내는미세조류는보통다른미세조류에비해느린성장을하게된다. 일반적으로배양액은원하는한종류의미세조류만자라는경우는거의없게되며, 다양한변수에따라두가지에서여섯종류이상의미세조류가동시에경쟁하는것으로알려져있다 [8]. 극한환경에서사는고온성미생물을사용하거나유전공학적으로만들고, 배양환경을맞춰주면이들이우점종이되어오염문제를해결할수있지만생산성측면에서는큰이점이없는것으로보고되고있다 [8,17]. Raceway pond 와는다르게광생물반응기는밀폐형이기때문에오염의문제가거의없고온도조절이가능하며배양액의영양분을효율적으로사용할수있다는장점을가진다. 그러나, 개방형배양시스템에비해구축비용이크다는단점이있어이는생리활성물질과같은고부가가치물질의경우와는달리생산단가가매우중요한바이오디젤과같은연료물질생산에있어서는커다란문제가된다 [17]. 다양한형태로반응기가개발되었지만일반적으로관형광생물반응기가미세조류배양에널리사용된다 [9,12,13]. 빛을분산시켜광저해가일어나지않는수준에서최대한효율적으로광에너지를사용하기위해관 (tube) 들은일렬로나열된형태를가진다. 중요한것은주어진여타제한조건내에서반응기의부피대비표면적의비율을될수있으면크게하는것이다 [8]. 관은보통직경 0.1 m 또는그이하이며, 이것은태양빛이미세조류배양액을투과할수있는한계에의해결정된다. 배양액의적절한혼합은높은생산성을위해필수적인요소이며세포들이가라앉지않는효과를가져옴과동시에이산화탄소와같은영양분이잘섞이도록도와준다. Open ponds 에서는광합성에의해생성된산소가공기중으로자연스럽게빠져나가지만, 생물반응기에서는배양액속에녹아서 degassing column 에들어가기전까지는빠져나오지못한다. 배양액속산소농도가높아진다면이것은광합성작용을저해할뿐더러빛에너지와반응하여 reactive oxygen species (ROS) 를형성하여세포에손상을입힐수있다. 관의최대길이는이러한산소농도에의해제한을받게되고 degassing zone 에서산소제거가일어나도록설계된다. 광생물반응기와 open raceway ponds 는시설과운용형태만큼이나생산성에있어서큰차이를보인다. 앞서언급한광생물반응기의장점덕에이것은같은면적대비 raceway 보다더많은지질을, 곧생산성을제공한다 (Table 3). 설비에드는비용문제를제외하고는모든면에서광생물반응기가우수하다는것은익히알려져있는사실이다. 실제로광생물반응기의높은설치비용마저도 open ponds 에비해훨씬더나은생산성에의해상쇄되고도남게된다 [8]. 앞서언급한대로미세조류가고농도로자라기시작하면상대적으로관의중심쪽에자리잡은세포들은빛을덜받게된다. 이러한 dark zone 의세포들은혼합을통해 light zone 의 세포들과잘섞여서빠른순환이이뤄지게해야하며펌프를통한 turbulent flow 로어느정도해결이가능하다. 빛이포화된환경에서의빠른 light-dark cycling 은세포의광합성기구들이 excited state 로부터완전히회복될때까지의짧은 dark period 를제공하므로그러한면에서도유용하다 [18]. Table 3. 광생물반응기와 raceway pond 의비교 Annual biomass production (kg) Annual CO 2 comsuption Volumetric productivity (kg m -3 d -1 ) Area needed (m 2 ) Oil yield (70% wt oil) (m 3 ha -1 ) Photobioreactor 100, , Raceway pond 100, , Open ponds 와광생물반응기의장점만을혼합한 hybrid 형식의배양법이이미잘알려져있다 [8,17]. 이것은 open ponds 의값싼시설과운용비, 광생물반응기의높은생산성과오염의염려가거의없다는점을십분활용한다. 높은지질함량은질소나실리콘같은영양분이부족한스트레스환경에서얻을수있는데, 이러한환경은세포성장에는좋지않다. 