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대표성과

연구성과명 바이오매스 유래의 원료물질로부터 C5계 중간 화학원료물질인 이타콘산(itaconic acid)을 생산하는 에너지절약형 생물공정 개발

연구개발 배경

현재 이타콘산의 주용도는 Nitrilon(acrylonitrile 기반의 합성 섬유, ~1.3% 이타콘산 포함) 생산(40%), ion-exchange resin(30%), 제지(10%), 수처리(water treatment, 10%), 기타(10%) 등
이타콘산의 경우 현재 국내수요의 약 80%(80억원 수준) 가량이 수입품에 의해 충당되고 있는 만큼 기술개발 및 상용화를 통한 수입 대체 노력이 필요
더불어 현재 국내 생산 공정은 석유화학 원료를 이용하는 화학 전환 공정으로 화석원료 의존 탈피, 원료 다변화, 환경 영향 최소화의 측면에서 새로운 공정기술 개발이 필요

주요 연구내용

이타콘산 고생산성 산업용 균주 개발
배지 및 배양 조건 최적화
스케일업 및 이타콘산 회수공정 개발

주요 연구성과

1) 기술적 성과

유전적 변이균주 제작 및 스크리닝(KR 10-1342054, KR 10-1348945)을 통해 원료(당)의 섭취 및 산물(이타콘산)의 세포외 배출 효율이 높은 균주를 확보(KR 10-1262152, KR 10-1262158)

유전적 변이주 선별을 통해 인산염 농도에 관계없이 이타콘산을 안정적으로 생산하는 균주를 확보(KR 10-1428508)

기체 전달특성의 유지에 기반한 전략을 통해 발효 공정을 500L 수준으로 스케일업 하였으며 안정적인 생산이 가능함을 확인(J. Microbiol. Biotechnol. 2013, 23, 1445)

발효액으로부터 이타콘산을 회수하는 기술을 확보
2) 파급효과

기술이전 수행: 큐바이오텍(주), 88,000천원 (2013.06.)

생물학적 이타콘산 생산 공정의 핵심기술들은 타 고등균류(fungi) 발효 기반 기술의 성능 및 경제성 향상을 위해 활용

생산된 이타콘산을 원료로 추가적인 화학/생물 전환을 통해 고분자 및 화학제품을 생산하는 기술의 기반 마련: 이타콘산 기반의 바이오연료용 퓨란전구체 생산기술 개발 진행 중 (2014-2015, 출연연융합사업, KITECH)

연구성과명 바이오매스 유래 탄수화물로부터 퓨란계 화합물 및 고분자를 생산하는 화학공정 개발

연구개발 배경

퓨란계 화합물은 바이오매스 유래 탄수화물로부터 얻어지는 방향족 화합물로서 석유 유래 방향족 화합물을 대체할 수 있음
이러한 퓨란계 화합물 중 FDCA는 세계시장 규모가 57조원에 이르는 석유 유래 방향족 화합물인 테레프탈산을 대체할 수 있을 것으로 여겨지고 있음
본 기술은 석유에 대한 절대적 의존도를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 기후변화대응기술로서 비가역 이산화탄소 발생을 원천적으로 막을 수 있다는데 의의가 있음
바이오매스 기반 탄수화물을 이용한 화학산업은 현재까진 주로 옥수수, 사탕수수 등 곡물을 주원료로 이용하였으나 경작비용과 곡물가 상승 등의 문제로 인해 해양바이오매스와 같은 비식량계 바이오매스를 주공급원으로 하는 발상의 전환이 요구됨

주요 연구내용

탄수화물의 이성질체화/탈수화/산화반응에 대한 화학적 경로 개발
용매/촉매 시스템 개발 및 반응 최적화
대량연속생산 및 분리정제 공정 기술 개발
퓨란기반의 고분자 제어를 위한 핵심 인자 도출 및 그에 따른 중합기술 및 공정개발

주요 연구성과

1) 기술적 성과

세계 최초로 해양계 바이오매스 유래 고에너지 퓨란계 바이오연료 제조 기술 개발 (ChemSusChem 2010, 3, 1273; KR 10-1116392; KR 10-1141675; KR 10-1186502; US 8,795,393; US 8,871,958)

세계 최고 수율로 목질계 바이오매스로부터 직접 퓨란계 플랫폼 화합물(HMF)을 제조하는 원천기술 개발 (Green Chem. 2011, 13, 1503; KR 10-1186503; KR 10-1252819; US 8,871,957)

저비등점 용매를 이용한 공업용 과당시럽 유래 퓨란계 방향족 화합물 제조기술 개발 (J. Ind. Eng. Chem. 2013, 19, 1106; Ind. Eng. Chem. Res. 2014, 53, 4633; KR 10-1217137)

목질계 바이오매스 유래 신규 퓨란계 플랫폼 화합물(AMF)을 제조하는 원천기술 개발 (ChemSusChem 2015, 8, 1179; KR 10-1374219)

알킬암모늄 아세테이트 염을 이용한 새로운 5-아세트옥시메틸푸르푸랄의 제조방법 (201380014983.8 중국 출원)

알킬암모늄 아세테이트 염을 이용한 새로운 5-아세트옥시메틸푸르푸랄의 제조방법 (14/385,919 미국 출원)

이온성 액체를 용매로 이용한 푸르푸라놀계화합물과 2-푸란카르복시산계화합물의 제조 방법 (10-1306277)

환형 지방족 디이소시아네이트와 바이오매스 유래 퓨란계 폴리에스터 폴리올을 포함하는 폴리우레탄 및 그의 제조방법 (10-2014-0059975)
2) 파급효과

기술이전 수행: SK케미칼(주), 140,000천원

바이오매스 기반 방향족 화합물은 화학제품의 밸류체인 상 업스트림에 해당하기 때문에 다운스트림 영역에서 다양한 파생상품을 생산하는 중소·중견기업에 미치는 파급효과는 매우 클 것으로 기대됨

고유가와 무관하게 화학산업의 기초원료 확보가 가능하므로 국가 산업의 지속적 발전 및 국가경쟁력 유지 가능하고, 바이오리파이너리에 기반을 둔 신산업의 창출을 통해 새로운 일자리를 제공할 수 있음

플라스틱 bottle 을 비롯하여 fiber, film 등을 이용한 다양한 산업으로의 적용에 대한 가능성이 높을 것으로 기대함. 또한 해외 아반티윰 등과 같은 글로벌 회사의 상업화에 영향을 받아 국내회사들의 상품화에 크게 영향을 줄 것으로 판단됨

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