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[한국해양과학기술원] 써모코코스 온누리우스 엔에이원 돌연변이 균주

페이지 정보

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

본문

분야 : 기타 개발상태 4 9
써모코커스 온누리누스 MC02 및 이를 이용한 수소생산방법
보유기관 및 연구자 : 한국해양과학기술원 해양생명공학연구센터 이정현
  • 특허정보

    써모코커스 온누리누스 MC02 및 이를 이용한 수소생산방법 (No : 10-1580488)

    써모코커스 온누리누스 WTC155T 균주 및 이를 이용한 수소 생산방법 (No : 10-1534483)

    수소생산능이 증가된 써모코코스 온누리우스 엔에이원 돌연변이 균주 및 이를 이용한 수소생산방법 (No : 10-1401603)

    포름산염으로부터 수소생산능이 증가된 써모코코스 돌연변이체 및 이를 이용한 수소생산방법 (No : 10-1736485)

  • 거래조건 : 추후 협의
상담신청 기술문의

기술완성도

  • TRL09

    사업화

    • 본격적인 양산 및 사업화 단계
  • TRL08

    시작품 인증/
    표준화

    • 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
      - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
  • TRL07

    Pilot 단계 시작품
    신뢰성 평가

    • 시작품의 신뢰성 평가
    • 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
  • TRL06

    Pilot 단계 시작품
    성능 평가

    • 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
    • 시작품 성능평가
  • TRL05

    시제품 제작/
    성능평가

    • 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
    • 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
  • TRL04

    연구실 규모의
    부품/시스템 성능평가

    • 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
    • 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
  • TRL03

    연구실 규모의
    성능 검증

    • 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
    • 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
    • 모델링/설계기술 확보
  • TRL02

    실용 목적의 아이디어/
    특허 등 개념 정립

    • 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
  • TRL01

    기초 이론/
    실험

    • 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계
기술개요
· 본 기술은 CO 디하이드로게나아제, 하이드로게나아제(mch) 및 복합-구조체 Na+/H+ 안티포터(antiporter) (mnh3)유전자 클러스터의 발현율이 증가된 것을 특징으로 하는 수소생산능력이 증가된 Thermococcus onnurineus NA1 및 이를 이용한 수소 생산방법에 관한 기술임

· Thermococcus onnurineus NA1 돌연변이는 종래의 Thermococcus onnurineus NA1 보다 높은 수소생산능력을 가지고 있으며, 높은 농도의 일산화탄소 농도에서도 사용될 수 있고 적은 비용으로 고효율 수소를 생산할 수 있음

· 현존 미생물중 최다의 수소화 효소 보유(7종)하고 있고 바이오수소 생산성 세계 최고 수준인 KIOST 원천생물자원 해양 고세균 ‘써머코커스 온누리누스 NA1’(수소생산 미생물) 산업 부생가스 적합 바이오수소 생산 프로 세스 기술(바이오수소생산 공정기술)
기술의 필요성
· 대부분의 하이드로게나아제 복합체는 P. furiosus, R. rubrum 또는 Alcaligenes eutrophus와 같은 CO-내성균을 제외하고는 CO에 민감함에 따라, 높은 CO 농도 또는 제강 부생 가스 또는 합성 가스로부터의 다른 해로운 성분에서 높은 물-가스 이동(water-gas shift; WGS) 활성도을 유지하는 균주는 H2 생산에 바람직하지만, 카복시도트로픽 수소생성 성장 능력을 가진 세균 또는 고세균의 유전공학적 개발은 거의 없음

[바이오수소생산 공정 프로세스]

기술적 유용성
· 수소 가스는 생태친화적인 특징 때문에 미래의 에너지원으로 다시 관심을 받고 있으며, 이에 수소생산능력이 증가된 균주 및 이를 이용하여 수소 생산 수율이 높은 수소생산 구현이 가능함

· Thermococcusonnurineus NA1 돌연변이는 종래의 Thermococcus onnurineus NA1 보다 높은 수소생산능력을 가짐

· 본 수소생산방법은 높은 농도의 일산화탄소 농도에서도 사용이 될 수 있으며, 적은 비용으로 고효율적으로 수소를 생산하고, 합성가스 및 제강산업 부생가스를 이용하여 수소를 생산할 수 있음

