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2009년 4월 9일 목요일
바이오에탄올 연구하시는 분들이 주목할 만한 논문
2008년 6월 15일 일요일
"쓰레기 먹고 원유 배출하는 벌레 찾는다"는 오역!
위의 더 타임즈 기사의 부제를 보면
Silicon Valley is experimenting with bacteria that have been genetically altered to provide 'renewable petroleum (유전적으로 변형시킨 세균을 가지고 재생 석유를 만들기 위해 실리콘밸리에서 실험을 하고 있다.)
라고 나와 있습니다. 벌레는 우리말에서는 거의 곤충으로 사용되는데 반해서 영어에서는 종종 미생물에도 사용됩니다.
이 기사의 의의는 여지껏 주로 미생물을 이용한 재생에너지는 바이오에탄올이나 바이오디젤 수준이었는데 실리콘 밸리의 LS9이라는 회사가 유전자 변형 세균을 이용하여 crude oil (정제하면 petrolium으로 사용가능한)을 발효생산할 수 있게 되었다는 내용입니다. 기사에도 나오있듯이 현재로서는 약 1000리터(1톤) 수준의 발효가 가능하다고 하는데 실제로 미국에서 1주일동안 사용되는 양을 만들려면 시카고 면적 규모의 발효가 필요하기 때문에 가야할 길은 아직도 멀고 멀다고 하겠습니다.
오히려 기사 말미에 좀 더 좋은 정보가 있는데,
Power points
— Google has set up an initiative to develop electricity from cheap renewable energy sources (구글도 값싼 재생에너지원으로 부터 전기를 만드는데 착수했다.)
— Craig Venter, who mapped the human genome, has created a company to create hydrogen and ethanol from genetically engineered bugs (인간게놈프로젝트의 한 주체였던 크레익 벤터가 유전자변형미생물로부터 수소와 에탄올을 생산하는 회사를 만들었다.)
— The US Energy and Agriculture Departments said in 2005 that there was land available to produce enough biomass (nonedible plant parts) to replace 30 per cent of current liquid transport fuels (미국 에너지성과 농무성이 2005년 현재 액체운송연로의 30%를 대체하기위하여 충분한 바이오매스를 생산할 대지를 마련했다)
등등이 있습니다. 이 중에 과학계의 이단아 크레익 벤터 박사의 이야기는 얼마전에 기사화되기도 했었지요.
박테리아로 달리는 자동차시대 '성큼'
CO2 먹고 연료생산하는 ‘에너지 박테리아’ 만든다
아무튼 바이오에너지와 관련된 논의와 연구들이 점점 많아지고 있는데 당장 실현가능한 바이오에탄올 정도를 제외하면 과연 얼마나 실용화가 될지는 좀 더 두고봐야겠습니다.
2008년 4월 2일 수요일
바이오연료는 사기다?
위 그림은 이번주 타임지 표지입니다. The Clean Energy Myth! 작년 봄까지만 해도 우려의 목소리 정도였으나 기름값이 계속 치솟고 게다가 곡물값까지 올라가자 이제 비판의 목소리가 점점 커지고 있습니다. 잡지 속 기사의 제목은 아예 The Clean Energy Scam (청정에너지 사기!)입니다. 한 번 읽어보는 것이 좋겠습니다.
http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,1725975,00.html
원문으로 보실 분들은
여기 클릭하세요.
The Clean Energy Scam
From his Cessna a mile above the southern Amazon, John Carter looks down on the destruction of the world's greatest ecological jewel. He watches men converting rain forest into cattle pastures and soybean fields with bulldozers and chains. He sees fires wiping out such gigantic swaths of jungle that scientists now debate the "savannization" of the Amazon. Brazil just announced that deforestation is on track to double this year; Carter, a Texas cowboy with all the subtlety of a chainsaw, says it's going to get worse fast. "It gives me goose bumps," says Carter, who founded a nonprofit to promote sustainable ranching on the Amazon frontier. "It's like witnessing a rape."
The Amazon was the chic eco-cause of the 1990s, revered as an incomparable storehouse of biodiversity. It's been overshadowed lately by global warming, but the Amazon rain forest happens also to be an incomparable storehouse of carbon, the very carbon that heats up the planet when it's released into the atmosphere. Brazil now ranks fourth in the world in carbon emissions, and most of its emissions come from deforestation. Carter is not a man who gets easily spooked--he led a reconnaissance unit in Desert Storm, and I watched him grab a small anaconda with his bare hands in Brazil--but he can sound downright panicky about the future of the forest. "You can't protect it. There's too much money to be made tearing it down," he says. "Out here on the frontier, you really see the market at work."
This land rush is being accelerated by an unlikely source: biofuels. An explosion in demand for farm-grown fuels has raised global crop prices to record highs, which is spurring a dramatic expansion of Brazilian agriculture, which is invading the Amazon at an increasingly alarming rate.
Propelled by mounting anxieties over soaring oil costs and climate change, biofuels have become the vanguard of the green-tech revolution, the trendy way for politicians and corporations to show they're serious about finding alternative sources of energy and in the process slowing global warming. The U.S. quintupled its production of ethanol--ethyl alcohol, a fuel distilled from plant matter--in the past decade, and Washington has just mandated another fivefold increase in renewable fuels over the next decade. Europe has similarly aggressive biofuel mandates and subsidies, and Brazil's filling stations no longer even offer plain gasoline. Worldwide investment in biofuels rose from $5 billion in 1995 to $38 billion in 2005 and is expected to top $100 billion by 2010, thanks to investors like Richard Branson and George Soros, GE and BP, Ford and Shell, Cargill and the Carlyle Group. Renewable fuels has become one of those motherhood-and-apple-pie catchphrases, as unobjectionable as the troops or the middle class.
But several new studies show the biofuel boom is doing exactly the opposite of what its proponents intended: it's dramatically accelerating global warming, imperiling the planet in the name of saving it. Corn ethanol, always environmentally suspect, turns out to be environmentally disastrous. Even cellulosic ethanol made from switchgrass, which has been promoted by eco-activists and eco-investors as well as by President Bush as the fuel of the future, looks less green than oil-derived gasoline.
Meanwhile, by diverting grain and oilseed crops from dinner plates to fuel tanks, biofuels are jacking up world food prices and endangering the hungry. The grain it takes to fill an SUV tank with ethanol could feed a person for a year. Harvests are being plucked to fuel our cars instead of ourselves. The U.N.'s World Food Program says it needs $500 million in additional funding and supplies, calling the rising costs for food nothing less than a global emergency. Soaring corn prices have sparked tortilla riots in Mexico City, and skyrocketing flour prices have destabilized Pakistan, which wasn't exactly tranquil when flour was affordable.
Biofuels do slightly reduce dependence on imported oil, and the ethanol boom has created rural jobs while enriching some farmers and agribusinesses. But the basic problem with most biofuels is amazingly simple, given that researchers have ignored it until now: using land to grow fuel leads to the destruction of forests, wetlands and grasslands that store enormous amounts of carbon.
Backed by billions in investment capital, this alarming phenomenon is replicating itself around the world. Indonesia has bulldozed and burned so much wilderness to grow palm oil trees for biodiesel that its ranking among the world's top carbon emitters has surged from 21st to third according to a report by Wetlands International. Malaysia is converting forests into palm oil farms so rapidly that it's running out of uncultivated land. But most of the damage created by biofuels will be less direct and less obvious. In Brazil, for instance, only a tiny portion of the Amazon is being torn down to grow the sugarcane that fuels most Brazilian cars. More deforestation results from a chain reaction so vast it's subtle: U.S. farmers are selling one-fifth of their corn to ethanol production, so U.S. soybean farmers are switching to corn, so Brazilian soybean farmers are expanding into cattle pastures, so Brazilian cattlemen are displaced to the Amazon. It's the remorseless economics of commodities markets. "The price of soybeans goes up," laments Sandro Menezes, a biologist with Conservation International in Brazil, "and the forest comes down."
Deforestation accounts for 20% of all current carbon emissions. So unless the world can eliminate emissions from all other sources--cars, power plants, factories, even flatulent cows--it needs to reduce deforestation or risk an environmental catastrophe. That means limiting the expansion of agriculture, a daunting task as the world's population keeps expanding. And saving forests is probably an impossibility so long as vast expanses of cropland are used to grow modest amounts of fuel. The biofuels boom, in short, is one that could haunt the planet for generations--and it's only getting started.
Why the Amazon Is on Fire
This destructive biofuel dynamic is on vivid display in Brazil, where a Rhode Island--size chunk of the Amazon was deforested in the second half of 2007 and even more was degraded by fire. Some scientists believe fires are now altering the local microclimate and could eventually reduce the Amazon to a savanna or even a desert. "It's approaching a tipping point," says ecologist Daniel Nepstad of the Woods Hole Research Center.
I spent a day in the Amazon with the Kamayura tribe, which has been forced by drought to replant its crops five times this year. The tribesmen I met all complained about hacking coughs and stinging eyes from the constant fires and the disappearance of the native plants they use for food, medicine and rituals. The Kamayura had virtually no contact with whites until the 1960s; now their forest is collapsing around them. Their chief, Kotok, a middle-aged man with an easy smile and Three Stooges hairdo that belie his fierce authority, believes that's no coincidence. "We are people of the forest, and the whites are destroying our home," says Kotok, who wore a ceremonial beaded belt, a digital watch, a pair of flip-flops and nothing else. "It's all because of money."
Kotok knows nothing about biofuels. He's more concerned about his tribe's recent tendency to waste its precious diesel-powered generator watching late-night soap operas. But he's right. Deforestation can be a complex process; for example, land reforms enacted by Brazilian President Luiz Inácio Lula da Silva have attracted slash-and-burn squatters to the forest, and "use it or lose it" incentives have spurred some landowners to deforest to avoid redistribution.
