<h1>1. 서 론</h1><p>전 세계적으로 기후위기(Climate crisis)를 방지하기 위해 온실가스 이산화탄소 \( \left(\mathrm{CO}_{2}\right) \) 의 저감 및 전환을 위한 다양한 생물학 및 물리화학적 기술이 활발히 연구가 진행되고 있다. \(\mathrm{CO}_{2} \) 는 열역학적으로 매우 안정하며 산화된 상태이므로, 환원된 상태의 유용 화학물질 혹은 수송용 연료로 전환하기 위해서는 상당한 양의 에너지 투입이 필요하다. 일반적으로 광합성 생물(식물, 미세조류, 광합성 세균)이 태양 에너지를 이용하여 \( \mathrm{CO}_{2} \) 를 고정화하지만 낮은 태양광 전환효율, 광/암반응 주기 반복에 따른 비연속적인 \( \mathrm{CO}_{2} \) 전환, scale-up 어려움 등 실제 상용화에는 여러 문제점이 있다.</p><p>미생물 전기합성 (Microbial electrosynthesis, MES) 기술은 광합성과 달리 빛 에너지를 이용하지 않고 전극으로부터 전자를 환원력(Reducing power)으로 이용하여 \( \mathrm{CO}_{2} \)를 생물학적으로 고정화할 수 있어 최근 큰 관심을 받고 있다. 산화전극(Anode)의 물 분해 반응으로 생성된 전자는 전압을 인가하는 전위가변기를 통해 환원전극(Cathode)으로 전달되면 '전기활성(Electroactive)' 미생물이 전자를 받아 \( \mathrm{CO}_{2} \) 를 부탄올, 에탄올, 아세트산, \( 1,3- \) 프로판디올 \( (1,3- \)Propanediol) 등 다양한 화학제품으로 전환시킬 수 있다 \( { } \). 따라서 태양광, 풍력 등 친환경 신재생에너지 기술로 생산된 전기를 에너지원으로 활용한 효율적인 \( \mathrm{CO}_{2} \) 전환 미생물 전기합성 기술이 개발된다면, \( \mathrm{CO}_{2} \) 감축 효과와 더불어 새로운 바이오산업기술의 확보가 기대된다.</p><p>미생물 전기합성 효율은 생물촉매와 생물전기화학 시스템(Bioelectrochemical system, BES)의 다양한 운전인자(전극종류, 분리막, 반응기 형태, 인가전압, 전자매개체, \( \mathrm{pH} \), 온도 등)에 영향을 받는다. 이중 생물촉매 성능이 미생물 전기합성 기술의 핵심 인자로 평가된다. 생물촉매는 크게 순수배양(Pure culture)과 혼합배양(Mixed culture)로 구분 할 수 있다. 순수배양의 경우 전자전달 메커니즘 이해와 대사공학/합성생물학 기술을 이용한 목적 생산물 생산에 유리하나, 기술적 난이도와 함께 원료가스에 대한 민감성, 외부 미생물 오염문제 등으로 실용화에 상당한 시간이 소요될 것으로 판단된다.</p><p>혼합배양은 생산물의 스펙트럼을 다양화할 수 있으며, 산업용 폐가스에 적용가능하고, 외부미생물 오염이 적고, 운전이 용이한 장점이 있다. 그러나 목적 미생물 군집 (Target microbial community)을 얻기 위해서는 적절한 접종 미생물원(Inoculum source) 선택과 농화배양(Enrichment culture) 최적화가 요구된다. 지금까지 혐기성 UASB(Upflow anaerobic sludge blanket) 반응기 슬러지, 혐기성 소화조 슬러지, 하수처리장 활성슬러지, 연못 침전물 등을 다양한 접종원으로 이용한 미생물 전기합성 기술이 보고되었다. 그러나 생산물 생산효율이 낮거나, 농화배양후 미생물 군집에 대한 정보가 부족해 후속 생물공정 최적화에 많은 어려움이 있었다.</p><p>본 연구에서는 생물전기화학 시스템에서 금속이온이 상대적으로 높은 갯벌 슬러지를 접종원으로 이용하여 전기활성 혼합미생물의 농화배양과 \( \mathrm{CO}_{2} \) 전환 생산물의 가능성을 조사하였다. 그리고 농화배양에 따른 미생물 군집 변화를 분자생물학적 DGGE(Denaturing gradient gel electrophoresis) 기법으로 분석하였고, 확인된 주요 미생물의 생리학적 특성 및 전기활성 가능성을 조사하였다.</p>
이산화탄소를 원된 상태의 유용 화학물질 혹은 수송용 연료로 전환하기 위해서 적은 양의 에너지 투입이 필요해?
NO