· 제강/철강산업(철 및 철강제조 과정에서의 부산물 가스) 및 수소생산 에너지 산업(가정용, 발전용, 수송연 연료전지)에 적용이 가능함
기술의 특징
· CO 디하이드로게나아제, 하이드로게나아제(mch) 및 복합-구조체 Na+/H+ 안티포터(antiporter)(mnh3) 유전자 클러스터의 발현율이 증가된 써모코커스 온누리누스 MC01(Thermococcus onnurineus MC01, 수탁번호: KCTC 12157BP)

· 발현율의 증가는 유전자 복제수의 증가, 유전자 전사율의 증가, 유전자 번역율의 증가, 발현 단백질의 안정성의 증가 또는 이들의 조합에 의해 이루어짐

· 유전자 전사율의 증가는 강력한 프로모터(글루타메이트 디하이드로게나아제(Pgdh)의 프로모터)를 이용하여 얻어짐

· 프로모터는 글루타메이트 디하이드로게나아제(Pgdh)의 프로모터임

· 수소 생산은 1기압 이상 고압의 일산화탄소(합성가스 또는 제강산업의 부생가스의 형태)를 공급함

· 남태평양 심해 1,650m (열수구) 확보된 국내최초/국내원천 해양 고세균 NA1 80℃ 이상에서도 성장이 가능하여 수소생산과 함께 유용 극한효소 함유

· 생형 NA1균주를 생명공학연구를 통해 100배 이상 수소생산성 개선된 고생산성 156T

[본 기술의 돌연변이 제조 전략 모식도]

기술의 우수성
· Termococcus onnurineus NA1은 CO, 포름산 또는 녹막의 공급되는 혐기적 조건에서 수소를 생산할 수 있음

· 일산화탄소로부터의 수소생성능력은 카본 모노옥사이드 디하이드로게나아제의 프로모터 지역을 변형시킴으로서 상당히 증가되었고, RT-PCT 및 웨스턴 브랏팅에 의해 확인하였을 때 codh-mch 유전자 클러스터에서 유전자의 증가된 발현 비율과 잘 조화되었으며, MCO1로 명명된 돌연변이체는 CO로부터 수소로의 전환율은 야생형과 비슷하게 유지되면서, 야생형이 시간당 15-30mmol의 수소를 생산하는 것에 비하여, 시간당 50-120mmol의 수소를 생산함

· 실용적인 관전에서 MC01은 철강산업의 부산물인 가스를 이용하여 수소를 생산할 수 있고, LDG 용광로 가스로부터 시간당 58 mmol의 생산성을 보임

· 유전공학적 방법을 이용해 카본 모노옥사이드 하이드로겐라이아제(codh-mch)를 이용해 CO로부터 수소를 효과적으로 생산할 수 있는 균주를 만들었고, 이를 이용해서 철강 산업의 부생가스로 또는 합성가스로부터 수소 생산을 증가시킬 수 있음

· CO포함 부생가스 이용 상압, 80 ℃ 에서 바이오수소생산

· 세계최초 바이오수소 생산기술. 세계최고수준 생산성 확보

· 톤규모 파일롯 플랜트에서 실증된 기술이며, 이산화탄소 저감기술과 연계 가능
경쟁동향
· 국내 수소산업은 공급 및 수요 가치사슬 내의 단기적 수익성이 기대되는 분야에서 부분적으로 글로벌 경쟁력을 구축하고 있음

· 수소에너지 수요는 현재의 발전용 수요 중심에서 가정용 및 상업용, 수송용 등 다양한 분야로 확대될 것으로 전망되고 있음

· 공급부문의 경우 수소경제시대 초기에 충분한 부생수소 생산 설비를 보유하고 있으며, 수요 부문은 발전용 연료전지 산업을 중심으로 연료전지 산업의 전반적인 부문에 있어 일정 수준의 경쟁력을 확보하고 있음
시장 동향 및 전망
· 수소시장 규모 : 산업용 유통량만으로도 세계시장 208억 달러(자체소비량 230억 달러 포함 총 438억 달러) 수준

· 수소 에너지 시장은 현재는 가정용 연료전지 시스템 등의 고정용 연료전지가 중심이며, 연료전지 자동차의 도입과 수소 스테이션 정비에 의해 초기 시장이 형성됨

· 수소에너지를 사용하는 세계 연료전지 시장은 2008년부터 발전용 및 가정용 연료전지의 상용화 를 시작으로 수송용 등의 분야로 확대되고 있는 추세임

· 2014년까지는 발전용 및 가정용 등의 고정형 연료전지가 시장성장을 주도해 왔으나, 2015년에는 수송용 연료전지가 차지하는 비율이 급격히 확대되고 있음
우수기술 Gyeonggi Technology Market