★ 12월 19(월) 조간부터 보도하여 주시기 바랍니다.

보도자료 2011. 12. 16(금)	함께하는 공정사회 더 큰 희망 대한민국 교육과학기술부 Ministry of Education, Science and Technology
	교육과학기술부 홍보담당관실 ☏ 2100-6580
<자료문의> ☎ 원천연구과 오대현 과장, 정건영 사무관(02-2100-6834) ☎ 이산화탄소저감및처리기술개발사업단 박상도 단장(042-860-3642) ☎ 고려대학교 화공생명공학과 심상준 교수(02-3290-4853)
미세조류를 활용 CO₂처리공정 개발 성공 - 고려대학교, 광반응기를 이용한 미세조류 배양 공정 독자 개발 - 고려대-한국지역난방공사 MOU체결을 통해 국내최초 현장 배가스 처리를 위한 파일럿 플랜트 추진 중

□ 국내 연구진들이 독자 개발한 미세조류 고밀도 광생물 반응기를 적용한 실제 배가스 대상의 대규모 이산화탄소 생물학적 처리 공정개발에 성공했다.

○ 이는 교육과학기술부(장관 이주호) 21세기프론티어 연구개발사업의 일환인 이산화탄소저감 및 처리기술 사업단(단장 박상도)의 지원으로 고려대학교(총장 김병철) 심상준교수팀이 지난 4년간의 연구를 통해 원천기술 확보부터 기술 실증까지 일궈낸 연구성과이다.

□ 동 성과는 지구상의 생물들 중 가장 빠른 광합성능력을 가지는 미세조류를 이용하여 이산화탄소를 고정화하는 기술로, 자체 개발한 고밀도 광배양 기술을 통해 재활용이 가능한 저비용의 대량생산 기술을 확립하였다.

○ 개발된 광반응기는 협소한 공간에서도 이산화탄소를 처리를 극대화하기 위해 개발된 차별화된 필름 형태로 외부오염이 극소화되어 사료 및 바이오 디젤 등의 고부가 가치 유용물질의 고밀도 생산이 가능하다.

○ 또한 실제 배가스의 주입에 용이할뿐만 아니라 세계 최고 수준의 교반도 및 광투과율을 갖으며 수평적 다중 연결을 통하여 100L 이상 대규모 운영이 용이하다.

○ 연구진은 이미 실제 옥외배양 운용을 통하여, 4 g/L 이상의 고농도 세포배양과 고속의 이산화탄소 고정화를 달성함으로써 높은 효율성을 입증하였다.

□ 해당 성과는 고려대학교(총장 김병철)와 한국지역난방공사(사장 정승일)간의 MOU을 체결(2011.12.16)을 통해, 향후 100톤 규모까지 실증을 완료한 후 상용화할 계획이다.

○ 우선, 실제 배가스가 발생하는 한국지역난방공사 현장에서 내년까지 1톤 규모의 광생물반응기를 도입하여, 실증 pilot 운전을 실시할 예정이다.

□ 난방공사의 실제 배가스를 적용하여 1만톤급 생물학적 처리 공정에 대한 기술 검증이 완료될 경우, 경제성이 확보된 도시형 고밀도 생물공정의 상용화가 가능할 것으로 관계 전문가들은 평가하고 있다.

○ 상용화 전단계인 파일롯 규모에서도, 배출가스로부터 연간 17톤의 이산화탄소 고정화뿐만 아니라 14억원*의 매출과 8억원의 순익을 얻을 것으로 예상된다.

*아스탄틴 연간 해외전량 수출시 (현재 국외 판매가격: 2천불/1kg)

□ 한국지역난방공사 정승일 사장은 “본 기술을 통해 바이오 연료와 같은 신재생에너지를 대량 생산하게 되면 환경 및 경제적 가치 창출 효과가 매우 클 것으로 기대된다.”며 해당 성과를 높이 평가하고 있다.