따라서먼저높은지질함량을가질수있는미세조류종으로영양분이충분한배양액을접종하여생물반응기에서고농도로배양한다. 이렇게성장한대량의미세조류는이제 open ponds 로들어가서영양분이부족한배지에서의지질합성에투입된다. Open ponds 라할지라도성장에필수적인영양분이부족하므로다른미생물종에의한오염문제가크게해결될수있다. 유전공학적미세조류개량 유전공학적으로미세조류를개량하는것은바이오디젤생산뿐만아니라, 미세조류를이용한다른에너지연료의생산 (e.g. 바이오수소 ) 등에있어서도매우중요한방법이다. 자연적균주는우리가원하는목표에대한효율에한계가있으므로이를개량하여목적산물의생산량을증대할필요가있다. 여기에서는미세조류바이오매스에서지질의함량을늘리려는시도에대해서만간단히정리한다. 유전공학을이용하여미세조류의지질함량을증가시키려는연구는아직초기단계이며 Acetyl CoA Carboxylase (ACCase) 와 Phosphoenolpyruvate Carboxylase (PEPC) 의조작이주를이룬다 [19]. PEPC 는 lipid 합성에있어서는방해요소이므로 antisense 발현등의방법으로이의활성을줄여서오일함량을늘리는시도가있어왔다. ACCase 연구의시초는미국 National Renewable Energy Laboratory (NREL) 에서수행한 Aquatic Species Program (ASP) 이다 [20]. 약 3,000 종의미세조류를미대륙북서지역과동남지역및하와이연안에서수집하여연구하였으며, 여기에서많은양의지질을축적하는여러미세조류가발견되었다. 이러한미세조류의지질의축적은질소등의필요한영양분이고갈

5 KSBB Journal 113 되었을때에더욱잘일어나게되는데, 이경우미세조류의성장이더뎌지므로전체적인지질의생산량은크게차이나지않는다. 따라서균체성장을저해하지않는동시에지질을더욱축적하도록하기위한유전공학적방법으로서 ACCase 의활성을증대시키려는시도를하였다. Eukaryotic algae 인 diatom Cyclotella cryptic 배양시 silicon deficient 환경에서 lipid 성분이축적되는것과이때에 ACCase 의활성이 4 배까지증가하는연구를통해조류에서 ACCase 가 lipid 축적과정에관여한다는것으로밝혀졌다 [21,22]. 하지만이러한조류에서의 lipid 합성경로나, 그조절등에관한연구가충분히이뤄져있지않기때문에이러한단순한조작만으로는실제미세조류에서지질생산을크게향상시키지는못하였다 [19,23]. ACCase 는 4 개의 subunit 으로이뤄져있고두개의서로다른반응을촉진한다. Biotin 은항상 Biotin Carboxyl Carrier Protein (BCCP) 에붙어서반응이진행되며모든과정은비가역적인것으로알려져있다 [24]. 여기에서생성된 malonyl-coa 는여러단계의효소반응을거쳐결국 lipid 로전환되게된다 [23]. 이많은단계에서 ACCase 가작용하는단계가바로 lipid 합성에있어서의 rate-limiting step 인것으로추측되고있다 [19,21-23]. 대장균에서도유사한연구가이뤄졌는데, 자체 ACCase 를과발현하여 lipid 생성을살펴본결과, lipid 합성속도가 6 배가량증가했다는보고가있다 [24]. 따라서 ACCase 는미세조류에서여전히 lipid 합성에있어중요한요소의하나이며, 이것은 lipid 축적을늘리려는연구에있어서기본적인대상이되어야할것이다. 이밖에 Stanford 대학의 Chaitan Khosla 연구실에서는 ACCase 외에도, free fatty acid 의분해에관여하는 fadd 라는효소의활성을막는시도를병행하여 lipid 합성을향상시키는연구를시도했으며 [25], 실제적으로 lipid 합성에있어서유전공학적조절이가능한부분은효소뿐만아니라조절인자들까지포함하여더욱많으므로 [26], 앞으로이분야의성과가미세조류바이오디젤실용화의주축으로서작용할것으로주목된다. 