KAIST(총장 서남표)는 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 GS칼텍스, 바이오퓨얼켐㈜와 공동으로 바이오부탄올의 생산성은 크게 높이고 비용은 획기적으로 절감시킬 수 있는 신공정을 개발했다고 7일 밝혔다.

이상엽 특훈교수는 이번 연구에서 자신이 창시한 시스템대사공학 기법을 바이오부탄올 생산경로에 적용, 생산경로를 직접경로(hot channel)와 간접경로(cold channel)로 나누는 새로운 대사회로 모델을 고안했다.

이 대사회로 모델을 이용해 직접경로를 강화시키기 위한 대사공학을 수행, 이론수율 대비 49%의 생산수율을 나타내던 기존 균주를 87%까지 향상시킨 바이오부탄올 생산균주로 개량하는 데 성공했다.

연구팀은 또 GS칼텍스와 발효·분리공정 개발을 위한 연구를 수행해 흡착물질을 사용한 실시간 바이오부탄올 회수 및 제거 시스템도 개발했다.

발효·분리공정 기술 검증에서 공동연구팀은 포도당 1.8㎏으로 585g의 부탄올을 생산했고, 한시간에 1.3g 이상의 부탄올 생산이 가능함을 확인했다.

이는 발효 공정의 생산성을 3배 이상 향상시키면서 분리·정제 비용은 기존 대비 70%까지 절감시킨 것으로 세계 최고 수준의 농도, 수율, 생산성이다.

친환경 차세대 에너지인 바이오부탄올은 에너지밀도는 리터당 29.2MJ(메가줄)로 바이오에탄올(19.6MJ)보다 48%이상 높아 휘발유(32MJ)와 견줄만하다. 또 폐목재, 볏짚, 잉여 사탕수수, 해조류 등 비식용 바이오매스에서 추출이 가능하기 때문에 식량파동에서도 자유롭다.

하지만 바이오부탄올 생산을 위한 클로스트리듐 균주는 대장균이나 효모와는 달리 유전자 조작이 쉽지 않고, 또 복잡한 대사회로와 이에 대한 정보가 부족해 개발에 어려움을 겪어 왔다.

이상엽 특훈교수는 "미국, 유럽 등 선진국에서 바이오연료로 상용화된 바이오에탄올 생산기술은 이론수율 대비 90%인데, 이번에 개발된 기술은 바이오에탄올의 수율에 육박한다"며 "수율측면에서는 차세대 연료인 바이오부탄올 생산 기술이 바이오에탄올 생산기술에 근접했음을 의미한다"고 이번 연구의 의미를 설명했다.

이번 연구 결과는 미생물분야 국제 학술지인 '엠바이오(mBio)' 9·10월호 대표논문으로 선정됐다.