The basic problem is that the Amazon is worth more deforested than it is intact. Carter, who fell in love with the region after marrying a Brazilian and taking over her father's ranch, says the rate of deforestation closely tracks commodity prices on the Chicago Board of Trade. "It's just exponential right now because the economics are so good," he says. "Everything tillable or grazeable is gouged out and cleared."
That the destruction is taking place in Brazil is sadly ironic, given that the nation is also an exemplar of the allure of biofuels. Sugar growers here have a greener story to tell than do any other biofuel producers. They provide 45% of Brazil's fuel (all cars in the country are able to run on ethanol) on only 1% of its arable land. They've reduced fertilizer use while increasing yields, and they convert leftover biomass into electricity. Marcos Jank, the head of their trade group, urges me not to lump biofuels together: "Grain is good for bread, not for cars. But sugar is different." Jank expects production to double by 2015 with little effect on the Amazon. "You'll see the expansion on cattle pastures and the Cerrado," he says.
So far, he's right. There isn't much sugar in the Amazon. But my next stop was the Cerrado, south of the Amazon, an ecological jewel in its own right. The Amazon gets the ink, but the Cerrado is the world's most biodiverse savanna, with 10,000 species of plants, nearly half of which are found nowhere else on earth, and more mammals than the African bush. In the natural Cerrado, I saw toucans and macaws, puma tracks and a carnivorous flower that lures flies by smelling like manure. The Cerrado's trees aren't as tall or dense as the Amazon's, so they don't store as much carbon, but the region is three times the size of Texas, so it stores its share.
At least it did, before it was transformed by the march of progress--first into pastures, then into sugarcane and soybean fields. In one field I saw an array of ovens cooking trees into charcoal, spewing Cerrado's carbon into the atmosphere; those ovens used to be ubiquitous, but most of the trees are gone. I had to travel hours through converted Cerrado to see a 96-acre (39 hectare) sliver of intact Cerrado, where a former shopkeeper named Lauro Barbosa had spent his life savings for a nature preserve. "The land prices are going up, up, up," Barbosa told me. "My friends say I'm a fool, and my wife almost divorced me. But I wanted to save something before it's all gone."
The environmental cost of this cropland creep is now becoming apparent. One groundbreaking new study in Science concluded that when this deforestation effect is taken into account, corn ethanol and soy biodiesel produce about twice the emissions of gasoline. Sugarcane ethanol is much cleaner, and biofuels created from waste products that don't gobble up land have real potential, but even cellulosic ethanol increases overall emissions when its plant source is grown on good cropland. "People don't want to believe renewable fuels could be bad," says the lead author, Tim Searchinger, a Princeton scholar and former Environmental Defense attorney. "But when you realize we're tearing down rain forests that store loads of carbon to grow crops that store much less carbon, it becomes obvious."
The growing backlash against biofuels is a product of the law of unintended consequences. It may seem obvious now that when biofuels increase demand for crops, prices will rise and farms will expand into nature. But biofuel technology began on a small scale, and grain surpluses were common. Any ripples were inconsequential. When the scale becomes global, the outcome is entirely different, which is causing cheerleaders for biofuels to recalibrate. "We're all looking at the numbers in an entirely new way," says the Natural Resources Defense Council's Nathanael Greene, whose optimistic "Growing Energy" report in 2004 helped galvanize support for biofuels among green groups.
Several of the most widely cited experts on the environmental benefits of biofuels are warning about the environmental costs now that they've recognized the deforestation effect. "The situation is a lot more challenging than a lot of us thought," says University of California, Berkeley, professor Alexander Farrell, whose 2006 Science article calculating the emissions reductions of various ethanols used to be considered the definitive analysis. The experts haven't given up on biofuels; they're calling for better biofuels that won't trigger massive carbon releases by displacing wildland. Robert Watson, the top scientist at the U.K.'s Department for the Environment, recently warned that mandating more biofuel usage--as the European Union is proposing--would be "insane" if it increases greenhouse gases. But the forces that biofuels have unleashed--political, economic, social--may now be too powerful to constrain.
America the Bio-Foolish
The best place to see this is America's biofuel mecca: Iowa. Last year fewer than 2% of U.S. gas stations offered ethanol, and the country produced 7 billion gal. (26.5 billion L) of biofuel, which cost taxpayers at least $8 billion in subsidies. But on Nov. 6, at a biodiesel plant in Newton, Iowa, Hillary Rodham Clinton unveiled an eye-popping plan that would require all stations to offer ethanol by 2017 while mandating 60 billion gal. (227 billion L) by 2030. "This is the fuel for a much brighter future!" she declared. Barack Obama immediately criticized her--not for proposing such an expansive plan but for failing to support ethanol before she started trolling for votes in Iowa's caucuses.
If biofuels are the new dotcoms, Iowa is Silicon Valley, with 53,000 jobs and $1.8 billion in income dependent on the industry. The state has so many ethanol distilleries under construction that it's poised to become a net importer of corn. That's why biofuel-pandering has become virtually mandatory for presidential contenders. John McCain was the rare candidate who vehemently opposed ethanol as an outrageous agribusiness boondoggle, which is why he skipped Iowa in 2000. But McCain learned his lesson in time for this year's caucuses. By 2006 he was calling ethanol a "vital alternative energy source."
Members of Congress love biofuels too, not only because so many dream about future Iowa caucuses but also because so few want to offend the farm lobby, the most powerful force behind biofuels on Capitol Hill. Ethanol isn't about just Iowa or even the Midwest anymore. Plants are under construction in New York, Georgia, Oregon and Texas, and the ethanol boom's effect on prices has helped lift farm incomes to record levels nationwide.
Someone is paying to support these environmentally questionable industries: you. In December, President Bush signed a bipartisan energy bill that will dramatically increase support to the industry while mandating 36 billion gal. (136 billion L) of biofuel by 2022. This will provide a huge boost to grain markets.
Why is so much money still being poured into such a misguided enterprise? Like the scientists and environmentalists, many politicians genuinely believe biofuels can help decrease global warming. It makes intuitive sense: cars emit carbon no matter what fuel they burn, but the process of growing plants for fuel sucks some of that carbon out of the atmosphere. For years, the big question was whether those reductions from carbon sequestration outweighed the "life cycle" of carbon emissions from farming, converting the crops to fuel and transporting the fuel to market. Researchers eventually concluded that yes, biofuels were greener than gasoline. The improvements were only about 20% for corn ethanol because tractors, petroleum-based fertilizers and distilleries emitted lots of carbon. But the gains approached 90% for more efficient fuels, and advocates were confident that technology would progressively increase benefits.
There was just one flaw in the calculation: the studies all credited fuel crops for sequestering carbon, but no one checked whether the crops would ultimately replace vegetation and soils that sucked up even more carbon. It was as if the science world assumed biofuels would be grown in parking lots. The deforestation of Indonesia has shown that's not the case. It turns out that the carbon lost when wilderness is razed overwhelms the gains from cleaner-burning fuels. A study by University of Minnesota ecologist David Tilman concluded that it will take more than 400 years of biodiesel use to "pay back" the carbon emitted by directly clearing peat lands to grow palm oil; clearing grasslands to grow corn for ethanol has a payback period of 93 years. The result is that biofuels increase demand for crops, which boosts prices, which drives agricultural expansion, which eats forests. Searchinger's study concluded that overall, corn ethanol has a payback period of about 167 years because of the deforestation it triggers.
Not every kernel of corn diverted to fuel will be replaced. Diversions raise food prices, so the poor will eat less. That's the reason a U.N. food expert recently called agrofuels a "crime against humanity." Lester Brown of the Earth Policy Institute says that biofuels pit the 800 million people with cars against the 800 million people with hunger problems. Four years ago, two University of Minnesota researchers predicted the ranks of the hungry would drop to 625 million by 2025; last year, after adjusting for the inflationary effects of biofuels, they increased their prediction to 1.2 billion.
Industry advocates say that as farms increase crop yields, as has happened throughout history, they won't need as much land. They'll use less energy, and they'll use farm waste to generate electricity. To which Searchinger says: Wonderful! But growing fuel is still an inefficient use of good cropland. Strange as it sounds, we're better off growing food and drilling for oil. Sure, we should conserve fuel and buy efficient cars, but we should keep filling them with gas if the alternatives are dirtier.
The lesson behind the math is that on a warming planet, land is an incredibly precious commodity, and every acre used to generate fuel is an acre that can't be used to generate the food needed to feed us or the carbon storage needed to save us. Searchinger acknowledges that biofuels can be a godsend if they don't use arable land. Possible feedstocks include municipal trash, agricultural waste, algae and even carbon dioxide, although none of the technologies are yet economical on a large scale. Tilman even holds out hope for fuel crops--he's been experimenting with Midwestern prairie grasses--as long as they're grown on "degraded lands" that can no longer support food crops or cattle.
Changing the Incentives
That's certainly not what's going on in Brazil. There's a frontier feel to the southern Amazon right now. Gunmen go by names like Lizard and Messiah, and Carter tells harrowing stories about decapitations and castrations and hostages. Brazil has remarkably strict environmental laws--in the Amazon, landholders are permitted to deforest only 20% of their property--but there's not much law enforcement. I left Kotok to see Blairo Maggi, who is not only the soybean king of the world, with nearly half a million acres (200,000 hectares) in the province of Mato Grosso, but also the region's governor. "It's like your Wild West right now," Maggi says. "There's no money for enforcement, so people do what they want."
Maggi has been a leading pioneer on the Brazilian frontier, and it irks him that critics in the U.S.--which cleared its forests and settled its frontier 125 years ago but still provides generous subsidies to its farmers--attack him for doing the same thing except without subsidies and with severe restrictions on deforestation. Imagine Iowa farmers agreeing to keep 80%--or even 20%--of their land in native prairie grass. "You make us sound like bandits," Maggi tells me. "But we want to achieve what you achieved in America. We have the same dreams for our families. Are you afraid of the competition?"
