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  1. 2010.01.06 조류: 미래의 연료인가?
  2. 2009.09.15 미생물을 이용한 지하수 정화작용과 온도
BioEnergy2010.01.06 03:06


곡물이 아닌 조류(algae)에서 생산되는 바이오연료가 최근 각광을 받고 있으며, 몇몇 회사들은 상업규모로써 조류 기반의 바이오연료가 경쟁력을 갖도록 하기 위한 기술적 문제를 거의 극복하였다고 밝히고 있다. 그러나 전문가들은, 화석연료로부터 얻는 에너지에 대해 경쟁력을 갖기 위해서는 극복해야 할 중요한 문제가 남아 있다고 주의를 환기시키고 있다. 

수년 동안, 기업가, 투자자 및 심지어 석유회사조차도 한때 분명하지 않다고 생각했지만, 이제 광합성과 조류를 이용하여 에너지를 생산하는 것에 관심을 기울여 왔다. 다우, 액손모빌, BP, 세브론과 같은 거대산업체들은 최근 조류로부터 재생연료를 개발하는 신생기업에 대규모 투자를 하고 있다. 

조류에는 선택할 수 있는 수 천 종이 있으며, 각 종은 세포 내에 각기 다른 비율의 지방, 단백질 및 탄수화물을 포함하고 있기 때문에, 이런 미생물을 이용한 에너지 활용 가능성에 대해 전문가들은 폭넓게 연구하고 있다. 예를 들어, 조류는 자연상태 그대로의 것일 수도 있고 유전자 조작을 통해 만들어졌을 수도 있다. 기업체들은 원하는 생산물을 조류로부터 얻기 위해, 저렴한 개방된 호수에서부터 정밀하게 통제되는 폐쇄 탱크에 이르기까지 다양한 배양 기술을 선택할 수 있다. 

조류는 햇빛, 이산화탄소 및 물만 있으면 살아갈 수 있다. 이들은 급속하게 증식하며 일년내내 수확하는 것도 가능하다. 기존의 옥수수, 콩, 팜(palm) 등과 같은 바이오연료 공급원료와는 다르게, 조류는 넓은 토지와 담수를 필요로 하지 않는다. 대신 조류는 자투리의 경작하지 않는 땅을 이용할 수 있으며, 폐수나 반염수(brackish water)를 사용할 수도 있다. 

또한 조류는 팜, 콩, 캐놀라와 같은 바이오연료 생산 곡물보다 잠재적인 생산성이 더 좋다. 일부 회사들에 따르면, 비록 대규모 생산을 하는 것은 아니지만 조류로부터 연간 단위면적당 6,000 갤런의 연료를 생산할 수 있다고 한다. 비교해 보자면, 팜은 650 갤런, 캐롤라는 150 갤런, 콩은 50 갤런을 생산할 수 있다. 또 조류는 이산화탄소를 흡수할 수 있기 때문에 발전소, 시멘트 공장 및 다른 산업설비와 연계하여 이산화탄소를 포획하려는 계획도 고려 중이다. 

비록 조류가 대체에너지 분야에서는 상대적으로 늦게 부상한 것이지만, 수 십 년간 에너지원으로써의 조류에 전망에 대해 연구가 진행되어 왔다. 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL)은 조류를 이용한 바이오연료 생산에 대한 연구를 1978년 시작했지만, 1996년 석유가격이 급락하면서 연구가 중단된 바 있다. 연구팀은 다른 조류에 의한 오염과, 실험실 조건을 현장에 적용하는 것에 대한 어려움에 부닥치기도 했다. 

개방된 호수에서 조류를 배양할 때의 한 가지 문제점은 쉽게 오염될 수 있으며 침입종에 의해 잠식당할 수 있다는 것이다. 그래서 일부 회사들은 폐쇄공간에서 빛, 이산화탄소 및 물을 조절하면서 조류를 배양하는 방법을 선택하였다. 그러나 광생물반응기(photobioreactor)가 불리는 폐쇄 배양 시스템은 경쟁력을 갖기에는 비용이 너무 높다는 약점이 있다. 생산원가뿐만 아니라 에너지밸런스와 폐쇄시스템 건설도 중요한 고려 사항이다. 

또 다른 문제점은 수 만 종의 가용한 조류 중에서 어떤 종을 선택하느냐는 것이다. 18년 간의 NREL 프로그램이 진행되는 동안, 연구팀은 300 종의 유망한 후보 종을 선택하기 위해 3,000 종 이상을 조사하였다. 일부 종은 자기 중량의 50wt% 이상을 생산할 수 있는 반면, 다른 종은 그렇게 생산성이 좋지 못하다. 

