최근 기후변화 등의 이슈로 신재생에너지의 개발과 이용에 대한 관심이 높아지고 있다. 목질계 자원과 해조류 바이오매스로 거대조류, 미역, 다시마, 파래, 꼬시래기 등을 사용하여 물리, 화학, 생물학적 공정을 통해 바이오연료와 화학물질의 생산을 연구하고 있으며, 목질계 바이오매스 및 해조류 바이오매스를 탄소원으로 적용하기 위하여 전처리와 효소 가수분해를 통해 가수분해물을 얻고, 이를 녹조류 Chlorella saccharophila의 배양에 탄소원으로 이용 가능성을 조사하였다.
<h1>서 론</h1> <p>최근 기후변화와 화석연료의 고갈로 신 재생에너지의 개발과 이용에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 재생 자원으로부터 열화학적 또는 생화학적 공정을 통해 다양한 바이오 연료와 화학제품을 생산하고자 하는 연구가 이루어지고 있다.</p> <p>당과 전분계 자원은 식량자원으로 사용되고 있어 에너지 자원으로 이용에 한계가 있다. 식용작물의 부산물, 비식용작물, 나무 또는 삼림부산물 등과 같은 목질계 자원 (lignocellulosic biomass)은 탄수화물 중합체인 cellulose, hemicellulose 그리고 방향족 중합체인 lignin으로 구성되어 있다. Cellulose와 hemicellulose는 물리, 화학, 생물학적인 분해과정을 통해 탄수화물 중합체를 단당의 형태로 분해하여 미생물이 이용가능한 당으로 전환이 가능하다.</p> <p>최근 연구되고 있는 해양 바이오매스로 거대조류(macro-algae)가 있다. 이들은 광합성을 통해 햇빛에서 에너지를 얻으며 이산화탄소를 고정하며, 성장이 빠르고 육상 식물보다 단위 면적당 생산성이 우수한 자원으로 주목받고 있다. 또한 종(species), 수확 장소 및 시기 등에 따라 구성성분(탄수화물 및 지질의 함량과 구성)이 다양하여 이용 가능성이 우수하다. 현재 거대조류를 이용하여 물리적, 화학적 그리고 생물학적 공정을 통하여 바이오에탄올과 화학물질의 생산연구가 수행되고 있다. 또한, 조류로부터 지질을 추출해 바이오디젤 생산하거나 생리 활성을 조사하는 등 각종 분야에서 폭넓은 관련 연구가 진행되고 있다.</p> <p>본 연구에서는 목질계 바이오매스인 보릿대, 볏짚 그리고 유채대와 해조류 바이오매스인 미역, 다시마, 파래 그리고 꼬시래기를 탄소원으로 적용하기 위하여 전처리와 효소 가수분해를 통해 가수분해물을 얻고, 이를 미세조류 중 녹조류에 해당되는 Chlorella saccharophila의 배양에 탄소원으로의 이용 가능성을 조사하였다.</p> <h1>재료 및 방법</h1> <h2>실험 재료</h2> <p>실험에 사용한 목질계 바이오매스인 보릿대(barley straw), 볏짚(rice straw) 그리고 유채대(rapeseed straw)는 2010-2011년에 광주광역시(대한민국) 일대에서 채취한 것을 건조하고 분쇄하여 실험에 사용하였다. 실험에 사용한 해조류 바이오매스 중 미역(Undaria pinnatifida)과 다시마(Laminaria japonica) 는 부산 인근의 시장에서 구입하였으며, 파래 (Enteromorpha intestinali)와 꼬시래기(Gracilaria verrucosa) 는 전남 완도(대한민국)에서 양식한 것을 2010 년 10 월에 수확하여 건조하여 보관하면서 실험에 사용하였다.</p> <h2>목질계 바이오매스의 전처리</h2> <p>목질계 바이오매스의 알칼리 전처리는 기존의 유채대를 대상으로 전처리한 논문을 참고하여 \( 7.9 \% \) 의 \( \mathrm { NaOH } \) 를 사용하여 반응온도 \( 68.4 ^ {\circ } \mathrm { C } \), 5.5 시간의 조건에서 전처리 하였다. \( \mathrm { S } / \mathrm { L } \) ratio는 1:10으로 하였으며, shaking water bath (Scilab, Korea)에서 \( 150 \mathrm { rpm } \) 으로 교반하면서 전처리를 수행하였다. 전처리 이후 망을 사용하여 전처리 된 바이오매스와 액을 분리하였으며, 고형물을 증류수를 이용하여 세척하여 사용하였다.</p>