첨부1. 기술개요 및 주요성과

첨부2. 파일럿 플랜트 사진

첨부3. 미세조류를 활용한 생물학적 공정 기술 개발 과정

첨부4. 용어 설명

첨부 1	기술개요 및 주요성과

□ (기술개요) 미세조류를 활용하여 이산화탄소저감과 고부가가치의 이차대사산물을 생산하는 미세조류 반응기 및 배양 공정의 개발하는 기술

○ 미세조류의 고농도 배양 공정 기술은 미세조류의 광합성 능력을 통해 생물학적으로 온실가스의 주범인 이산화탄소를 고정화하는 동시에 고부가 가치의 바이오매스를 생산할 수 있는 유망한 기술임

○ 실제 배가스를 대량 배출하는 기업에 이를 활용한 미세조류 배양 공정 기술을 적용함으로써 친환경적이며 높은 경제적 가치 창출 효과가 나타날 것으로 기대됨

※ 연구기간 : 2008. 4. 1 ～ 2012. 3. 31

※ 사업비 : 총 17억원

※ 연구기관 : 고려대학교, 성균관대학교

※ 협력기업 : 한국지역난방공사

□ (주요성과) 미세조류를 활용한 이산화탄소 저감을 위한 실증적인 대규모 공정 개발

- 특허출원⋅등록 (국내 5건, 국외 1건)

- Advanced Functional Materials, Bioresource Technology 등 최우수 SCI 논문 14편 게재

- 한국지역난방공사와 MOU 체결 (2011. 12. 16 예정)

첨부 2-1	파일럿 플랜트 사진 (100L 규모, 옥외설치)

첨부 2-2	지역난방공사 사업장 내 1톤 Pilot 공정 부지

첨부 3	기술개발 과정

단계	기초 연구	기술 최적화 연구	기술개념 검증	기술개념 고도화
내용	미세조류 탐색 및 유전자 개량	광배양기 및 광배양공정 최적화	옥외 100L 규모 광배양공정 개발	현장 내 1톤 규모 광배양 공정 개발
예산 및 기간	5.3억/1차년	4.6억/2차년	4.6억/3차년	2.9억/4차년
기술예시
		R&D 단계		지역난방공사실증 연구

○ 미세조류에 대한 세포생물학적 기초연구와 광배양 장치 개발을 수행하여 이를 바탕으로 이산화탄소를 biomass에 고정화시키고 유용물질을 생산하는 공정연구를 실험실 규모로 3년간 수행.

○ 이후, 산업에 적용 가능한 수준의 공정개발을 위하여 금년부터 지역난방공사와의 별도의 연구과제를 통하여 배가스를 활용한 이산화탄소 고정 및 유용물질 생산에 관한 1톤 규모 실내 폐쇄형 공정의 실증연구를 난방공사의 소요자금으로 추진 중.

○ 향후에도 지역난방공사와 협력하여 배가스를 이용한 100톤 규모 실증 배양공정을 도시형 고집적형으로 개발하는 연구까지 진행할 예정이며 타 사업장으로 횡 전개 적용을 계획.

첨부 4	용어 설명

□ 미세조류(Microalgae)

○ 광합성 미생물의 한 종류로서 해수 또는 담수에서 서식하며 하이드로 카본, 아스타잔틴, 토코페롤과 같은 다양한 유용물질을 대사산물로 배출 및 체내에 저장하는 생물체이다. 최근에는 광합성을 대사과정에 이용한다는 특성으로 인하여 대기 중의 이산화탄소를 고정화시켜 생물학적 이산화탄소 저감 공정에 기여할 수 있는 매개체로 활발한 연구가 진행 중이다. 특히, 미세조류가 주목 받는 이유는 다른 식물에 비하여 단일 면적당 고정화시킬 수 있는 이산화탄소의 양이 가장 많기 때문이다.