Maggi got in trouble recently for saying he'd rather feed a child than save a tree, but he's come to recognize the importance of the forest. "Now I want to feed a child and save a tree," he says with a grin. But can he do all that and grow fuel for the world as well? "Ah, now you've hit the nail on the head." Maggi says the biofuel boom is making him richer, but it's also making it harder to feed children and save trees. "There are many mouths to feed, and nobody's invented a chip to create protein without growing crops," says his pal Homero Pereira, a congressman who is also the head of Mato Grosso's farm bureau. "If you don't want us to tear down the forest, you better pay us to leave it up!"
Everyone I interviewed in Brazil agreed: the market drives behavior, so without incentives to prevent deforestation, the Amazon is doomed. It's unfair to ask developing countries not to develop natural areas without compensation. Anyway, laws aren't enough. Carter tried confronting ranchers who didn't obey deforestation laws and nearly got killed; now his nonprofit is developing certification programs to reward eco-sensitive ranchers. "People see the forest as junk," he says. "If you want to save it, you better open your pocketbook. Plus, you might not get shot."
The trouble is that even if there were enough financial incentives to keep the Amazon intact, high commodity prices would encourage deforestation elsewhere. And government mandates to increase biofuel production are going to boost commodity prices, which will only attract more investment. Until someone invents that protein chip, it's going to mean the worst of everything: higher food prices, more deforestation and more emissions.
Advocates are always careful to point out that biofuels are only part of the solution to global warming, that the world also needs more energy-efficient lightbulbs and homes and factories and lifestyles. And the world does need all those things. But the world is still going to be fighting an uphill battle until it realizes that right now, biofuels aren't part of the solution at all. They're part of the problem.
이 문제에 대해서 우리나라에선 이미 오마이뉴스에서 한 번 시리즈로 다룬 적이 있습니다. 오마이뉴스는 이런 보도에서 너무 한쪽 의견을 대변하는 경향이 있지만 (특히 GMO관련되서) 그래도 읽어보면 몰랐던 사실들을 알게 됩니다.
2008년 2월 27일 수요일
10 Emerging Technologies 2008 - Cellulolytic Enzymes
여기서 Cellulolytic Enzymes란 섬유소를 분해하는 효소를 총칭하는 것으로 가장 대표적인 것으로 세제나 청바지 물빼는 데 사용하는 cellulase가 있습니다. 그런데 이 효소는 이미 가장 잘 알려진 효소이고 산업적으로도 다양하게 사용되는 효소입니다. 하지만 이 효소가 다시 주목을 받는 이유는 바로 바이오연료 (Biofuel), 특히 그 중에서도 bioethanol 때문입니다.
이미 이 블로그에도 작년초부터 몇 번 다룬 바 있습니다. 바이오에탄올 덕분에 옥수수값이 상승하고 있다는 이야기, 그래서 가용 식량 작물이 아닌 셀룰로직 바이오매스를 이용한 cellulosic ethanol에 대한 관심이 상승하고 있고 미국 에너지성 (DOE, Department of Energy)에서 6곳을 지정해서 생산시험을 하고 있다는 이야기, 그리고 작년 여름에 제가 있던 곳을 포함해서3곳의 컨소시엄을 DOE가 지정했다는 뉴스 등을 말입니다.
최근에 새우깡 가격이 오르고 라면값이 오른다는 것도 이와 무관하지 않습니다. 또한 바이오에탄올에 대한 반대의 목소리도 꾸준해져서 얼마전에 오마이뉴스에서 브라질의 사탕수수 농장의 바이오에탄올 생산에 관한 시리즈물을 다룬 적도 있습니다. 결국 가능한 최선의 대안 중 하나는 바로 cellulosic ethanol이고 이를 위해서는 셀룰로스를 미생물이 이용할 수 있는 당으로 분해하는 것이 가장 중요한 key step이 되는 것이지요.
이 Cellulolytic enzymes의 연구자 대표로 소개된 연구자는 바로 프란시스 아놀드 (Francis Arnold)입니다. 프란시스 아놀드는 캘리
결국 가장 많이 연구된 효소의 하나인 cellulase인데도 이 효소가 10 Emerging Technologies 2008 에 선정이 된 이유는 아직도 안정하고 빠르게 셀룰로스를 당화시킬 수 있는 효소가 드물다는 이야기죠. 게다가 당화 시킨 포도당을 알콜 발효로 전환시키는 효율도 높여야 하겠구요.
글루코스의 알파 결합물인 전분과는 달리 글루코스 베타 결합물인 셀룰로스의 분해는 생각만큼 쉽지 않습니다. 더 큰 문제는 셀룰로스는 보통 리그니, 헤미셀룰로스 등과 섞여 있기 때문에 천연 바이오매스를 전처리 없이 사용하기가 어렵습니다. 그래서 새로운 효소를 자연계에서 찾는 것과 아울러 기존의 효소들을 유전공학적인 방법으로 개량해 내는 기술이 필요한 것이죠. 그 기술을 분자 진화, 또는 directed evolution이라고 합니다.
이런 기술에도 극한미생물이 사용되곤 합니다. 그 예가 작년 5월 한겨레신문에 소개된 "볏짚으로 가는 자동차 달려온다" 라는 기사입니다. 이 기사에서 소개된 특별한 기술은 바로 이것이었습니다.
바이오가솔의 핵심기술은 70도의 높은 온도에서 이뤄지는 목당 발효공정이다. 랑바드는 “아이슬란드 간헐천에서 채집한 호열박테리아를 활용해 높은 에탄올 변환율을 달성했다”고 소개했다.
이렇듯 고온성 미생물은 다양한 곳에 응용이 가능합니다. 슬슬 저도 이쪽 연구 준비를 해야겠습니다.^^
(한가지 우스개 소리를 하고 마치자면 제가 석사과정에 들어와서 처음 했던 연구가 바로 이 cellulase효소 유전자 클로닝이었습니다. 그 때 생각보다 일찍 성공을 했기에 지금까지 당관련 효소 유전자를 만지작 거리고 있지요. 그런데 그 과제가 동력자원부 과제였는데 모두들 그거 해봐야 안된다고 그랬던 사람들이 지금 이 뉴스들을 보면 과연 기분이 어떨까요. 여전히 안되는 것이라고 할까요???)
TR10 : Cellulolytic Enzymes
바이오에탄올 덕분에 옥수수값이 두배 상승
또 하나의 대체에너지 Cellulosic Ethanol (바이오에탄올)
DOE 바이오에너지 연구센터 3곳 선정
볏짚으로 가는 자동차 달려온다 (한겨레신문)
* 사진은 모두 Technology Review에서 인용했습니다.
2007년 6월 27일 수요일
DOE 바이오에너지 연구센터 3곳 선정
그 세곳은 다음과 같습니다.
The Oak Ridge National Laboratory,
The National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colo.;
The Georgia Institute of Technology, Atlanta;
The University of Georgia, Athens,
The University of Tennessee, Knoxville.
등의 연구기관이 참여하고 Diversa (새 이름은 Verenium), Mascoma 등의 기업이 함께 참여합니다.
2. Great Lakes center
the University of Wisconsin,
Michigan State University, East Lansing;
the Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Wash.;
the Lucigen Corporation, Middleton, Wis.;
the University of Florida, Gainesville;
Oak Ridge National Laboratory;
Illinois State University, Normal;
and Iowa State University, Ames
등의 연구기관이 참여한다고 합니다.
3. Joint Bioenergy Institute
the Lawrence Berkeley National Laboratory in California,
Sandia National Laboratories;
Lawrence Livermore National Laboratory;
the University of California, Berkeley;
the University of California, Davis;
라고 하네요.
각 센터는 앞으로 5년 이내에 새로운 바이오에너지 관련 기술을 개발하는 일을 맡게되며 특별히 cellulosic ethanol, biodiesel 등의 연구를 진행할 것으로 생각됩니다. 각 센터는 매년 2천5백만불 (약 250억)의 지원금을 받는다고 하는군요.
좀 더 자세한 뉴욕타임즈의 기사 전문은 아래를 클릭하시길...
more..
U.S. Is Creating 3 Centers for Research on Biofuels
WASHINGTON, June 25 — The Energy Department is creating three bioenergy research centers to find new ways to turn plants into fuel.
The three centers, which the department described as three start-up companies with $125 million each in capital, will be in Oak Ridge, Tenn.; Madison, Wis.; and near Berkeley, Calif. They will involve numerous universities, national laboratories and private companies. The goal of the centers, which are to be announced on Tuesday, is to bring new technologies to market within five years.
The new approach supports President Bush’s goal of reducing gasoline consumption by 20 percent in 10 years.
The bioenergy centers will focus on finding naturally occurring microbes that can break down lignin, a component of plants and trees, to give access to the material inside, called cellulose. The cellulose can be converted into ethanol or other liquid fuels, like butanol and biodiesel, said Raymond L. Orbach, the under secretary for science at the Energy Department.
Today, companies trying to commercialize cellulosic ethanol use heat and acids, an expensive process.
They have focused on the cellulose itself, which is made up of six-carbon sugars, the kind that is found in grains that have been turned into fermented products like beer for thousands of years, and of five-carbon sugars, which cannot be fermented by ordinary means. These are bound together tightly, and must be loosened by biological processes.
“There has been tremendous progress,” Dr. Orbach said. “But if you don’t fix the front end, the back end isn’t going be very efficient.”
The centers will also work on creating new crops that produce lignin that is easier to deal with, he said.
Ethanol is increasingly used as a gasoline substitute, but that has driven up the price of corn. “There’s a lot of biomass in our country that has nothing to do with corn or any other food,” Dr. Orbach said in an interview. One such plentiful plant often mentioned is switch grass.
