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바이오매스 연료
◉ 바이오매스 연료 - 원래의 스타트렉을 떠올리게 하는 이름의 곤충인 나무좀이 목재에서 연료를 만드는 최근의 돌파구 중 하나를 책임짐. 선진 생화학 분석 및 엑스레이 이미지 기법을 이용하여 영국 포츠마우스와 미국의 국가 재생 에너지 연구실의 연구자들이 나무좀이 엄청난 양의 목재를 소화하는 효소를 식별했음. 2009년 1월중 영국 과학자들은 벽을 지지하는 말뚝을 갉아 먹는데 대부분의 시간을 보내는 나무에 구멍을 뚫는 갑각류가 목재를 분할하기 위해 소화효소를 이용함을 발견했는데, 과학자들은 기후 친화적인 바이오 연료를 만드는데 이를 채택하기를 원함. - 연구는 £27백만의 프로젝트 중 일부를 형성하여 10년 내에 2세대 바이오 연료를 상업적으로 가능하게 할 것임. 새로운 바이오 연료는 이산화탄소를 순수하게 배출하지 않지만 식용작물 토지와 경쟁하지도 않을 것임. 연구자금은 영국정부가 지원하는 바이오 기술 및 생물과학 연구 협의회 그리고 BP 및 Ceres를 포함하는 15개 산업 파트너 연합이 지원했음. - 생물학자들을 위한 주요 과제 중 하나는 셀룰로오스 및 리그닌을 포함하는 세포벽을 효율적으로 분할할 수 있는 화학적 효소를 찾는 것임. 나무좀은 작은 새우와 같은 갑각류로 특히 이 작업에 좋은 것으로 나타남. 그러나 흰개미와 같은 생물과는 달리 나무좀은 목재를 소화하는데 도움을 주는 소화시스템에서 도움이 되는 미생물을 가지고 있지 않음. 자신이 당분으로 전환하는데 필요한 효소를 가지고 있음. 등각류의 소화기관은 효소에 의해 지배되는데, 이는 목재를 구성하는 폴리머를 공격하는 것임. 효소는 복잡한 당분의 긴 체인에 부착하여 쉽게 발효하는 당분으로 축소시킴. - 그런 효소는 세제 효소를 만드는 것과 동일한 방법을 이용하여 제조할 수 있는데, 이로써 개발비를 줄일 것임.
◉ 신기술 개발 - 효소는 촉매 역할을 하는 단백질인데, 이 경우에는 셀룰로오스를 퇴화시키는 것임. 기능은 3차원 형상으로 결정되지만 이러한 작은 것들은 고성능 현미경으로도 볼 수 없음. 대신에 연구자들은 단백질 결정체를 만들었는데, 이는 단백질을 수백만 개 복사한 것으로 동일한 방향으로 정렬된 것임. 이러한 정보는 연구자들이 산업 응용을 위해 더 강건한 효소를 설계하는데 도움을 줌. 유사한 셀룰라아제가 목재 퇴화 균류에게서 발견되었는데, 나무좀 효소는 일부 중요한 차이점을 보임. 특히 나무좀 셀룰라아제는 격심한 화학적 환경에 지극히 저항적이며 해수보다 7배의 소금기가 있는 여건에서도 이용할 수 있음. 어려운 환경에서 강건하다는 것은 효소가 산업여건에서 이용될 때 훨씬 더 오래 지속될 수 있으므로 더 적은 효소가 필요할 것임을 의미함. - “[나무좀]은 남부 해안에서 몇 곳의 교각을 갉아 먹는 단일의 것이며 내장기관에 [목재기반 자재]의 폴리머 중 일부를 잠글 수 있는 효소라고 노팅엄대학교의 식물 과학자이며 프로젝트 지도자 중 한 명인 Katherine Smart 교수가 2009년 1월에 The Guardian에 대해 말했음. - 국립과학원의 회보에서 발간된 연구결과는 지속 가능한 자원에서 액체 바이오 연료의 생성으로 이어질 수 있는 산업적 규모로 효소의 효과를 연구자들이 재상하는데 도움을 줄 것임. - 포츠마우스의 Dr. McGeehan은 화요일 포츠마우스 대학 소식지에 대해 다음과 같이 말했음. “이는 진정으로 협업적이고 놀라운 돌파구임. 목재 및 밀짚에서 액체 연료를 만들려면 이러한 재료를 많이 구성하는 당분 폴리머인 다당류가 단순한 당분으로 분해되어야 함. 그런 다음 이것이 발효되어 액체 바이오 연료를 만들지만 [이는] 어렵고 비싼 과정이었음.” - 연구자들은 생물학적 세제용 효소를 만드는 것과 동일한 방법으로 대량생산이 가능한 산업용 미생물로 이 효소의 유전자 청사진을 전화했음. 이렇게 함으로써 목재를 바이오 연료로 바꾸는 비용을 줄이기를 희망함. - 한편 미국 환경보호청은 5월 21일 연방 재생가능 연료표준 프로그램에 대해 잠재적으로 이로운 일련의 변경을 위해 제안된 규칙에 관한 통보를 발급했는데, 이는 국가 운송연료 공급에 최소한 연간 바이오 연료를 이용하도록 요구함. 