표제지 1
목차 4
요약문 10
제1장 연구 배경 및 목적 14
1.1. 연구 배경 및 목적 14
제2장 CCUS 기술 범위 및 연구 동향 20
2.1. CCUS 기술 범위 20
2.1.1. CO₂ 포집(CO₂ Capture) 21
2.1.2. CO₂ 화학전환 21
2.1.3. CO₂ 생물전환 21
2.1.4. CO₂ 광물화 22
2.2. 국내·외 연구 동향 22
2.2.1. CO₂ 포집(CO₂ Capture) 22
2.2.2. CO₂ 화학전환 23
2.2.3. CO₂ 생물전환 23
2.2.4. CO₂ 광물탄산화 24
2.3. CO₂ 포집/활용/저장 시장 동향 26
2.3.1. CO₂ 포집 시장 규모 및 전망 26
2.3.2. 주요 CO₂ 포집 기술 보유 업체 동향 27
2.3.3. 국내 CO₂ 포집 기술 동향 29
제3장 남세균을 이용한 광합성 효율 분석 32
3.1. 남세균의 생장량, 엽록소 함량, 광합성 특성 등 기초 생리 데이터 확보 32
3.1.1. 남세균의 생장 조건 탐색 32
3.1.2. 남세균의 생장을 효율적으로 유도하기 위한 적절한 배양 조건 탐색 33
3.1.3. 남세균의 광수확 색소 함량 비교 및 광합성 특성 비교 34
3.1.4. 남세균의 최적 생장조건 탐색과 이에 따른 색소 함량 분석 35
3.2. 남세균의 유전자 염기서열 정보 확보 및 형질전환 방법 확립 40
3.2.1. 광합성 및 탄소고정 경로와 관련된 유전자들의 정보 확보 40
3.2.2. 광합성 관련 유전자 클로닝 40
3.3. 결론 43
제4장 산림미생물을 활용한 CO₂ 전환 연구 46
4.1. CO₂ 대사관련 생체기구들의 구조 및 효율 분석 46
4.1.1. 생물체 내 이산화탄소 전환 메커니즘의 이해 및 전환경로 설계 46
4.1.2. 이산화탄소로부터 포름산으로의 전환 가능성 탐색 51
4.1.3. 이산화탄소(CO₂)의 개미산 전환 효소(Formate dehydrogenase) 탐색 53
4.2. 산림유전자원으로부터의 이산화탄소 전환 효소(FDH) 발굴 57
4.2.1. 후보균 선발을 위한 개미산에 대한 저항성 테스트 57
4.2.2. 균주 분리 60
4.2.3. 구름버섯 내 FDH 유전자의 발현 조사 61
4.3. 목재부후균 유래 FDH 효소 생산을 위한 재조합 시스템 구축 63
4.3.1. 구름버섯 유래 FDH(TvFDH) 유전자 클론 확보 63
4.3.2. 구름버섯 유래 FDH 유전자 서열 정보 확인 65
4.3.3. 단백질 기능 분석을 위한 무세포 단백질 발현 시스템 구축 67
4.3.4. TvFDH 단백질 발현 및 정제 확인 69
4.3.5. 조단백질(Crude protein)을 이용한 효소활성 테스트 70
4.3.6. 조단백질을 이용한 이산화탄소의 개미산 생성 확인 72
4.4. 화학적 변환 공정을 이용한 바이오슈가 제조 및 정제시스템 구축 73
4.4.1. 회분식 반응기(Batch reactor)를 이용한 최적 반응 조건 탐색 73
4.4.2. 회분식 반응기 반응조건 확립 75
4.4.3. 전기화학적 연속식 반응을 통한 개미산 생성 시스템 구축 76
4.5. 결론 78
참고문헌(References) 79
국립산림과학원 연구보고 목록 83
판권기 101
뒷표지 103
표 1. 해외 CO₂ 전환 기술 연구 동향 25
표 2. 주요 기업의 CO₂ 회수 기술 28
표 3. 세가지 남세균의 유전적 특징 40
표 4. CO₂ 전환 효소 FDH의 효소 활성도(Catalytic performance) 비교 56
표 5. 개미산이 첨가된 고체배지상에서의 목재부후균의 생장량 59
표 6. NCBI 기반 구름버섯의 FDH 유전자 서열 정보 61
표 7. 상용 효소 CbFDH와 구름버섯 TvFDH 간의 아미노산 Binding site 서열 차이점 분석 67
표 8. 회분식 반응 진행을 위한 인자별 조건 75
그림 1. 전지구적 이산화탄소 배출 농도 15
그림 2. CCUS 기술 개념도 20