In another area, the department announced Monday that it would help establish laboratories in Texas and Massachusetts to test designs for wind turbine blades up to 300 feet long, about twice the length of blades now in common use. The size of wind turbines in use has tripled in the last five years and could triple again, but this would require blades of lighter materials that are three times the length of the longest blade that can be reliably tested now in this country, said Andrew Karsner, assistant secretary for energy efficiency and renewable energy.
The two announcements are part of a highly public campaign by the Bush administration to stress its commitment to renewable energy.
One of the new bioenergy centers will be led by the Oak Ridge National Laboratory, an Energy Department lab in Tennessee. Participants include another lab, the National Renewable Energy Laboratory, Golden, Colo.; the Georgia Institute of Technology, Atlanta; the University of Georgia, Athens, and the University of Tennessee, Knoxville.
A Great Lakes center, in Madison, Wis., will be led by the University of Wisconsin, and will include Michigan State University, East Lansing; the Pacific Northwest National Laboratory, Richland, Wash.; the Lucigen Corporation, Middleton, Wis.; the University of Florida, Gainesville; Oak Ridge National Laboratory; Illinois State University, Normal; and Iowa State University, Ames.
The third, the Joint Bioenergy Institute, will be led by the Lawrence Berkeley National Laboratory in California, and will include Sandia National Laboratories; Lawrence Livermore National Laboratory; the University of California, Berkeley; the University of California, Davis; and Stanford. Dr. Orbach said that the centers’ geographic diversity would help researchers examine a wide range of plants.
The centers, each to be financed by $25 million a year, are supposed to be fully operational by the fiscal year beginning Sept. 1, 2009.
2007년 6월 23일 토요일
충격! Diversa가 Biofuel에 올인하여 새 회사로 합병!
Dicersa는 간데없고 베레니움이라는 회사가 떡하니 버티고 있더군요. 그리고 그 한 편에 있는 안내글...
DIVERSA AND CELUNOL HAVE MERGED TO CREATE VERENIUM, A NEW BIOFUELS INDUSTRY LEADER FOR THE GREEN MILLENNIUM
회사의 모토는 "The Nature of Energy" 이군요.
최고로 다양한 효소 스크리닝 및 다양성 확보 기술 보유 바이오텍 기업과 셀룰로스로 에탄올 만드는 기업과의 합병이라... 확실히 고유가 시대를 맞은 미국에서 바이오에탄올 및 바이오연료가 중요해진 모양입니다. 갑자기 Maxygen의 앞날이 궁금해지는 것은 저만이 아니겠지요?
자세한 보도자료는 아래 (http://biz.yahoo.com/prnews/070620/law149.html?.v=2)
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| Press Release | Source: Diversa Corporation |
Diversa and Celunol Complete Merger to Create Verenium Corporation, a Leader in the Emerging Biofuels Industry
Wednesday June 20, 8:36 pm ET
Stockholders of both companies approved the merger and merger-related proposals earlier today, and all regulatory approvals and closing conditions have been satisfied.
"We are pleased that our respective shareholders have approved our merger and believe their support reinforces our belief in the compelling investment proposition afforded by this transaction," said Carlos A. Riva, President and Chief Executive Officer of Verenium. "After several months of diligent integration planning between the two companies, we are excited to become a single organization and are confident that the transaction represents a unique opportunity for our partners, employees, and shareholders."
"Verenium is now positioned to be a vertically-integrated leader in the rapidly-evolving worldwide biofuels industry through the unique combination of assets, technologies, and personnel resulting from this merger. We believe that commercial success in this industry requires broad R&D capabilities and asset development expertise, which we have now brought together within one, highly-focused company, Verenium Corporation."
Verenium begins operations with numerous unique attributes, including:
-- Fully-integrated, end-to-end capabilities in pre-treatment, novel
enzyme development, fermentation, engineering, and project development;
-- One of the only operational cellulosic ethanol pilot plants in the
United States;
-- A 1.4 million gallon-per-year demonstration-scale facility, currently
under construction, to produce cellulosic ethanol from sugarcane
bagasse and specially-bred energy cane;
-- A diverse and growing portfolio of commercialized industrial enzyme
products; and
-- Over 300 issued or in-licensed patents for its technologies and
processes, as well as over 450 pending patents.
Verenium will be structured and managed as three distinct, but interdependent, organizational units: Specialty Enzymes Business Unit, Biofuels Business Unit, and Research and Development. The Specialty Enzymes Business Unit currently generates commercial revenue from multiple sources, including industrial enzyme product sales, technology licenses, strategic partnerships, and government grants. The Biofuels Business Unit will be primary focused on the commercial-scale production and sale of cellulosic ethanol from company-managed production facilities throughout the US, as well as strategic partnerships and related revenue arrangements around the world. The Research and Development organization's primary goal will be to support both Verenium Business Units, as well as various existing strategic collaborative partners. As of March 31, 2007, the Company had cash, cash-equivalents, and short-term investments on hand of approximately $125.5 million, which, together with approximately $20 million received in early April from the exercise of an over-allotment option related to the recent convertible notes offering, it believes to be sufficient to fund operations through at least 2008.
Verenium's Board of Directors will initially consist of nine members, six from Diversa and three from Celunol, including Mr. Riva. The non-employee Board members are: Dr. James Cavanaugh, who will serve as Chairman of the Board of Directors; Peter Johnson; Fernand Kaufmann, Ph.D.; Mark Leschly; Melvin Simon, Ph.D.; Cheryl Wenzinger; Joshua Ruch; and Michael Zak.
The Company's executive management team is being led by Carlos A. Riva, President, Chief Executive Officer, and Director, and John A. McCarthy, Jr., Executive Vice President and Chief Financial Officer.
Verenium will be headquartered in Cambridge, Massachusetts and have research and operations facilities in San Diego, California; Jennings, Louisiana; and Gainesville, Florida. Due to the complementary nature of the two companies and the level of development activities being pursued, the company anticipates increasing its staff in Cambridge and Jennings, as well as building additional staff over time in San Diego to support the growth of the enzyme business and research and development efforts of the Company.
In connection with the merger, Diversa will issue 15 million shares of common stock in exchange for all outstanding equity securities of Celunol, which includes shares issuable under Celunol options and warrants that will be assumed by the Company. As a result of the merger, former Celunol security holders will own approximately 24 percent of the Company, while Diversa shareholders will own approximately 76 percent. Immediately following the merger, the Company will have approximately 63 million shares outstanding.
About Verenium
Cambridge-based Verenium Corporation is a leader in the development and commercialization of cellulosic ethanol, an environmentally-friendly and renewable transportation fuel, as well as high-performance specialty enzymes for applications within the biofuels, industrial, and health and nutrition markets. The Company possesses integrated, end-to-end capabilities in pre- treatment, novel enzyme development, fermentation, engineering, and project development and is moving rapidly to commercialize its proprietary technology for the production of ethanol from a wide array of feedstocks, including sugarcane bagasse, dedicated energy crops, agricultural waste, and wood products. In addition to the vast potential for biofuels, a multitude of large-scale industrial opportunities exist for the Company for products derived from the production of low-cost, biomass-derived sugars.
Verenium's Specialty Enzyme business harnesses the power of enzymes to create a broad range of specialty products to meet high-value commercial needs. Verenium's world class R&D organization is renowned for its capabilities in the rapid screening, identification, and expression of enzymes-proteins that act as the catalysts of biochemical reactions.
Verenium recently completed a significant upgrade of one of the nation's first operational cellulosic ethanol pilot facilities located in Jennings, Louisiana and expects to achieve mechanical completion of a 1.4 million gallon-per-year, demonstration-scale facility to produce cellulosic ethanol by the end of 2007. In addition, the Company's process technology has been licensed by Tokyo-based Marubeni Corp. and Tsukishima Kikai Co., LTD and has been incorporated into BioEthanol Japan's 1.4 million liter-per-year cellulosic ethanol plant in Osaka, Japan -- the world's first commercial-scale plant to produce cellulosic ethanol from wood construction waste. For more information on Verenium, visit http://www.verenium.com.
Forward Looking Statements
Statements in this press release that are not strictly historical are "forward-looking" and involve a high degree of risk and uncertainty. These include statements related to the Company's competitive advantages and position, technical, operations, production and personnel capabilities, commercial opportunities, prospects for technical and commercial development and success, plans for expanding its cellulosic ethanol business, including by managing production facilities throughout the U.S. and through strategic partnerships and other arrangements elsewhere, and other growth, and the sufficiency of its cash equivalents to fund its operations through 2008. Such statements are only predictions, and actual events or results may differ materially from those projected in such forward-looking statements. Factors that could cause or contribute to differences include, but are not limited to, the risk that the Company may not be able to successfully integrate its businesses or achieve synergies in a timely manner or to the extent anticipated, the risk that the marketplace for the Company's products and product candidates may change or be impacted by competition, supply issues or marketplace trends, the risk that technical, regulatory or manufacturing issues, new data or intellectual property disputes may affect the Company's commercial and/or development programs or that the Company may encounter other difficulties in developing its products, product candidates, and/or processes or in gaining approval or market acceptance of new products, processes, and/or technologies and risks and other uncertainties more fully described in the Company's (formerly Diversa's) filings with the Securities and Exchange Commission, including, but not limited to, the Company's (formerly Diversa's) quarterly report on Form 10-Q for the quarter ended March 31, 2007. These forward-looking statements speak only as of the date hereof. The Company expressly disclaims any intent or obligation to update these forward-looking statements.
Source: Diversa Corporation
2007년 5월 17일 목요일
2장 2절 세균성 극한미생물
2. 세균성 극한미생물들
자연계에는 매우 다양한 고온성, 저온성, 호염성, 호산성, 호알칼리성 등등의 극한성 세균들이 존재하는데 이들은 어떤 특정의 계통학적 위치를 차지하지는 않는다. 그러나 계통학적으로 아키아와 가장 가까운 위치를 차지하는 미생물이 Thermotoga와 Aqufax 이다. 여기서는 이 두 종의 미생물들과 자연계에서 가장 흔하게 발견되는 대표적인 극한성 세균들의 특성에 대해 알아보도록 하겠다.