확정이 되면 제안된 규칙은 바이오 연료 및 바이오 가스의 경제성 그리고 향후 시장에 도입되는 적격의 선진 연료의 양에 엄청난 영향을 가질 수 있음. EPA의 제안은 전기를 허용하는 것으로, 전기 자동차를 충전하는데 이용되며 판매 가능한 재생가능 식별번호를 만들기 위해 일종의 바이오 가스에서 생성됨. - 최근의 Forest Products Journal 특별 발간에서 발표된 연구에 따르면 목재 바이오매스를 수송연료로 바꾸는 두 가지 공정이 재생가능 연료를 위한 현재의 환경보호청 요구사항을 초과할 잠재력을 가진다고 함. 하나는 산림에서 얇게 처리된 나무를 이용하는 가스화 공정이며 다른 하나는 휘발유 대비 70% 이상의 온실가스 배출을 줄이는 조림 버드나무를 이용하는 발효공정임. 대조적으로 옥수수 에탄올을 생산하여 이용하는 것은 휘발유 대비 24%의 온실가스 배출을 감소시킨다고 Forest Products Journal이 말함. - 다른 곳에서는 아이오와 대학 엔지니어들이 더 좋은 바이오 연료를 만들기 위해 식물을 분할하도록 고주파수 음파를 이용하고 있음. 금요일 Phys.org에 따르면 농업 및 바이오시스템 엔지니어링 부교수인 David Grewell 그리고 그의 동료 Melissa Montalbo-Lomboy 및 Priyanka Chand의 연구에서는 나뭇가지 풀, 옥수수 줄기 및 잎 그리고 소프트우드를 포함한 넓은 종류의 공급 원료를 전처리함으로써 바이오매스를 고가치 연료 및 화학물질로 변환시키는데 필요한 화학반응을 초음속으로 지속적으로 향상시킴을 보여주었다고 함. 팀은 연구결과를 퀘벡 몬트리얼에서 6월 2일에서 7일까지 개최되는 21회 국제음향학회에서 발표할 것임. - 바이오연료 생산에 대한 초음속의 긍정적인 영향 중 하나에서 아이오와 주 연구자들은 용액의 바이오매스에서 리그닌을 제거하는 효율을 현저히 증가시킬 수 있음을 밝혔음. 리그닌은 식물 세포벽에서 셀룰로오스와 헤미셀룰로스를 결합시키는 화학 조성물임. 통상 효소 또는 화학물질이 바이오매스에서 그것을 제거하여 추가적인 바이오연료 처리를 위해 자유로운 당분을 용해시키는데 이용됨. Grewell과 그의 동료들은 초음속으로 대신하는 전처리가 리그닌 제거를 매우 효율적으로 하여 당분 용해가 전통적인 혼합 시스템에 필요한 몇 시간에 비해 몇 분 내에 발생함을 밝혔음. 이 방법에 대한 잠재적인 비용절감이 매우 고무적인 것이라고 Grewell이 말함. - 경제적인 모델에서 일단 실행되면 이 기술이 1년 미만의 회수기간을 가질 것임을 나타냈다고 설명함. Grewell 및 그의 동료들은 바이오연료 생산에서 초음파에 대한 또 다른 응용방법을 보고하는데, 기름을 바이오디젤로 변환시키기 위한 주요 화학반응인 에스테르 교환을 할 수 있음을 보임. 한 가지 경우에서 연구자들은 대두유에 초음파를 적용하여 통상 45분이 걸린 것을 1분 미만에 바이오디젤로 변환했음을 밝혔음. 마찬가지로 Grewell 팀은 바이오디젤 생산의 공동 산물로서 당분을 넣어 글리세린이 필요한 이스트가 1분 미만에 초음파로 추출되어 동시에 바이오디젤로 변환될 수 있는 고효율 기름을 만들 수 있음을 밝혔음. 이는 여러 단계와 상대적으로 긴 주기가 필요한 전통적인 기법에 비해 매우 더 빠르고 덜 복잡한 방법이라고 Phys.org가 밝힘. - 또 다른 발표에서는 비엔나 기술 대학교 유전 공학자들이 균류를 이용하여 목재 폐기물 및 밀짚과 같은 목재 섬유소 재료에서 바이오연료를 생산하는 방법을 찾았음. 제재소 톱밥과 같은 목재 섬유소 폐기물은 긴 셀룰로오스 및 크실란 체인이 더 작은 당분분자로 성공적으로 분할될 경우에 현재 바이오연료 생산에만 이용될 수 있음. 이렇게 하려면 구체적인 화학적 신호를 이용하여 필요한 효소를 생산하기 위해 만들 수 있는 균류를 이용한다고 연구자들이 말했음. 그러나 이 방법이 매우 비싸기 때문에 균에서 효소생산을 조절하는 분자 스위치를 조사했다고 대학이 말했음. - 결과적으로 필요한 효소를 완전히 독립적으로 생산함으로써 바이오연료 생산을 현저히 더 싸게 할 수 있는 유전자 변경 균류를 이제는 만들 수 있다고 기관이 금주에 주장했음.
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