일부 회사에서는 원하는 물질을 얻기 위해 특정 조류 종에 유전자 조작을 가하는 실험을 하고 있다. 그러나 대부분의 회사에서는 조류로부터 오일을 수확하는 것에 집중하고 있는 반면, 바이오연료 신생기업인 Algenol Biofuels 사는 에탄올에 사활을 걸고 있다. 많은 조류가 에탄올을 생산할 수 있지만, 산업적으로 충분한 양은 아니다. 세포를 터트려 오일을 추출하는 통상적인 방법 대신에 Algenol사는 자연적인 확산 과정을 통해 세포 외부터 에탄올을 배출할 수 있는 몇 개 종을 선택하였다. 

조류의 많은 가치 중 하나는 불필요한 이산화탄소를 활용하는 것과 깨끗한 담수가 아니더라도 생존할 수 있다는 점이다. 조류는 반염수나 잡배수(gray water)를 이용할 수 있기 때문에, 귀중한 수자원을 위해 곡물과 경쟁하지 않아도 된다. Solix Biofuel사는 콜라라도 남서부 지역에 건설한 데모 공장(demonstration plant)을 가동하기 시작하였으며, 이곳에서는 메탄생산공장으로부터 끌어올린 이산화탄소와 물을 이용해 조류 배양에 사용하고 있다. 이 공장에서는 현재 1,500 gal/ac/yr의 속도로 오일을 생산하고 있으며, 목표는 4,000 ? 5,000 gal/ac/yr이다. 

지난 7월 액손모빌 사는, 바이오기술 회사인 Synthetic Genomics 사와 함께 조류 기반의 바이오연료 연구분야에 6억 달러를 투자하고 있다고 발표한 바 있다. 2008년 Solazyme사는 바이오연료 개발을 위해 세브론과 파트너쉽을 강화하였으며, Algenol사는 최근 다우화학과의 공조를 공표하였다. 2009년 8월, BP는 조류로부터의 영양보조제 개발에 특화된 Martek Biosciences사에 천억 달러 이상을 투자하고 있다고 발표하였다.


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조류: 미래의 연료인가?  (0) 2010.01.06
Posted by Kozmoj
Microbiology2009.09.15 13:09

지하 토양의 온도는 일반적으로 저온일 것이라는 생각이 있었는데,
꼭 그렇지 만은 않은가 보다.

호주 연방과학원(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation, CSIRO)의
Dr. Colin Johnston 의 발표에 따르면,
미생물에 의해 오염 물질이 분해되고 있는 토양 (오염된 토양) 의 온도는
일반적인 미생물이 생육하기 어려울 정도의 높은 온도를 보인다고 한다.
지하 3.5미터 지점에서 온도는 47 °C까지 상승한다고 Johnston은 밝혔다.
(기사 참고: http://radar.ndsl.kr/tre_View.do)

지금까지 가지고 있던 일반적인 토양 내 온도에 대한 이미지는 그리 높지 않은 온도이다.
어렸을 적 김치독을 땅에 뭍을 때 어른들에게 들었던
'땅 속 온도는 10도 전후라서 김치가 잘 보존된다' 라는 말 때문인 듯 하다.

실지로 기상청에서 발표한 서울과 부산의 지하 1m 땅속 온도는 15도 안팎이다.


< 그림 출처: http://news.nate.com/view/20070604n14379 >

일반적인 토양과 달리 오염된 토양은,
그리고, 그 오염물질이 미생물에 의해 분해가 이루어지는 토양은 온도가 많이 높아지는 모양이다.
마치 퇴비가 발효됨에 따라 온도가 높아지 듯 말이다.

CSIRO 의 Colin Johnston 박사는
지하 토양의 온도가 높아지면 그 곳에서 오염물질을 분해하는 미생물들이 살기 어렵게 되고,
오염물질의 확산도 빨라지기 때문에 효율적인 오염 물질의 분해를 위해서는 이를 해결할 필요가 있다고 한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 그는 공기를 지하에 불어 넣어 온도를 낮춘다 라는 해결책을 제안하였는데,
이른 biosparging 이라 하였다.
Biosparging은 오염된 지하수에 공기를 주입하여 오염물질의 분해를 촉진시키고자 하는 기술이다.


< 그림 출처: http://www.scienceimage.csiro.au/mediarelease/mr09-161.html >

토양의 온도를 낮추는 것도 좋은 아이디어이지만,
적당한 고온에서 생육 가능한 고온성 미생물을 넣어 주어 지하수 정화 작용에 이용하는 것이
비용면이나 노력면에서 이익이 되지 않을까 하는 단순한 생각을 해 보았다.

그런데 멀쩡한 토양의 온도가 왜 올라간다는 말이지??
퇴비 처럼 발효가 이루어지는 건가??
오염된 지하 토양 환경을 거대한 퇴비 발효시설이라 생각하면 어떨지...  흐흐..

CSIRO 에서 발표한 원문은
여기서 확인할 수 있다. -> Hot microbes cause groundwater cleanup rethink
기사와 관련된 추가 자료는 여기서 볼 수 있다. -> Microbes turn the heat up on groundwater cleanup

아직 관련된 논문은 발표하지 않은 모양이다.


 

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Posted by Kozmoj

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