생물 제품	단가, $/kg	시장 규모, ×106 $/년	용도
Tocopherol	10-50	10-100	천연 비타민
Phycocyanin	100-500	10-100	식용 색소
β-carotene	300-500	10-100	식품 첨가제
Astaxanthin	3000	200	치어 사료
Canthaxanthin	2000	100	화학 원료
Isotopic compounds	1000	10	의학 연구용
Xanthophylls	200-1000	10-100	닭, 치어 사료

< 미세조류 유래 유용물질 >

□ 아스타잔틴 (Astaxanthin)

○ 아스타잔틴은 미세조류 Haematococcus pluvialis가 스트레스(강한 빛, 질소원의 고갈) 환경 하에서 자신을 보호하기 위해 생산하는 대사산물로서 강력한 항산화 기능을 가지고 있어 의약품 원료 및 건강보조 식품으로 활용되는 고부가 물질이다. 유해 활성산소를 없애는 대표적인 항산화제 Vitamin E보다 500 배, β-carotene보다 20 배 정도 높은 항산화력을 가지고 있으며 자연에서는 연어, 게, 새우등에 많이 함유되어 있다.

< 실험실에서 배양 및 정제한 Haematococcus pluvialis 및 astaxanthin >

□ 탄화수소 (Hydrocarbon)

○ 유기화합물의 모체로 탄소와 수소로 이루어져 있다. 분자 구조 및 결합에 따라 여러 가지 형태로 분리될 수 있으며 자연계에 분포하는 대표적인 예로는 석유, 천연가스 등을 들 수 있다. 따라서 미세조류가 생산해내는 하이드로 카본도 촉매 처리 등의 방법을 통하여 바이오 연료로 전환시킬 수 있고 미국 등의 선진국에서 항공연료 등으로 일부 사용되고 있다.

< 미세조류 배양 및 탄화수소의 적용 예 >

□ 광반응기 (Photobioreactor)

○ 태양광이 투과할 수 있는 물질로 구성된 생물 반응기로서 내부에 pH controller, 배지 주입관, sampling 관, 온도 조절기 등을 탑재하여 미생물이 최적의 환경에서 광합성을 이용한 대사과정을 진행하여 유용물질을 일반적인 환경에서 보다 많이 축적 또는 배출하게 만드는 배양 장치이다. 일반적으로 사용되는 반응기 형태로는 평면형, 관형, 구형 등이 있으며 설치 위치 및 배양되는 미세조류에 따라 다양한 형태의 반응기가 사용되고 있다.

[붙임 1] 과제개요 및 심상준 박사 이력

□ 과제개요

○ 과제명 : 이산화탄소 저감을 위한 고효율 미세조류 배양공정 개발

(해당사업 : 교육과학기술부 21세기프론티어연구개발사업 중 이산화탄소저감및처리기술개발사업)

○ 연구책임자 : 심상준 교수

○ 기간 및 예산 : 2008. 4. ~ 현재, 총 17억원 (정부 13.4억, 민간 3.6억)

□ 연구책임자 주요이력

	○ 인적사항 - 심상준 (沈 相 俊, Sang Jun Sim) - 1966년 10월 15일생 - 고려대학교 화공생명공학과 정교수 - 연락처 : 02-3290-4853 - 이메일 : simsj@korea.ac.kr

○ 학력

- 서울대학교 (SNU, 서울) 학사 화학공학 1984-1988

- 한국과학기술원 (KAIST, 서울) 석사 화학공학 1988-1990

- 한국과학기술원 (KAIST, 대전) 박사 화학공학 1990-1994

- MIT (미국) Post doc. 생물학 1994-1996

○ 경력

- 2011 ~ 현재 고려대학교 정교수

- 2002 ~ 2011 성균관대학교 부교수 (정년보장 우수 부교수)

- 1996 ~ 2002 한국과학기술연구원 선임연구원

- 2008 ~ 2009 방문과학자, University of California, Irvine

- 1999 ~ 2002 광운대학교 겸임교수

- 1998 ~ 1999 방문과학자, University of California, LA

- 2000 ~ 2001 세종대학교 겸임교수

[붙임 2] 참여연구진 명단

소속	직위	성명
(주)휴온스, 중앙연구소	사장	윤성태
	차장	김재용
한국지역난방공사, 기술연구소	사장	정승일
	연구소장	이훈
	부장	장원석
고려대학교	교수	심상준
	연구교수	최승필