1) Thermotoga maritima
이탈리아 불캐이노 지열지역 (geothermal area)에서 발견된 Thermotoga maritima는 가장 대표적인 초고온성 (최적온도 80C) 혐기세균이다. 전체 ORF의 24%가 아키아 유전자와 유사하기 때문에 아키아와 수평 유전자 이동 (lateral gene transfer)이 일어났을 것으로 추측한다. 아키아보다 훨씬 다양한 탄소원을 이용하고 다당류의 분해를 위해 type II secretion system을 통해 세포외로 당분해 효소들을 분비한다.
2) Aquifex aeolicus
최적온도가 95C인 초호열성 미세호기성 (microaerobic) 세균 Aquifex aeolicus는 수소, 산소, 이산화탄소, 무기염등에서 생육하는chemolithoautotroph이다. 따라서 아미노산, 당, yeast extracts 등의 유기물등은 이용하지 못한다. 계통학적인 위치로는 Thermotoga와 비슷하게 가장 아키아와 가깝지만 산소의 존재하에 생육할 수 있다는 점이 큰 차이다.
3) Thermus 속 미생물
Thermus 종은Deinococci class 에 속하고 다시 Deinococci class 는 Deinococcales와 Thermales 두개의 order로 구분되는데 이 중 Thermales는 대부분 고온성 세균이다. 가장 먼저 1969년 토마스 브록에 의해 발견된 Thermus aquaticus는 70 C 에서 최적으로 생육하는 호기성 세균으로 PCR에 사용되는 Taq polymerase로 유명한 미생물이지만 아직까지 그 지놈이 밝혀져있지 않다. 현재까지는 일본과 독일의 연구진이 서로 다른 Thermus thermophilus 종의 지놈을 보고하였다.
4) Bacillus성 극한미생물
그램 양성이며 고온에서 안정한 포자 (endospore)를 가지고 있는 간균류인 바실러스는 매우 다양한 종류가 존재하며 우리 실생활과 밀접한 관련을 가지고 있는 미생물이다. 현재까지 3천종이 넘는 바실러스 속 미생물이 보고되었고 (NCBI taxonomy subtree 3461종) 2001년 Nazina 등(Nazina, Tourova et al. 2001)에 의해 Geobacillus라는 새로운 종으로 이름이 바뀌는 등 다양한 종명으로 분화되고 있으나 과거에는 모두 바실러스로 불리웠다. 일반적으로 가장 잘 알려진 고온성 바실러스인 Bacillus stearothermophilus와 Bacillus thermoleovorans 등은 모두 Geobacillus로 명칭이 바뀌었다. 호산성 (B. acidocaldarius, B. coagulans, B. polymyxa), 호알칼리성 (B. alcalophilus, B. halodurans, B. pasteurii), 호염성(B. pantothenticus, B. pasteurii) , 저온성 (B. globisporus, B. insolitus, B. marinus, B. macquariensis, B. megaterium, B. polymyxa), 고온성 (B. acidocaldarius, B. schlegelii, and B. stearothermophilus) 등 다양한 특성을 보인다. 바실러스류의 대표적인 극한미생물들은 다음과 같다.
i) Alicyclobacillus acidocaldarius
온도범위 45oC 에서 65oC 사이, pH 범위 2 에서 6사이에서 생육하는 고온성이자 호산성미생물. 산성환경에서 분리되었고 일반적인 바실러스 포자와 달리 고온에서 불안정한 포자를 가지고 있다.
ii) Bacillus alcalophilus과 Bacillus halodurans
pH 7에서 잘 자라지 않고 pH 10 이상에서 자라는 대표적 호알칼리성 미생물이다. 세제에 사용되는 단백질분해효소, lipases, cellulases, pullulanases 등이 산업적으로 이용되고 있다. 대표적인 세제용 효소 생산업체인 제넨코에서 현재 지놈 프로젝트가 진행중에 있다.
Bacillus halodurans는 Bacillus subtilis 와 유사하나 호알칼리성이고 역시 중성 pH에서 잘 자라지 못하고 pH 9.5 이상에서 잘 자란다. 1977년 Bacillus halodurans C-125 균이 일본 연구진에 의해 발견되어 가장 많이 연구된 호염성미생물이 되었다. 2000년에 지놈 프로젝트가 완성(Takami and Horikoshi 2000; Takami, Nakasone et al. 2000)되어 활발한 연구가 진행중에 있다.
iii) Geobacillus stearothermophilus
1920년 동크에 의해 가장 먼저 발견된 고온성 미생물로서 최적 온도가 60에서 65 C 내외이며 내산성 성질도 가지고 있다. 현재 오클라호마 대학과 이란의 Tarbiat Modares 대학에서 각각 다른 strain의 지놈 프로젝트를 진행중에 있다.
5) Fervidobacterium
Thermotoga와 함께 Thermotogales에 속하는 고온성 미생물로서 최적온도는 70 C이고 혐기성 무포자 간균이다. Fervidobacterium pennivorans 은 강력한 serine protease의 일종인 fervidolysin을 분비하며 가금류의 깃털을 분해하는 능력(Friedrich and Antranikian 1996)을 보인다. 현재 DOE Joint Genome Institute에서Fervidobacterium nodosum Rt17-B1의 지놈프로젝트를 진행중에 있다.
6) Thermoanaerobacter
과거에 클로스트리듐 (Clostridium)으로 분류되던 일단의 고온성 혐기미생물들로서 특히 바이오에탄올 생산 및 다양한 산업용 효소 생산에 이용되는 Thermoanaerobacter ethanolicus (Clostridium thermohydrosulfuricum, 최적온도 60 C)와 초고온성에 가까운 최적온도 75 C에서 자라는 혐기성 그램 음성균 Thermoanaerobacter tengcongensis 가 대표적인 미생물이다.
호주의 병리학자 로빈 워런과 내과의사 배리 마셜에게 2005년 노벨 의학상을 안겨준 미생물 헬리코박터 파일로리 (Helicobacter pylori)는 위궤양을 일으키는 병원성 미생물로서 엄격한 의미에서는 극한미생물이라고 볼 수 없다. 헬리코박터 파일로리는 위점막에 붙어서 생육하는 그램 음성 미세호기성 세균으로서 인간의 위는 위산의 영향으로 pH 2(공복시)에서 pH 6(만복)까지 산성 환경이기 때문에헬리코박터 파일로리도 호산성일 것이라고 생각하기 쉽지만 실제 헬리코박터 파일로리의 최적 pH는 중성 (pH 6-7)에 가깝다 (Sidebotham, Worku et al. 2003).
인간의 위점막은 '벽세포(parietal cell)'와 '주세포 (chief cell)'로 이루어져 있는데 벽세포에서는 위산을 분비하고 주세포에서는 위산을 중화하는 중탄산염을 분비하여 위벽을 보호한다.헬리코박터 파일로리는 위점막 바깥쪽(주세포가 만드는 보호막과 위점막 상피세포의 경계부위)에 생육하기 때문에 산성 조건에 잘 노출되지 않는다.
잘 알려진 바대로 헬리코박터 파일로리가 위 속의 산성조건에서 생육할 수 있는 것은 강력한 urease 생산능력 덕분으로 생체 단백질의 약 6% 정도를 차지한다. 이 urease를 이용하여 위액속의 요소를 분해하면 에너지와 암모니아와 이산화탄소가 생기고 이를 통해 산에 대한 중화작용을 한다.
2007년 5월 8일 화요일
고온균을 이용한 볏짚으로 가는 자동차
오늘 자 한겨레신문에 재미있는 기사가 실렸습니다. 뭐 이미 사이언스에서 다루었던 cellulosic ethanol에 대한 내용인데요. 덴마크의 "바이오가솔"이라는 회사를 방문해서 쓴 기사인가 봅니다.
기사에서는 "덴마크공대 구내에 위치한 이곳은 이른바 ‘제 2세대 바이오에탄올’을 생산하는 세계 최초의 공장"이라고 하는데 정말인지는 잘 모르겠습니다. 기사에 따르면 "덴마크공대 비르깃 아링 교수는 지난해 차세대 바이오에탄올 생산법을 개발한 뒤, 직접 이 벤처기업을 차렸다"는데 이미 지난 번 포스트에서 봤듯이 미국에선 6개 회사에 DOE의 펀드를 받아 상업적 생산에 들어갔거든요. 아무튼 "이 회사가 바이오에탄올을 만드는데 쓰는 원료목록에는 이밖에 볏짚, 밀집, 버드나무, 옥수숫대, 당분을 짜낸 사탕수수 깍지, 커피찌꺼기 등"이라고 하네요.
하지만 정말 중요한 것은 바로 이거죠. "바이오가솔의 핵심기술은 70도의 높은 온도에서 이뤄지는 목당 발효공정이다. 랑바드는 “아이슬란드 간헐천에서 채집한 호열박테리아를 활용해 높은 에탄올 변환율을 달성했다”는 것 말입니다.
회사 사이트를보니 어떤 미생물인지는 공개하지 않았군요. 이렇게만 써 있습니다.
The xylose fermentation is performed in an “immo-bilized” reactor at 70oC where the BioGasol Concept transform pentoses into bioethanol using a thermophilic anaerobic bacterium that is able to convert both hexoses and pentoses into ethanol or ethanol/ hydrogen.
아무튼 점점 바이오에탄올에 대한 관심이 높아지는 것은 분명해 보입니다.