그림 3. 글로벌 시장별 규모 전망 26
그림 4. 지역별 CO₂ CCUS 시장 규모 및 전망 27
그림 5. 2019년 기준 주요 기업별 CCUS 시장 점유율 28
그림 6. 광학현미경으로 관찰한 남세균 세포 형태 33
그림 7. 남세균의 생장 모습과 생장곡선. (a) Synechocystis sp. PCC 6803과… 34
그림 8. NaHCO₃ 공급에 따른 카로티노이드 함량 35
그림 9. PCC 6803의 NaHCO₃ 농도 변화에 따른 생장량 분석 36
그림 10. PCC 7942의 NaHCO₃ 농도 변화에 따른 생장량 분석 36
그림 11. PCC 6803의 NaHCO₃ 농도 변화에 따른 엽록소 a 함량 변화 37
그림 12. PCC 6803의 NaHCO₃ 농도 변화에 따른 총 카로티노이드(Total carotenoids) 함량 38
그림 13. PCC 7942의 NaHCO₃ 농도 변화에 따른 chl a 함량 분석 38
그림 14. PCC 7942의 NaHCO₃ 농도 변화에 따른 total carotenoids 함량 분석 39
그림 15. PCC 7942의 형질전환을 위한 벡터 구성 (a)과 homologous recombination을 통한… 41
그림 16. 형질전환 후 선발배지에서 자라는 콜로니 모습 41
그림 17. 선발된 콜로니들의 유전자 도입 여부를 확인하기 위한 PCR. (a) 벡터 구조와 primer의… 42
그림 18. 메탄 대사과정(Methane metabolism) 47
그림 19. Glyoxylate and dicarboxylate metabolism 48
그림 20. 효소반응에 의해 이산화탄소로부터 전환 가능한 화합물 목록 48
그림 21. 데이터베이스 기반 이산화탄소(CO₂)로부터 유용화합물로의 전환 경로 설계 및 전환 관련 효소 50
그림 22. 이산화탄소로부터 전환 가능 화합물(Chemicals) 51
그림 23. 이산화탄소로부터 전환 가능한 화합물의 경제성 52
그림 24. Formate dehydrogenase(FDH)의 기능 53
그림 25. 식물, 진균, 박테리아에 존재하는 FDH 유전자의 계통도 54
그림 26. 국립산림과학원으로부터 분리된 구름버섯 60
그림 27. 구름버섯 유래 FDH의 유전자 발현 조사(a), 발현 조사에 사용된 프라이머 정보(b) 62
그림 28. 구름버섯 배양액에 투입된 포름산의 배양일수별 농도 변화 62
그림 29. 구름버섯 배양액에 투입된 포름산 농도에 따른 구름버섯 FDH 유전자 발현량 조사 63
그림 30. 타겟 효소 생산을 위한 형질전환 시스템 모식도 64
그림 31. (a) 구름버섯 유래 FDH 1 유전자 발현 결과 및 (b)클로닝을 위해 사용된 vector 65
그림 32. 구름버섯으로부터 확보된 FDH(TvFDH) 단백질 서열과 상용 효소인 Candida boinidii… 66
그림 33. 무세포 단백질 발현 시스템 68
그림 34. 단백질 발현용 Vector에 TvFDH 유전자가 삽입된 모식도 69
그림 35. 무세포 단백질 발현 시스템을 통해 정제된 단백질의 SDS-PAGE 결과 70
그림 36. NADH와 NAD의 흡광도 영역 71
그림 37. T-6, T-7, T-8 Sample의 산화활성(Oxidation activity) 71
그림 38. T-6, T-7, T-8 Sample의 환원 활성(Reduction activity) 72
그림 39. HPLC를 이용한 TvFDH가 포함된 crude 단백질을 이용한 개미산 농도 분석 73
그림 40. 효소별 반응속도 상수(Km) 비교 74
그림 41. 효소반응 최적조건 및 온도에 따른 CO₂ 변화량 74
그림 42. 회분식 반응에서 FDH에 의한 개미산(Formic acid) 생성 76
그림 43. 연속식 반응기(H-cell) 제작 및 전기화학적 반응 모식도 77
그림 44. 1.5V 전압을 가한 연속식 반응기에서의 NADH 생성 농도 77