서강대학교 이진원 교수님 연구실

연구실 개요

생명화학공학 연구실 (Biochemical Engineering Lab) 에서는 온실가스이자 재생 자원인 C1 가스 즉, 메탄 (Methane)과 일산화탄소 (Carbon monoxide)를 생물학적/화학적 방법을 통해 유용한 화학물질로 전환하기 위한 미생물 바이오 촉매 개발 및 화학 촉매 개발 그리고 촉매의 전환 효율을 극대화 시킬 수 있는 공정 개발 연구 또한 진행 중이다. 바이오 촉매 연구의 경우 미생물 균주 동정 및 대사공학적 기술을 통한 균주 개량 연구와 용해도가 낮은 C1 가스의 효율적인 전환을 위한 실험실 규모 촉매 테스트 시스템 및 벤치규모 촉매 테스트 시스템을 설계 및 구축하여 이를 바탕으로 C1 가스 전환 바이오촉매의 성능평가연구를 진행하고 있다. 또한 C1 가스로부터 생산된 물질 (일산화탄소-에탄올 또는 메탄-메탄올)을 고부가가치의 생화학물질로 전환하는 연구도 함께 진행하고 있다. 화학촉매 연구 역시 C1가스전환을 위해 개발 중인 고성능 촉매기술의 성공적인 스케일-업을 위해 실험실 규모 촉매 테스트 시스템 및 벤치규모 촉매 테스트 시스템을 구축하였고, 촉매 양산성 검토를 위해 자체적으로 성형한 촉매의 성능 평가도 진행하고 있다. C1가스전환의 1차 생산물의 고부가화를 목표로 다양한 촉매 기술을 연구 중이다. 마지막으로, C1가스전환 기술개발의 방향성을 제시하고 기술사업화를 촉진하기 위해 동 분야의 특허전략수립과 시장/산업/기술 인텔리젼스 연구를 지속적으로 수행하고 있다.

주요 연구내용 소개

1. 바이오 촉매

1) 실험실규모/ 벤치규모 바이오촉매 테스트 시스템 구축 및 촉매 성능평가

C1 가스 전환 균주를 이용한 효율적인 C1 가스의 생산물로의 전환을 위해, 용해도가 낮은 C1 가스의 용해도 및 기액 물질 전달을 향상시키기 위한 인자를 고려한 실험실규모 반응기를 설계 및 구축하여 성능평가를 진행하였고 (그림 1), 이와 같은 성능평가 결과를 바탕으로 벤치규모 바이오촉매 테스트 시스템을 설계 및 구축하여 국내 최대·최고 규모의 C1 가스 전환 시스템을 (100L) 운영하고 있다 (그림 2).

2) C1 가스 전환 생성물 고부가가치화 연구

또한 본 연구실은 C1 가스의 직접 전환의 경우 가치가 높은 생화학 물질로 전환을 하기에 대사 경로가 복잡하다는 한계를 극복하기 위하여, C1 가스로부터 생성된 1차 전환체를 기질로 하여 보다 가치 있는 생화학 물질로 전환하는 연구를 진행하고 있으며 (그림3), 이는 최종 생성물의 고부가가치화라는 이점도 있지만, 1차 전환체의 분리정제를 거치지 않고 직접 전환을 진행하여 공정 비용을 감소시킬 수 있다는 이점도 있다.

2. 화학 촉매

1) 실험실규모/ 벤치규모 화학촉매 테스트 시스템 구축 및 촉매 성능평가

C1가스전환을 위해 개발 중인 고성능 촉매기술의 성공적인 스케일-업을 위해 실험실 규모 촉매 테스트 시스템 및 벤치규모 촉매 테스트 시스템을 구축하여 운영하고 있으며 (그림 4), 향후에는 촉매-공정 통합 평가 시스템으로의 확장도 계획 중이다. 아울러, 촉매 양산성 검토를 위해 성형 촉매의 연구도 진행 중이다 (그림 5).

2) C1 가스 전환 생성물 고부가가치화 연구

C1 가스전환의 부산물 고부가화 연구, 바이오전환 또는 화학전환을 통해 생성된 1차 산물의 고부기화 연구가 꾸준히 시도되어 왔으며, 현재는 C1가스의 바이오전환을 통해 수득할 수 있는 에탄올을 1,3-butadiene으로 전환하기 위한 산화-환원 기능과 산성촉매 기능을 포함한 이원기능 촉매 (그림 6)에 대한 연구를 수행 중이다.

연구실 현황