BioGasol 회사 사이트
'미생물 마법' 사탕수수밭에서 석유를 캔다 (한국일보)
각국들의 바이오에탄올 개발 특징 (아시아투데이)
카스트로, 노동절 맞아 美-브라질 에탄올 협력 비난 (매일경제)
2007년 4월 12일 목요일
바이오에탄올 덕분에 옥수수값이 두배 상승
최근 바이오에탄올의 붐이 불어서 미국에서 옥수수 값이 두 배로 올랐다고 합니다. 1 bushel (8갤런, 약 35리터)당 가격이 4불정도가 되었는데 2000년도에 비해 두 배 정도 오른 가격입니다. 역대 최고가격은 극심한 가뭄이 있었던 1996년에 bushel당 5불을 했던 것이라네요.
왼쪽의 그림에 잘 나타나 있습니다만 2006년 117억6천만 bushel 생산한 중에서
약 50%는 동물사료로,
19%는 수출,
18%는 바이오에탄올 생산,
11%는 식품용으로 사용되었다고 합니다.
하지만 지난 번에 말씀드린 대로 식량자원인 옥수수를 이용하는 것에 대한 비판도 만만치 않은데 아래 한국경제신문의 기사에 나온 보고서를 인용하면,
"바이오 연료에만 의존하면 세계적으로 기아 상황을 악화시킬 소지가 있다"면서 "세계은행 등 여러 기관에서 나온 연구논문들에 따르면 주요 곡물 가격이 1% 오를 때마다 전 세계 빈민층의 칼로리 소비량이 0.5% 줄어드는 것으로 추정된다"고 하네요.
하지만 지난 번 사이언스의 뉴스에 나온 셀룰로스를 이용한 에탄올 생산이 가능해진다면 이런 문제는 다 해결이 가능하겠다는 생각이 듭니다. 물론 미생물의 전분 이용성과 셀룰로스 이용성은 상당히 차이가 나기 때문에 발효효율을 어디까지 끌어올릴 수 있느냐가 중요한 문제가 되겠죠.
Corn: The inflation crop (CNN Money)
The great corn gold rush (Fortune)
Cellulosic Ethanol:Biofuel Researchers Prepare to Reap a New Harvest (Science)
How Biofuels Could Starve the Poor (Foreign Affairs)
Corn ethanol could hurt poor's food security; (biopact.com)
"`에탄올 연료붐` 기아 위기 심화시킬 것" (한국경제)
또 하나의 대체에너지 "Cellulosic Ethanol"
2007년 3월 31일 토요일
미국의 바이오매스 이용과 바이오에너지
여러 학회의 동향지들은 의외로 많은 정보들을 잘 다이제스트 해 놓은 경우가 많습니다. 조금 오래된 정보이긴 하지만 화학공학정보연구센터에서 제공하는 전문연구정보 통합검색을 이용하면 알짜배기 정보들을 접할 수 있습니다. 그 중에서 2002년 일본공업신문사 지구환경 8, 9월호에 실린 글을 소개한 ,
바이오매스-미국(1) 선진국 중에서 최대의 바이오매스 이용국
바이오매스-미국(2) 바이오매스 이용화학제품의 활동과 영향
이라는 글은 조금 오래된 글이긴 하지만 미국의 바이오매스 이용에 대한 변천사를 보여줍니다. 원문을 보실 분은 위를 클릭하시거나 아래를 참고하시길...
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미국은 부시정권의 지구온난화대책을 포함한 환경보전에 적극적인 대책을 하고 있지만 최근의 유럽처럼 관심을 모으고 있지는 않다. 하지만 실제로 선진국 중에서 최대의 바이오매스이용국은 미국이다. 또한 바이오매스이용에 있어서도 가장 빠른 시기부터 정책적인 대안을 하고 있는 국가이기도 하다.
미국의 바이오매스 이용자의 구성을 보면 공업부문이 전체의 3분의 2를 차지하고 있고 그중에 약 9할은 공업부문에서 바이오매스 제품을 취급하는 펄프, 제지산업, 목재관련 산업이 차지하고 있어 이러한 산업에서 이용이 많은 점은 북유럽 등과 마찬가지이다.
공업부문 다음으로 많은 것이 발전과 일반가정이며 양자는 전체의 15%를 차지하고 있다. 발전에 관해서는 발전용량은 930만kW에 달하며 대형화력발전소 9기 분에 해당돤다. 이것은 1978년부터 일찍이 오일쇼크의 교훈으로 에너지보안확보를 목적으로 전력회사에 발전사업자로부터 회피원가(전력회사가 새롭게 추가적으로 전력을 제공하는 경우에 드는 추가비용)에서의 전력조달을 요구하던 공익사업규제법(PURPA)에 의한 것이다.
이 법률의 시행에 따라 바이오매스를 이용한 소규모발전 설비 건설이 촉진되었으며 예를 들어 임업이 중요산업이 되고 있는 맨주에서는 미국 주 전체 발전량의 26%가 바이오매스 발전에 의해 공급되게 되었다.( 바이오매스자원의 이용방법에 관한 조사보고서 2000년3월, 임야청)
주요소비자의 펄프 제지산업과 목재산업
앞에서 설명한 바와 같이 공업에서 바이오매스 제품을 다루는 펄프, 제지산업 또는 목재산업이 바이오매스 에너지소비전체의 55%를 차지하고 있으며 이런 산업은 1190억 달러(14조엔)의 GDP(국내총생산)를 창출하는 거대산업이며 이 수치는 식품제조산업(1240억달러=15조엔)에 달하는 규모이다.
소규모의 제재업자와 개인 임업가가 많은 것도 사실이며 이런 산업에서 중요한 플레어는 1개사에서 수십만 ha 이상의 삼림을 소유하여 하류까지의 수직통합을 하고 또 다시 하류의 수많은 목재이용제품을 생산하는 대규모의 기업군이다. 그리고 이런 기업 중에는 해외에서의 삼림경영 진출과 국제적인 M&A에 따라 국제적인 무대가 되는 규모의 경제성을 추구하는 움직임이기도 하다.
미국의 임업은 글로발적인 최대비즈니스이다. 이런 기업의 경영은 내외의 경쟁에 따라 극히 효율적으로 당연한 것이며 시장원리에 기준하여 운영되고 있다. 예를 들어 큐우슈우대학대학원의 조사에 따르면 오레곤주에 30만ha의 삼림을 소유하고 있는 대기업 임업기업에서는 원목은 자사의 임업으로 그대로 공장으로 옮기고 공장에서는 제재뿐 만이 아니라 합판과 파티클보드 등 하루제품까지 일괄생산이 이루어지고 있다. 그리고 각 공정에서 나오는 폐재는 타 제품의 원료로 이용되고 마지막으로 남는 것은 수피로 사용하는데 그 수피도 개스킷연료로서 적절히 이용되고 있다.
클린턴의 대통령령
반면에 미국의 정책적 면에서 바이오매스의 이용은 큰 전환기를 맞이하고 있다. 이것은 지금까지의 바이오매스의 발전과 열 이용촉진으로 바이오매스 기원제품개발 촉진의 시프트이다. 클린턴 대통령은 99년에「바이오 제품과 바이오 에너지 개발과 촉진」에 관한 대통령령을 공포하여 2010년까지는 바이오매스 에너지와 바이오제품 소비를 3배로 하여 농업과 지방경제에 200억 달러(2조4000억엔)의 추가수입을 창출하는 방침을 내세우고 있다.
이 대통령령에 관해서는 10년간에 바이오매스의 이용률을 3배로 하는 상당히 적극적인 목표를 들고 있는 것으로 종래의 바이오매스 발전과 열 이용에 넣어 bio refineries 라는 새로운단어를 사용하여 옥수수에서 생산되는 바이오에탄올과 바이오플라스틱 등의 바이오매스 기원제품을 대폭적으로 취급하는 것으로 세상의 주목을 받았다. bio refineries 라는 것은 종래의 oil refineries (석유정제)가 석유를 원료로 하여 연료와 화학제품을 생산하는데 있어서 환경부하가 낮은 바이오매스를 원료로 하여 같은 연료와 화학제품을 생산한다는 계획이다.
부시정권으로 더욱이 bio refineries 경사
미국의 정권이 클린턴에서 부시정권으로 바뀌면서 바이오매스 이용정권도 변혁을 가세하고 있다. 부시정권은 2002년10월에「미국의 바이오 에너지와 바이오 제품의 비젼」을 발표하고 있는데 그 중에서 클린톤 대통령령을 2개의 면에서 크게 변경시켰다.
한 개는 2010년까지는 바이오매스 이용을 3배로 한다는 클린턴 정권의 목표는 대폭적으로 하향조정되었다. 그림3에 나타낸 바와 같이 바이오파워(전력?열이용)와 바이오 연료(바이오 에탄올) 합계에 관해서 2001년부터 2010년까지의 증가율을 1.4배로 하향수정하고 바이오 제품에 대해서는 같은 2.4배로 하였다.
이를테면 클린턴정권에서는 바이오매스 이용을「바이오 에너지」와「바이오 제품」2개의 단어를 이용하여 바이오 에탄올이 어디에 들어가는가가 애매한 것이지만 부시정권의 비젼에서는「바이오 파워」(전력?열이용),「바이오 연료」(바이오 에탄올) 또는「바이오 제품」(바이오 연료를 포함하지않는 바이오매스 기원제품)과 명확하게 구별하게 되었다.
두번째는 국가의 전략을 전력?열 이용을 포함한 바이오매스 전체 이용이 아니라 bio refineries 산업 창출 육성에 집점을 맞춘 전략에 전환한 것이다.
클린턴 대통령령에서는 바이오 에너지와 바이오 제품의 개별목표는 명확하지않지만 부시정권의 상기 비젼에서는 바이오 연료는 30년간이라는 장기간에 걸쳐 연율 15%, 바이오 제품은 연율 5.7%라는 확대를 목표로 하는 반면에 바이오 파워(전력?열)의 목표치는 2030년까지 연율 평균1.5% 에 지나지않는다. 이것은 바이오 파워에 기대하지않는다는 것을 명확하게 선언한 것이다.
