화학저널

IM, 대장균 이용 메탄올 제조기술 개발 … 일본, 바이오매스화 경쟁

미생물을 이용한 화학제품 생산 움직임이 활발해지고 있다.
미국 스타트업 Industrial Microbes(IM)는 세계 최초로 대장균 등 일반적인 세균을 이용해 메탄(Methane)에서 메탄올(Methanol)을 생산하는 요소기술을 개발했다.
프로세스에서 이산화탄소(CO2) 배출량이 적고 석유 베이스에 비해 가격이 낮은 화학제품 생산 가능성을 여는 기술로 우선 아크릴산(Acrylic Acid)을 대상으로 기술을 발전시킬 방침이다.
IM은 2021년 1000만달러를 조달했다. 벤처캐피탈 Universal Materials Incubator(UMI)가 투자를 결정했으며 앞으로는 공동개발 파트너도 모집할 계획이다.

바이오 화학제품 원료는 사탕수수 등에서 정제한 당이 주류를 이루고 있다.
그러나 당은 화학제품 원료로 사용하기에 코스트가 높고 시황 변동성이 클 뿐만 아니라 식량과 경쟁할 수밖에 없는 문제점이 있어 메탄, 에탄(Ethane) 등 알케인(Alkane) 가스를 발효 원료로 투입해 효율적으로 화학제품을 생산할 수 있는 가능성을 개척한 것으로 평가되고 있다.
IM은 대장균 등 일반 세균을 이용해 메탄에서 메탄올을 대사하는 효소인 MMO(Methane Monooxygenase)를 발현시켜 기능 부여에 성공했다. 이전에도 일부 세균에서 발현이 가능했으나 생산성이 낮아 양산이 어려운 문제점이 있었다.
UMI에 따르면, IM은 복수기업과 사업화를 위한 협상을 진행하고 있으며 우선 아크릴산에 대한 적용을 고려하고 있는 것으로 알려졌다.
이산화탄소도 원료로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 석유 베이스에 비해 경쟁력 있는 가격으로 생산할 수 있을 것으로 판단하고 있다.
다른 화학제품에 대해서는 공동개발을 염두에 두고 파트너를 모집할 계획이다.
온실효과가 높은 메탄은 유럽연합(EU)이 감축을 위한 전략을 추진하고 있으나 조달이 용이한 이점이 있어 화학제품 원료 활용이 확대될 것으로 예상하고 있다. 천연가스 등 화석자원 뿐만 아니라 쓰레기처리장, 공장 등에서도 입수할 수 있으며 바이오매스 가스화를 통해서도 얻을 수 있기 때문이다.
최근에는 미생물을 이용한 화학제품 생산기술 개발 프로젝트가 잇따르고 있다.
바이오매스를 원료로 화학제품, 소재, 에너지를 생산하는 바이오리파이너리(Biorefinery)가 대표적이다.
바이오매스는 광합성에 따라 물과 이산화탄소로부터 생성되며 사용 및 폐기에 따라 대기중 이산화탄소 농도에 영향을 미치지 않기 때문에 화석자원 일부를 대체함으로써 이산화탄소 배출량 감축, 순환사회 구축에 기여할 것으로 기대되고 있다.
일본 제온(Zeon)은 2021년 4월 RIKEN, 요코하마고무(Yokohama Rubber)와 공동으로 바이오매스로부터 효율적으로 부타디엔(Butadiene)을 생성할 수 있는 기술을 세계 최초로 개발했다고 발표했다.
대장균을 촉매로 투입함으로써 발효공법에 따라 바이오매스 베이스 원료로부터 1,3-부타디엔을 직접 생산하는데 성공했고, 코스트를 대폭 감축할 수 있는 기술로 주목받고 있다.
세키스이케미칼(Sekisui Chemical)은 미국 란자테크(LanzaTech)의 미생물을 활용해 쓰레기를 원료로 에탄올을 생산하는 프로세스를 확립했다.
폐기물처리장에서 쓰레기를 전혀 분리하지 않고 가스화한 후 미생물에 먹임으로써 열과 압력 없이 에탄올을 생성하는 기술이며, 2022년 시험생산을 목표로 이와테(Iwate)에 상업생산의 10% 수준인 실증시험 설비를 건설하고 있다.
일본 지구환경산업기술연구기구(RITE)에서 출범한 벤처기업 Green Earth Institute(GEI)는 증식하지 않아도 대사를 계속하는 코리네박테리움을 활용한 화학제품 생산을 추진하고 있다.
히타치캐피탈(Hitachi Capital)과는 2019년 가을부터 식품, 농업 잔사를 원료로 영양보조 소재를 포함한 화학제품을 생산하기 위한 연구개발(R&D)을 진행하고 있으며 2021년 6월에는 UMI 등에 이어 소지츠(Sojitz)가 투자를 시작했다.
스미토모케미칼(Sumitomo Chemical)은 합성생물학을 이용한 차세대 사업 창출에 힘을 기울이고 있다.
미국 바이오기술 스타트업 Zymergen과는 미생물을 활용해 광학필름 등 고기능성 소재를 생산하는 기술을 개발하고 있으며, Ginkgo Bioworks와도 미생물을 이용해 화학제품 및 의약품 원료의 생산효율을 대폭 향상시키는 기술 개발에 도전하고 있다. (J)