The little great ones in biodiesel production
가장 전망 있는 원료는 박테리아나 효모와 같은 미생물에서 생산되는 오일인 미생물 오일(microbial oils)이다. 비록 미생물 오일이 과거 100년 동안 그 존재가 알려져 왔으나, 상업성에는 한계가 있다. 이는 생산에 너무 많은 비용이 소요되기 때문인데, 특별히 원료인 당분의 비용이 매우 비싸기 때문이다. 만일 미생물 오일이 값싼 바이오매스 폐기물에서 만들어질 수 있다면, 바이오디젤 생산은 값싸고, 동시에 식량 생산과 경쟁할 필요는 없을 것이다.
적당한 미생물과 풍부한 당 원료를 찾는 시도에 있어 중국 South China 대학의 Min-hua Zong 박사 연구팀은 Trichosporon fermentans라고 불리는 볏짚의 당을 오일로 전환하는 효모의 능력을 테스트하여왔다. 그들의 연구결과는 `Bioresource Technology` 저널에 발표되었다.
수동 처리와 화학약품으로, 볏짚 내 가장 복잡한 성분의 하나인 헤미셀룰로오스(hemicelluloses)는 가장 작은 단당류로 분리되었고, 효모 세포 성장에 방해가 되는 물질은 당 혼합물에서 제거되었다. 이후 T. fermentans의 배양은 당을 포함한 물질에서 이루어졌다. 며칠 후, 연구원들은 배양액 내 미생물 오일의 양을 측정하였는데, 그 양은 매우 높아, 바이오 연료 생산의 후보로서 손색없을 만큼 높은 결과를 보였다(28.6 g/l 의 바이오매스 중 40.1% 의 지질 전환율을 보임: 11.5 g/l 지질 생산; 참고로 성장 방해 물질 제거 없이 단지 1.7 g/l 의 수율을 보임.).
Zong 박사에 따르면, T. fermentans는 매우 잘 자라며, 볏짚의 당류뿐만 아니라, 다양한 범위의 바이오매스 폐기물에서도 오일 수율을 증가시킬 수 있음으로써 바이오 연료의 상업적 생산의 가능성을 높일 수 있었다고 한다. 그는 바이오디젤 생산에 있어 T. fermentans의 오일 축적을 이용한 다양한 적용은 거대한 양의 청정 신재생 에너지를 제공할 수 있어, 에너지 부족과 환경 문제라는 전세계적 문제를 해결하는데 도움을 줄 수 있다고 밝혔다.
그러나, T. fermentans 효모가 상업적 규모로 바이오디젤을 생산하기 전에 몇 가지 해결해야 할 일이 있다. Zong 박사는 Checkbiotech와의 인터뷰에서 T. fermentans를 이용한 오일 축적법의 대규모 적용에 있어 가장 큰 해결 대상은 오일 수율 향상으로, 미생물 오일의 경제성 향상을 위해 더 많은 연구가 필요하다고 밝혔다.
Zong 박사는 형질변화(mutation), 유전자 변형 및 대사(metabolic) 공학과 같은 많은 바이오테크놀로지 전략이 수율 향상을 위해 채택될 수 있는 반면, 연구팀은 비용 절감을 위해 공정 최적화에 집중하고 있다고 강조하였다.
당분의 오일 전환을 최적화하기 위해, 연구팀은 T. fermentans의 성장과 오일 축적을 방해하는 물질에 대한 심층적인 이해가 필요하다고 한다. 따라서, Zong 박사와 연구팀은 이 물질과 이와 관련된 메커니즘의 이해에 더욱 집중할 것이라고 밝혔다.
이 연구에 대한 자세한 사항은 다음의 기사에서 확인할 수 있다: Huang Chao et al. Microbial oil production from rice straw hydrolysate by Trichosporon fermentans. Bioresource Technology 100 (2009), p. 4535-4538.
checkbiotech.org
The little great ones in biodiesel production
Monday, June 22, 2009
The use of vegetable oils for biodiesel can lead to a dilemma between the production of food and the production of fuel. Oils produced by microbes from biomass waste, could offer a better solution.
Biodiesel, usually made of vegetable oil, is a clean renewable alternative to fossil diesel. However, the use of vegetable oils for biodiesel production have been linked to shortages in some foods and to rising food prices. Researchers are therefore looking for alternative sources of oils for biodiesel. Used or waste oils would be a good option, however there are only small amounts available so they cannot be used on a large scale.
A more promising source could be oils produced by microorganisms (such as bacteria and yeasts), the so-called microbial oils. Although microbial oils have been known for over 100 years, they are not commercially produced. This is because the processes are so far too expensive, especially as the feedstock – conventional sugars – which the microbes convert to oil, are very costly. If microbial oils could be made out of inexpensive biomass waste, the production of biodiesel would become cheaper and at the same time not compete with the production of food.
In an attempt to find a suitable microbe and an abundant sugar source, researchers around Dr. Min-hua Zong from the South China University of Technology in China have tested the ability of the yeast Trichosporon fermentans to convert sugars from rice straw into oil. Their work was recently published in Bioresource Technology.
With the aid of manual treatments and chemicals, hemicelluloses - one of the more complex components of rice straw - was first split into smaller, simpler sugars and substances that inhibit the growth of the yeast cells were removed from the resulting sugar mixture. Then cultures of T. fermentans were allowed to grow on a substrate containing these sugars. After several days, the researchers measured the amount of microbial oils in the cultures, which indeed was very high – high enough to seem a worthy candidate for the production of biofuels.
According to Dr. Zong, as T. fermentans is able to grow well and to accumulate oil efficiently not only on the sugars from rice straw, but on a broad spectrum of biomass waste, it will play an important role in the commercial production of biofuels. Dr. Zong is convinced, “The wide application of the oil accumulation by T. fermentans for biodiesel production can afford us a large amount of clean and renewable energy, which helps to solve the global problems of energy shortage and environmental deterioration.”
However, there is still some work to do before T. fermentans will be able to produce oil for biodiesel on a large scale. Dr. Zong told Checkbiotech, “The main challenge in the large-scale application of the oil accumulation with T. fermentans is to further improve its oil yield, more research has to be done to obtain cost-effective microbial oil.”
In spite of the negative effects that production of biodiesel from vegetable oils has on the availability on food, only when the oil produced from T. fermentans is cheaper than vegetable oils, will it be widely used in the production of biodiesel.
Dr. Zong emphasized, “Many biotechnological strategies (such as mutation techniques, genetic and metabolic engineering) can be employed to increase the yield. Meanwhile, we can also optimize the process for further decreasing the cost.”
To optimize the conversion from sugar to oil, the researchers need to get an in-depth understanding of the substances inhibiting the growth and oil accumulation of T. fermentans. Therefore, Dr. Zong and colleagues will focus on these substances and the involved mechanisms in the near future.
Huang Chao et al. Microbial oil production from rice straw hydrolysate by Trichosporon fermentans. Bioresource Technology 100 (2009), p. 4535-4538.
doi:10.1016/j.biortech.2009.04.022
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19433350?dopt=Abstract
Dr. Min-hua Zong
State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering
College of Light Industry and Food Sciences
South China University of Technology
btmhzong@scut.edu.cn
+86 20 87111452
Eva Vojtech is a Science Journalist for Checkbiotech and has recently finished her doctorate in Environmental Sciences at the University of Zurich, Switzerland. Contact her at eva.vojtech@gmx.ch.
Source: Checkbiotech
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Source : KISTI, checkbiotech.org
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