출처: 일본공업신문사 지구환경 8월호
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바이오매스 이용화학제품에 관한 활동과 영향
지금까지의 미국의 바이오매스 이용 화학제품생산의 중심은 바이오에탄올이었으며 자동차연료용에도 옥수수의 전분으로 대량의 바이오에탄올을 생산하여 왔다. 2002년에는 약2300만톤의 옥수수에서 968만㎘(연료용은 800만㎘)의 바이오에탄올을 생산하였으며 이 2300만톤은 미국의 옥수수 생산량 전체의 약 1할을 차지하며 일본의 옥수수 수입량의 1.4배에 달하는 규모이다.
조금 지났지만 97년에 발표된 시산에 의하면 바이오에탄올생산에 따른 옥수수의 가격이 18.6%상승하여 농가의 수입이 50억달러(약6000억엔) 증가하였다. 또한 관련된 산업에서 19만52000명의 속용이 창출되었으며 바이오에탄올 산업은 미국의 옥수수재배농가와 바이오에탄올 생산자에 있어서 상당히 중요한 산업으로 자리잡고 있다.
정부의 정책적 후원
바이오에탄올 생산 확대의 배경에는 미국정부의 정책적 지원이 있었다. 78년의 에너지 세법에 의해 바이오에탄올 연료에 대한 연방 연료세의 일부가 면제되어 바이오메탄올 이용이 시작되었다. 당초에는 수입원유 의존 감소를 목적으로 한 조치였으나 80년대 이후는 옥수수재배농가에 대한 지원책으로 변화하였다.
90년에 들어와서는 바이오에탄올은 환경대책으로서 새로운 역할을 맡게 되었고 70년대에 환경오염물질배출을 규제하는 것을 목적으로 제정된 대기 정화법은 90년의 개정에 의해 92년~93년의 동계부터 연방대기환경기준(NAAQS)의 일산화탄소 배출기준을 넘는 39개 도시에 대하여 동계에 한정하여 MTBE와 에탄올 등의 함산소화합물을 혼입한 가솔린 이용이의무화되었다.
■사진. 미국은 세계 제1의 옥수수생산국이며 옥수수의 잔여량도 풍부하며 그 할용을 위한 개발이 적극적으로 진행되어지고 있다.
더욱이 그 뒤에 오존층 파손의 문제가 심각화되면서 95년부터는 9개의 지역에서 연간을 통하여 함산소화합물의 혼입에 추가하여 벤젠 등의 성분을 조정한 가솔린(RFG)의 판매가 제도화되었다. 그 후에 자주적으로 채용한 도시에서의 소비를 포함한 RFG는 미국에서 판매하고 있는 가솔린의 3할에 달하고 있다.
RFG용 산소함유화합물로서는 MTBE가 86%를 나타내는 반면에 에탄올은 옥수수지역(cornbelt)에서 사용이 중심이었고 9%에 머무르고 있다. 그 후에 지하 가솔린에서 누설된 MTBE 함유가솔린(MTBE는 발암성의 의문이 지적되고 있다)이 지하수와 토양을 오염시키는 것이 확인되어 캘리포니아 등 12개주가 MTBE사용규제를 대체하는 바이오에탄올의 수요확대가 기대되어 왔다.
■그림.미국의 바이오매스 이용확대 전략
이 움직임과 관련하여 2003년6월 현재 바이오에탄올 사용을 더욱이 확대하기 위한 법안이 한창 심의 중에 있다. RFS(재생가능연료기준)는 현재의 가솔린의 함산소화합물 혼합의 의무화를 바이오에탄올 혼입 가솔린 또는 바이오디젤 사용에 따라 바꾸는 것을 겨냥하고 있으며 2012년에는 바이오에탄올과 바이오디젤의 합계가 50억 갤런(1900만㎘)으로 생산될 것으로 바라보고 있다. 본안의 심의는 포괄에너지 법안 중에서 작년부터 계속되어 결정이 연장되고 있지만 부시정권이 강하게 지원하고 있으며 법제화될 전망이다.
구래형의 성숙기업이 활약하는 확립된 산업
이와 같이 바이오에탄올 시장에서 큰 존재감을 가진 기업이 ADM(Archer Daniels Midland Company)이다. ADM은 미국의 카길사와 나란히 매상 2조8000억엔의 곡물상사로 옥수수, 대두 등 위에서 아래까지의 직립통합을 장점으로 하여 세계 각국에 곡물을 수집, 생산, 공급하기 의한 처점을 가지는 거대기업이다. 미국에는 에탄올생산기업이 약60개사가 있지만 AND의 시장은 4할을 넘어 2위 이하를 크게 떼어놓고 있다. 이 회사는 과거 20년에 걸쳐 바이오 리파이너리 사업에서 1200억엔의 이익을 올렸다고 한다. 이와 같이 미국에서의 바이오에탄올 산업은 구래형의 성숙기업이 활약하는 하나의 확립된 산업으로 되어 있다.
미국의 더할 나위 없는 확대전략: 바이오 리파이너리
미국은 바이오에탄올의 생산을 순조롭게 확대하여 왔지만 이용기술은 실질적으로 옥수수의 전분을 원료로 한 바이오에탄올 생산이라는 성숙기술에 한정되어 있고 바이오매스 본래의 큰 잠재성을 충분히 이용하지않는다 라는 인식이 있다. 따라서 현재 기대되고 있는 것이 「바이오 리파이너리」이다. 바이오 리파이너리는 바이오와 오일리파이너리에서 만들어진 조언이지만 오일파이너리가 그렇듯이 원료에서 여러 가지의 제품을 생산하는 것으로 시장의 확대와 수입의 안정화 그리고 범위의 경제성에 의한 비용 저감을 실현하려는 것이다.
바이오 리파이너리는 옥수수의 전분 뿐만이 아니라 줄기 등의 찌꺼기도 원료로 이용하여 그 찌꺼기를 구성하는 셀룰로오스, hemicellulose 또는 리그닌에서 C5당, C6당 등을 경유하여 에탄올 이외에도 여러 가지 바이오 제품을 생산하려고 하는 것이다.
벤처기업, 대기업, 정부기관의 삼위일체의 전개
종래의 바이오에탄올 생산은 ADM 등의 구래형 기업이 겨냥한데 비하여 바이오 리파이너리의 분야는 벤처기업과 대기업에서 분리설립(spin-off)된 기업이 새로운 기술을 개발하여 이러한 기업이 기존의 대기업과 정부기관과 파트너쉽을 맺어 전개하고 있다. 이와 같은 벤처기업 중에서 대표적인 3개사를 소개한다.
① Cargilldow(株)
카길다우는 97년에 곡물상사의 카길과 종합화학기업의 다우의 절반투자로 설립되었다. 카길사는 80년대후반부터 폴리유산폴리마의 연구를 계속하고 있고 카길사가 폴리유산폴라마 기술과 원료의 조달, 다우사가 폴리마 전반의 기술과 판매 마케팅 능력을 가지고 있는 것에따라 합병기업이 성립되었다.
카길다우사는 3억달러(350억엔)이상을 투자하여 2001년11월에 네브래스카주에 연간 생산 14만톤의 프랜트를 세우고 섬유, 포장재 등의 분야에서 일본의 미쯔이화학 등을 포함하여 각국의 대기업과 제휴하여 순조로운 첫 출발을 보이고 있다. 또한 유산메틸(반도체의 광경화성 수지(Photoresists)희석, 박리로 이용)등 폴리마 이외의 전개도 진행하고 있다. 이 회사는 더욱이 올해부터 3년간에 걸쳐 에너지성에서 총액 4590만 달러(약55억엔)의 예산을 받아 아이오젠, 쉘과 함께 리그노셀룰로오즈(Lignocellulose)를 원료로 한 바이오리파이너리 상업화를 위한 기술개발 프로젝트,「Making Industraial Biorefining Happen」을 진행하고 있다.
②아이오젠(株)
캐나다의 바이오 벤처의 아이오젠은 목재 칩으로 증기 폭쇄 기술을 이용해 소의 사료를 생산하고 있으며 그 후에 유전자 조작 기술을 이용해 식물 섬유를 분해하는 효소 개발을 하고 있고 현재는 펄프?제지 업체 등에 효소를 판매하고 있다.
이 회사가 주목을 끌고 있는 것은 세계에서 처음으로 식물계 섬유에서 에탄올을 생산하는 실증 플랜트를 건설한 것이다. 이 실증 플랜트의 총투자액은 3000만 캐나다 달러(25억엔)이지만, 캐나다의 대기업 석유회사의 페트로캐나다 및 캐나다 정부의 자금원조를 접수 건설되었다. 현재, 2004년의 건설 착수를 목표로 상용 플랜트 건설 계획도 진행하고 있다.
경제적인 규모로서 옥수수 잔여처리량 2000t/일, 연간 에탄올 생산량 22만kl의 거대한 규모를 추정하여 투자 규모는 2억5000만 캐나다 달러(200억엔) 이상을 예정하고 있다. 이 기업은 미국에너지성의 상기 프로젝트의 참가 멤버이기도 하다.
또, 작년에는 쉘이 앞으로 자사가 판매하고 있는 가솔린에 바이오 에탄올을 혼입할 가능성을 전망하여 아이오젠에 4600만 캐나다 달러(37억엔)를 출자하여 20%의 주식을 보유하여 2명의 이사를 파견하고 있다. 쉘은 앞으로 매수도 주시하고 있다고 한다.
