UCDI, 2025-2030년 화학제품‧단백질 상업화 … 스케일업 투자 확대

일본이 수소세균(Hydrogen-Oxidizing Bacteria) 사업화에 도전해 주목된다.
도쿄(Tokyo)대학이 설립한 스타트업인 이산화탄소(CO2) 자원화 연구소(UCDI)는 2024년 완공을 목표로 2연구소를 건설하고 기존 연구소에서 진행해온 수소세균 기초연구를 잇는 벤치‧파일럿 시험 스케일업 작업에 활용할 예정이다.
시험제품을 생산해 2025년 이후 이산화탄소 베이스 에탄올(Ethanol) 등 화학제품이나 식용 단백질 소재를 양산화하고 2030년까지 화학기업과 연계해 PLA(Polylactic Acid), PE(Polyethylene) 등을 각각 10만톤 상업화하는 것을 목표로 하고 있다.
UCDI는 2023년 여름부터 본사와 기존 연구소가 소재한 도쿄에 2연구소를 건설할 예정이다. 
부지 면적은 약 2000평방미터로 기존 연구소의 3배에 달하며 기존에는 10-20리터 수준의 연구용 배양조에서 시험을 진행했으나 수천리터급 벤치 설비, 1000리터급 파일럿 설비 등을 도입함으로써 스케일업에 속도를 내고 있다.
수소세균은 식물이 빛 에너지를 활용해 대기 중 이산화탄소로 유기체를 생성하는 것과 달리 수소와 산소 반응에서 생긴 에너지를 이용해 이산화탄소를 유기물로 변환하면서 증식하는 것이 특징이며, 유기물 생산과정에서 이산화탄소를 흡수해 카본 네거티브 화학제품과 연료 생산의 길을 열 것으로 기대되고 있다.
UCDI는 그동안 높은 증식능력을 갖춘 수소세균 개발에 성공했다.
미국 키버디(Kiverdi)를 비롯해 핀란드 솔라푸드(Solar Foods) 등 유럽‧미국 스타트업이 글로벌 수소세균 개발 흐름을 좌우하고 있으나 일반적으로 사용되는 수소세균은 2배 증식까지 3시간이 걸리고 1g은 24시간 동안 500g으로 증식하는 반면, UCDI의 수소세균은 2배 증식까지 1시간이 걸리고 24시간 후에는 16톤에 달하는 균체가 생성되는 것으로 알려졌다.
균체는 약 80%가 동물성 단백질로 구성돼 있어 인공육이나 축산용 사료 등 식용 단백질 대체 용도에서 사용이 가능할 것으로 예상된다.
이미 10사 이상의 관련기업과 공동연구를 진행하고 있으며 후지필름(Fujifilm)은 아미노산(Amino Acid)의 일종인 알라닌(Alanine)을 효율적으로 양산화하는 기술, 마루베니(Marubeni)는 사료첨가제와 원료를 개발하는 분야에서 연계하고 있는 것으로 알려졌다.
UCDI는 파일럿 플랜트 도입 후 2025-2026년까지 시험 데이터를 취득해 조기 양산화에 돌입하며 화학제품 대체 단백질부터 먼저 사업화할 예정이다.
수소세균 천연주에 각종 화학제품 제조를 위한 유전자를 부여하는 육종기술을 확립했고 균 증식력을 억제하는 대신 억제한 균체량 만큼을 화학제품으로 전환하는 방법을 모색하고 있다.
이미 이산화탄소 베이스 에탄올과 젖산, 이소부탄올(Isobutanol) 특허를 취득했으며 에탄올은 탈수한 다음 PE로 유도하기 위해 현재 가동중단 상태인 석유화학 플랜트를 활용하는 방안을 검토하고 있다.
2025년 이후 구체화가 가능할 것으로 기대하고 화학기업과의 논의를 본격화하고 있다.
젖산은 UCDI가 모노머 생산을 맡고 파트너가 PLA 중합‧성형‧가공을 진행하는 방식으로 2025년경 사업화할 예정이며 대형 편의점을 대상으로 한 PLA 함유 식품포장 용기 공급을 계획하고 있다.
인체용 프로테인 사업에서는 유전자 조작 미생물을 활용한 동물성 단백질 발효생산을 주목하고 있다.
2020년대 후반이면 글로벌 가공식품 시장에서 원료 단백질 부족이 심화될 것으로 예상됨에 따라 2024년까지 미국 식품의약국(FDA) 인증을 취득하고 사업화하는 것을 목표로 하고 있다.
중장기적으로 수요 증가가 기대되는 바이오연료 사업화를 위해 수소세균에 원료 이소부탄올 생성기능을 부여하는 작업까지 성공한 단계이다.
다이요오일(Taiyo Oil)과는 수소, 이산화탄소를 원료로 지속가능한 항공연료(SAF) 제조기술 개발을 진행하고 있으며 이소부탄올은 PET(Polyethylene Terephthalate)용으로도 사업화 가능성을 모색할 예정이다. (강윤화 책임기자)