미세조류바이오디젤의품질과경제성 다양한형태의바이오디젤원료는그구성성분등에서차이를보이기때문에실제연료로활용하기위해서는각원료의구성과특성을연구할필요가있다 [6]. 미세조류를원료로한바이오디젤은현존하는기준에부합되어야한다. 이러한기준은바이오디젤의상업화에연료품질의보장을위해필요하며대표적으로미국에서는 ASTM D6751, 유럽연합에서는 Standard EN 으로나뉘어져있다. 이러한표준은연료의발화점, 밀도, 점성, 세탄가, 황함유, 산화안정성등의여러가지성질에대한한계점을제시한다 [27]. 미세조류의지질은특히산화안정성에있어특별한고려가필요한데, 이는미세조류지질이다중불포화지방산을많이함유하고있기때문이다 [23]. 지질이산화되면 성질이변하여바이오디젤로서적합하지못하게된다. 하지만적절한화학적방법으로이중결합을쉽게환원시킬수있으며 (e.g. hydrogenation) 애초에바이오디젤에적합한성분을많이생산하도록유전공학적인접근을하려는시도도이뤄지고있다. Yusuf Chisti (2007) 에따르면몇가지가정하에광생물반응기를통해배양한미세조류로부터지질을추출하는데에 $2.80/L-oil 정도의비용이든다 [9]. Palm oil 을바이오디젤로전환하는과정이미세조류로부터의지질에도똑같이적용된다면최종적으로미세조류지질로부터바이오디젤을생산하는데에는 $2.94/L-diesel 의비용이소요될것이다. 세금과분배비용을제한석유디젤의가격은 $0.49/Ldiesel 정도이므로미세조류바이오디젤이가격경쟁력을가지려면그생산비용이 1/6 수준으로절감되어야한다. 이러한추정에는이산화탄소공급비용이들지않는다는가정, biomass 중약 1/3 이지질이라는가정등이들어포함되므로, 실제로는생산비용이추가될수밖에없다. 위의계산을살펴봤을때미세조류바이오디젤이실용화되려면생산비용을 50% 로절감하는, 즉효율을 100% 향상시키는혁신적인기술적발전을적어도두번이상거쳐야하며따라서실용화가단기간내이뤄지기는어렵다고전망할수있다. 하지만미세조류바이오디젤연구는아직초기단계이고특히, 미세조류자체의광효율을높이고지질함량을늘리는유전공학적연구에의한생산효율향상의가능성은충분하다. 또한 biorefinery 와같은다양한분야를조합, 접목시키는방안으로그효율은더욱향상될수있다. Biorefinery 개념 석유산업의 refinery 와비슷한개념으로서 biorefinery 는 biomass 의모든요소를유용한물질생산을위해사용한다 [9,28-30] (Fig. 3). 미세조류로부터얻을수있는다양한물질이나연료를개별시설에서얻어온것이지금까지의현실이었고, 따라서한가지물질을생산할때마다미세조류배양에비용이쓰일수밖에없었다. 지질이외에도미세조류는많은단백질과탄수화물또는다른유용한영양소를지니고있으며, 바이오디젤생산후남은 biomass 는 animal feed 로사용될수도있다. 혐기성조건에서 methane 가스를만드는데쓰일수도있으며 [28,31] 이러한가스는여분의에너지를공급하여, 바이오디젤생산시설을움직이는에너지를공급하는데에쓰일수있다. 이것은진정한의미의탄소중립적연료사용이가능하다는것을의미한다. 최근에는미래의청정에너지로각광받고있는바이오수소의생산과융합하여 biomass 의활용을극대화하려는개념이제안되고있다 [30]. 이러한유용한에너지연료와고부가가치의약품같은유용물질을동시에생산하는데에는유전공학적인맞춤형균주개량이필수적인선행연구가될것이다. 앞으로는최적화된균주의선택과개량

114 등을통해다양한조합의통합적인 biomass 의활용방안이각광을받을것임에틀림없다. Fig. 3. 가능한 biorefinery 구상도. 요약 바이오디젤은석유기반의액체연료를대체할수있는재생가능한대체에너지로서, 특히수송연료에있어경유를대신하여일부사용되어있고수요는계속증가할것으로보인다.