③제넨코이 인터내셔널(株)
이 회사는 파로아르트에 본사를 두고 효소와 의약품의 바이오 테크놀러지 기업이다. 유전자 탐색에서 일련의 기능?기술을 보유하는 것을 특징으로 하여 독자적인 제품개발의 프로세스?기술을 강점으로 하고 있다. 이미 전분을 당으로 분해하는 효소를 판매하고 있으며 그연장으로서 에너지성의 예산에 의한 국립 재생가능에너지연구소(NREL)와 공동으로 농업의 찌꺼기 구성 성분인 셀룰로오스와 헤미세르로스를 당으로 분해하는 효소의 기술개발을 진행시켜 왔다. 또한 듀퐁사는 현재 듀퐁이 석유에서 생성하고 있는 소로나라고 하는 3GT폴리머 섬유를 옥수수의 전분에서 생산하는 기술개발을 진행시키고 있다. 소로나는 탄성, 염색성, 내구성이 뛰어나 새로운 의류용 합성 섬유로서 주목을 끌고 있는 상품이다. 이 프로젝트는 듀퐁사가 핵심 기업이 되어 에너지성으로부터 4년간에 걸쳐 1820만 달러(약 220억엔)의예산을 받아 진행하고 있다.
일본의 시사
미국이 바이오 리파이너리(refinery)의 신념이 되는 옥수수의 생산과 옥수수 전분 유래의 바이오 에탄올 생산으로 산업을 확립하고 있는 것은 미국의 바이오 리파이너리(refinery) 전개를 지극히 현실성이 있는 산업으로 하고 있다.
일본에서는 방치해 두면 닥치는 대로 소규모의 상품으로 전개될 염려가 있지만 일본도 바이오 리파이너리(refinery) 산업구축에는 미국의 바이오 에탄올에 상당하는 신념의 구축에서시작할 필요가 있다. 경제적인 측면을 보면 국내에서 현실성이 있는 분야로서는 비교적 양이 많아 한편 처리 수입을 얻을 수 있는 폐기물(가축 분뇨, 식품 폐기물, 건설 발생 목재)이 기대된다. 그 다른 시나리오로서는 도요타가 하고 있는 인도네시아에서의 폴리유산 생산과 같이 해외 전개도 중요한 수단으로서 주시해야 된다고 생각된다.
두번째는 미국에서는 기술 지향의 벤처기업과 관련 산업에 있어서의 주요 기존 플레이어 및 정부가 삼위일체가 되어 전개하고 있다. 산업계, 생산자 단체 등의 자주적인 대처의 필요성은 지난 호에서도 다루었지만 거기에 따라 일본에서도 기술지향의 벤처 기업의 출현이 바람직하다.
세번째에는 미국도 20년에 걸쳐 바이오 에탄올 산업을 지금까지의 규모로 확대하였으며 일본에서도 바이오 리파이너리(refinery) 산업 구축에는 잔재주의 대응이 아닌 장기적인 시야에서의 대처가 필요하다라고 본다.
출처: 일본공업신문사 월간 지구환경 9월호
또 하나의 대체에너지 Cellulosic Ethanol (바이오에탄올)
셀룰로스는 전세계에서 가장 많이 생산되는 바이오매스이자 매년 그냥 썪어 없어지는 물질입니다. 당시부터 이렇게 버려지는 바이오매스를 이용해서 유용물질을 생산하는 연구에 대한 이야기가 있었지만 솔직히 "그거 해서 진짜로 되겠냐?" 이런 소리도 많이 들었습니다. 그런데 지난 주 사이언스의 뉴스 포커스를 봤더니 결국엔 이십년 이상의 연구들이 결실을 봐서 결국 상용화 단계에 이르렀다는군요.
CELLULOSIC ETHANOL: Biofuel Researchers Prepare to Reap a New Harvest Robert F. Service
Science 16 March 2007: 1488-1491
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보통 "바이오에탄올" 하면 브라질을 떠올리고 사탕수수를 떠올립니다. 잘 알려진대로 브라질은 자신들의 풍부한 자원인 사탕수수를 가지고 바이오에탄올을 성공적으로 산업화시킨 나라입니다. 또 다른 바이오에탄올 소스는 옥수수 전분입니다. 전분은 알콜 발효에 좀 더 쉬운 원료죠.
하지만 사탕수수나 옥수수 전분은 그 자체로 식량으로 사용이 가능하고 가격이 상대적으로 높은데 비해 셀룰로스(정확하게는 셀룰로스와 헤미셀룰로스 리그닌 등을 전부 포함하는 cellulosic materials)는 버려지는 낙엽, 나무, 작물 부산물 이런 물질이기 때문에 자원재활용의 차원에서도 훨씬 강점이 있습니다. 다만 알콜발효에 이용하기에는 분해가 어려운 것이 문제였죠. 여기에 관한 수치들을 모아봤는데,
- in the process displace 30% of the nation's transportation fuel. (이는 미국내 전체 운송연료의 30%정도 대체가 가능한 정도의 양임)
- A host of small and large chemical companies have jumped into the area, propelled by recent high gas prices and nearly $2 billion in private and venture-capital funding for biofuels last year alone. (작년에만 이와 관련한 회사에 20억불의 투자가 이루어졌슴)
- And last month, the U.S. Department of Energy (DOE) announced awards of $385 million for six commercial-scale cellulosic-ethanol refineries (see table) that are expected to produce more than 130 million gallons of ethanol per year (DOE에서 6개의 회사에 3억8천5백만불을 지원하기로 했슴. 그 회사들의 생산능력은 연간 1억3천만 갤런임)
- That's still just a small fraction of the some 5 billion gallons of corn-based ethanol produced in the U.S. annually. (아직은 연간 50억갤런에 이르는 옥수수전분을 이용한 바이오에탄올 생산에는 상당히 못미치는 양임)
- 브라질은 작년 기준 연간 42억 갤런의 바이오에탄올을 생산함.
- 2005년엔 미국은 약 40억 갤런의 바이오에탄올을 생산했고 이는 미국 전체 휘발류 사용량 1400억 갤런의 약 3%에 해당함.
- 미국은 2012년까지 75억 갤런 생산이 목표로하고 있슴 (2년전 국회요구사항).
- 2017년까지 350억 갤런의 대체연료 생산을 대통령이 목표로하고 있슴.
그런데 바이오에탄올의 생산에는 원료의 문제뿐만 아니라 발효균주의 선택 및 셀룰로직 머트리얼의 분해가 더 중요한 부분입니다. 그래서 대사공학적으로 에탄올 발효의 효율을 높여준 균주를 만들게 되었죠. 하지만 발효효율 뿐만아니라 에탄올에 대한 내성도 높아야 하는 등의 여러가지 문제가 있습니다. 이와 관련된 부분만 인용하면,
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So far, it's on this fermentation stage that most of the attention in the cellulosic-ethanol field has focused. That's because although yeast naturally converts glucose to ethanol, there are no naturally occurring organisms that convert xylose and other five-carbon sugars to ethanol. Escherichia coli and other organisms do metabolize five-carbon sugars. But instead of making ethanol, they naturally produce a variety of acetic and lactic acids as fermentation products. To take advantage of the sugars that make up some 25% of plants, researchers needed to reengineer the workings of microbes.
The first to do so, in 1985, was microbiologist Lonnie Ingram of the University of Florida, Gainesville, who reported that he and his colleagues had inserted a pair of key sugar-fermenting genes into the bacterium E. coli. The genes redirected E. coli's metabolism to convert 90% to 95% of the sugars in biomass to ethanol. Ingram's early E. coli strains weren't perfect. They could tolerate only about 4% ethanol in the final fermenting solution. Because the fuel must be distilled out of the surrounding water, a highly energy intensive process, ethanol makers strive to minimize the amount of distillation by using organisms that can tolerate the most ethanol possible. Since their early work, Ingram says he and his colleagues have managed to increase E. coli's tolerance to about 6.4% ethanol. Ingram's strains have since been licensed to Celunol, which is building a 1.4-million-gallons-per-year cellulosic-ethanol plant in Jennings, Louisiana.
Other groups, meanwhile, have pushed to impart new talents to other organisms. In 1995, for example, researchers at NREL engineered a bacterium called Zymomonas mobilis to ferment xylose and other five-carbon sugars in addition to the six-carbon sugars it favors naturally. The work has since been taken up by researchers at DuPont in Wilmington, Delaware. And last year, DuPont's biofuels technology manager William Provine reported at the annual American Institute of Chemical Engineers meeting in San Francisco, California, that his group has recently come up with a Zymomonas strain capable of tolerating up to 10% ethanol. That process too is on the road to commercialization. Last month, officials at DuPont, Broin (a major corn-ethanol producer), and Novozymes announced that, as part of the DOE award, they will expand an existing corn-grain ethanol plant in Emmetsburg, Iowa, to produce approximately 30 million gallons of ethanol a year from corncobs and other cellulosic feedstock.
Yeast researchers have also gotten in on the act. Yeast is today's ethanol heavyweight, given its natural proclivity for turning glucose into ethanol. But because the microbe doesn't naturally process five-carbon sugars, researchers have expanded its abilities to it make better suited for more complex biomass feedstock. In 1993, researchers led by Nancy Ho, a microbiologist at Purdue University in West Lafayette, Indiana, spliced a trio of xylose-fermenting genes into yeast, making it the first yeast strain capable of fermenting xylose to ethanol. Since then, Ho's group has honed yeast's ability to convert a mixture of sugars to ethanol through improvements that include enabling it to use five-carbon sugars other than xylose and boosting the speed at which the organism produces ethanol.
아무튼 최근 미국에선 대체에너지에 대한 관심이 그 어느 때보다 높습니다. 유가는 고공행진을 하고 있고, 예상외로 바이오텍이 식품산업에서는 안전성의 문제로 크게 각광받지 못하면서 많은 연구자들도 다른 분야로 눈길을 돌리고 있다고 보여집니다. 이미 이와 관련한 연구를 하시는 분들이 국내에도 많이 계신데 좋은 성과들이 있었으면 좋겠습니다.