| 초록 |
1. 배경 21세기 과학기술 키워드 중 절대 빠지지 않는 하나의 키워드는 지구온난화 혹은 기후변화이다. 산업혁명과 2차세계대전 이후, 전 지구적인 산업화는 지하에 저장되어 있던 탄소원인 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료의 급격한 사용을 불러왔다. 이는 대기의 이산화탄소 및 메탄의 농도를 높이는 결과물을 만들었고, 온실효과(greenhouse effect)에 따른 지구 전체 기온의 상승을 유발하였다. 지난 50년간 대기 중의 이산화탄소 농도는 20%가 상승했고, 탄소고정에 대한 중요성이 제기되고 있다[1]. 대기 중의 탄소는 일반적으로 화학적/생물학적인 탄소고정반응으로 인해 저장된다. 화학적 고정 반응의 경우, 해수 속 칼슘 등의 이온과 반응해 지하에 저장된다. 생물학적 이산화탄소의 고정은 태양광을 이용한 광합성생물(photo-autotroph)과 광물 등에서 에너지를 얻어서 탄소를 고정하는 화학독립영양생물(chemolitho-autotroph)에 의해 발생된다. 바이오리파이너리(biorefinery)는 기존의 화석연료 기반의 연료 및 물질을 생물화학 공정으로 대체하는 공정을 의미하며, 현재 셀룰로오스 등의 다양한 저렴한 기질을 활용해 고부가가치의 물질을 생산하는 공정이 많이 개발되고 있다. 하지만 이는 결과적으로 기존의 화석연료 기반의 공정과 유사한 전체 반응을 가지는, 즉 대기 중으로 이산화탄소 등의 탄소를 방출하는 공정으로서 화석연료 기반의 공정을 이상적으로 대체하기 힘들다. 따라서 최근에는 이산화탄소를 탄소원으로 사용하는 독립영양생물(autotroph)을 생촉매로 하는 생물화학 공정이 주목받고 있다[2, 3]. 이 중 미생물을 기질로 활용하는 공정은 효소나 식물 등을 생촉매로 하는 공정에 비해 다양한 장점이 있다. 첫째, 효소를 사용하는 것이 비해 하나의 반응기에서 여러 화학반응을 동시에 수행할 수 있다. 둘째, 미생물은 자가복제를 통해 증식하므로 반영구적으로 활용이 가능하다. 또한 식물에 비해 생장 속도가 월등히 빠르므로 대상 산물의 생산 속도가 월등히 빠르다. 그리고 생물다양성이 커 다양한 대사에서 다양한 물질의 생산이 가능하다. 생물에 의한 탄소고정 대사는 지금까지 6가지 탄소고정 회로가 존재하는 것으로 알려져 있다. 각각의 경로는 대상 생물의 환경에 따라 그에 맞게 진화해왔으며, 생물화학공학적인 관점에서 이는 다양한 물질의 생산에 대한 가능성을 보여주고 있다. 본 리포트에서는 각각의 탄소고정 대사에 대해 정리하고, 이를 수행하는 미생물의 특징 등에 대해서 정리하고자 한다. ** 원문은 파일 다운받기를 해주세요 :-) |