[붙임 3] 과제 개요

□ 기술의 개요

○ 미세조류의 고농도 배양 공정 기술은 미세조류의 광합성 능력을 활용하여 이산화탄소를 고정화하는 동시에 고부가 가치의 이차대사산물을생산할 수 있는 유망한 기술임. 실제 배가스을 미세조류 반응기 및 배양 공정 기술에 적용함으로써 친환경적이며 높은 경제적 가치 창출 효과가 나타날 것으로 기대됨

□ 사업 참여 개요

○ 연구기간 : 2008. 4. ～ 2012. 3. (총 4년)

○ 연구비 : 총 17억원 (정부 13.4억, 민간 3.6억)

○ 연구기관 : 고려대학교, 성균관대학교 (주관, 심상준), (주)휴온스 (위탁, 윤성태), 한국지역난방공사 (협력기업, 정승일)

□ 연구내용

○ 유용물질 대량생산을 위한 대규모 배양공정 실증

- 100L 규모의 Pilot 공정 구축 (한국지역난방공사 사업장 내 건설)

- 실제 산업체의 배가스 적용 실험

○ 생물공정의 현장 운전인자 최적화를 통한 안정적 장기운전 실현

- 0.2 g/cell/L/day의 Biomass 생산능력 확보

○ 유용물질의 선택적 분리회수 공정 기술 개발 (회수율 85%)

□ 연구개발에 따른 기대성과

○ 국내 최초의 미세조류를 활용한 생물 배양공정 상용화를 통한 선도적 연구입지 확립

○ 바이오 리액터, 스파져 등 관련 부품 및 완제품의 품질 향상

○ 자체 산정한 1년 가동 설치운영비 (6억)를 기준으로 판단하면, 2000 $/kg 이상의 고가 아스타잔틴 및 바이오디젤 생산의 경제성을 극대화 가능 (Pilot 공정규모로 연간 17톤의 이산화탄소 고정화뿐만 아니라 14억원의 매출과 8억원의 순익을 얻을 것으로 예상)

[붙임 4] 선진국과 비교표

구분	미국	유럽	일본	한국
연구기관 및 기업체	NREL, DOE, Exxon Mobil Inc., Solix 등	IGV GmbH, Almeria Univ. 등	Microgaia Inc., CRIEPI, MBI, 동경 전력 등	바이올시스템즈, SK에너지, 지역난방공사 등
반응기 종류 /용량 (L)	NREL ; Raceway pond / 150,000 L, Enclosed photobioreactor	Enclosed photobioreactor / 150 kL	Raceway pond, Enclosed photobioreactor, Optical fiber reactor / 200~360 L (※ Optical fiber reactor / 5 L)	Enclosed photobioreactor / 100L->1000L
미세조류 생산성 (g/L)	0.052 ~ 0.41 g/L/day	0.28 g/L/day	0.20 ~ 0.36 g/L/day	0.11 g/L/day ~ 0.33 g/L/day
활용방안	바이오 연료 및 사료첨가제	바이오 연료 및 사료첨가제	바이오 연료 및 사료첨가제	바이오 의약품 및 바이오 연료
향후 연구 및 투자계획	• 엑손모빌의 경우 조류에서의 에탄올 추출 연구에 향후 6억달러를 투자할 계획 • Solix는 총 1억 5천만불 규모 투자 수주			지역 난방 공사와 협력하여 향후 100톤 규모의 생물 공정 구축 계획
기타	Solix : 바이오디젤 연구에 집중하고 있으며, 콜로라드에 실증 pilot 공장 완공(2009), 생산능력은 3000 gallons per acre	사료첨가제로 활용하는 파일롯 공정을 운전 중	CRIEPI와 MBI에서 고농도의 CO2에 대해 내성을 갖는 담수성 미세조류에 대해서 많은 연구 진행중	바이올시스템즈 : 2011년 파일럿 공장 준공

*NREL : Natontional Renewable Energy Labortary, DOE : Department of Energy, CRIEPI : Central research institute of electric power industry, MBI : Marine Biotechnology Institute