6 114 등을통해다양한조합의통합적인 biomass 의활용방안이각광을받을것임에틀림없다. Fig. 3. 가능한 biorefinery 구상도. 요약 바이오디젤은석유기반의액체연료를대체할수있는재생가능한대체에너지로서, 특히수송연료에있어경유를대신하여일부사용되어있고수요는계속증가할것으로보인다. 앞서살펴본바대로, 미세조류의지질을바이오디젤의원료로사용하는방안은기술적으로는이미실현가능하다. 모든생산과정을최적화시키고 biorefinery 개념을도입하여경제성을최대한끌어올리며, 광생물반응기를좀더개선시켜효율을높임과동시에수요증가에의해가격이낮아지게되면미세조류를이용한바이오디젤생산의경제적문제를해결할수있을것이다. 특히미세조류에서의유전공학적, 대사공학적인지질합성에관한연구는아직도몇가지유전자를조작해보는초기단계에있고이에대한발전가능성은긍정적이므로앞으로많은연구자들이이분야에관심을가진다면미세조류바이오디젤의실용화는한단계앞당겨지리라기대한다. 감사 본논문은국토해양부의해양생명공학사업 ( 해양바이오에너지생산기술개발 ) 과해양에너지전문인력양성사업에의해수행된연구결과이며, 이에감사드립니다. 접수 :2010 년 1 월 5 일, 게재승인 :2010 년 4 월 28 일 REFERENCES 1. Ma, F. and M. A. Hanna (1999) Biodiesel production: a review. Bioresour. Technol. 70: Sharma, Y. C., B. Singh, and S. N. Upadhyay (2008) Advancements in development and characterization of biodiesel: a review. Fuel 87: Sharma, Y. C. and B. Singh (2009) Development of biodiesel: current scenario. Renew. Sustain. Energ. Rev. 13: Zhang, Y., M. A. Dube, D. D. McLean, and M. Kates (2003) Biodiesel production from waste cooking oil: 1. process design and technological assessment. Bioresour. Technol. 89: Ranganathan, S. V., S. L. Narasimhan, and K. Muthukumar (2008) An overview of enzymatic production of biodiesel. Bioresour. Technol. 99: Canakci, M. and H. Sanli (2008) Biodiesel production from various feedstocks and their effects on the fuel properties. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 35: Durrett, T. P., C. Benning, and J. Ohlrogge (2008) Plant triacylglycerols as feedstocks for the production of biofuels. Plant J. 54: Schenk, P. M., S. R. Thomas-Hall, E. Stephens, U. C. Marx, J. H. Mussgnug, C. Posten, O. Kruse, and B. Hankamer (2008) Second generation biofuels: highefficiency microalgae for biodiesel production. Bioenerg. Res. 1: Chisti, Y. (2007) Biodiesel from microalgae. Biotechnol. Adv. 25: Spolaore P., C. Joannis-Cassan, E. Duran, and A. Isambert (2006) Commercial applications of microalgae. J. Biosci. Bioeng. 1: Guschina, I. A. and J. L. Harwood (2006) Lipids and lipid metabolism in eukaryotic algae. Prog. Lipid Res. 45: Chisti, Y. (2007) Biodiesel from microalgae beats bioethanol. Trends Biotechnol. 26: Qiang L., D. Wei, and L. Dehua (2008) Perspectives of microbial oils for biodiesel production. Appl. Microbiol. Biotechnol. 80: Badger, M. (2003) The roles of carbonic anhydrases in photosynthetic CO 2 concentrating mechanisms. Photosyn. Res. 77: Benemann, J. R. (1993) Utilization of carbon dioxide from fossil fuel-burning power plants with biological systems. Energy Convers. Mgmt. 34: Yun, Y. S., S. B. Lee, J. M. Park, C. I. Lee, and J. W. Yang (1997) Carbon dioxide fixation by algal cultivation using wastewater nutrients. J. Chem. Technol. Biotechnol. 69: Vasudevan, P. T. and M. Briggs (2008) Biodiesel production-current state of the art and challenges. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 35: Molina, E., E. Fernandez, F. G. Acien, and Y. Chisti (2001) Tubular photobioreactor design for algal cultures. J. Biotechnol. 92: Song, D., J. Fu, and D. Shi (2008) Exploitation of oilbearing microalgae for biodiesel. Chin. J. Biotechnol. 24:

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학술원논문집 ( 자연과학편 ) 제 50 집 2 호 (2011) 콩의식품적의의및생산수급과식용콩의자급향상 李弘䄷 * 李英豪李錫河 * * Significance of Soybean as Food and Strategies for Self Suffici

학술원논문집 ( 자연과학편 ) 제 50 집 2 호 (2011) 97-137 콩의식품적의의및생산수급과식용콩의자급향상 李弘䄷 * 李英豪 ** 李錫河 *** * Significance of Soybean as Food and Strategies for Self Sufficiency Improvement Hong Suk Lee*, Yeong-Ho Lee**, and