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[사이언스] 석영 소재 나노면도날 이용, 마이크로 미세조류 파쇄 기술 개발

이산화탄소 전환 미세조류 바이오연료 및 화학소재 생산 실마리

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특허뉴스 선우정 기자
기사입력 2020/12/03 [16:35]

▲ 2차원 나노판 형태의 초박형 알파-석영 나노결정 입자의 나노면도날 기능을 이용하여 광합성 미세조류 세포벽 파쇄를 유도하는 저에너지, 고효율 유용물질 추출 및 회수 바이오리파이너리 공정의 모식도를 보여준다. / 사진 및 사진설명 제공 : 부산대학교 정성욱오유관 교수 연구팀  © 특허뉴스

 

단단하고 두꺼운 미세조류를 물리적으로 파쇄하여 그로부터 유용한 물질을 효과적으로 추출할 수 있는 기술이 개발되어 유용 미세조류를 이용한 바이오연료 및 화학소재 생산에 기여할 것으로 기대된다.

 

한국연구재단은 부산대학교 응용화학공학부 정성욱 교수와 오유관 교수 연구팀이 석영 결정 소재 나노면도날로 미세조류 바이오매스를 더욱 효과적으로 파쇄할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.

 

광합성 미세조류(H. pluvialis)로부터 항산화물질 아스타잔틴(ATX) 등을 얻을 수 있지만, 미세조류의 견고한 다중구조 세포벽 때문에 추출을 위한 전처리과정인 파쇄공정에 많은 에너지가 필요한 실정이었다.

 

연구팀은 종전 화학적 방법으로 미세조류를 응집시켜 녹이는 마그네슘 유기 나노점토 대신 물리적 방법으로 미세조류를 파쇄시키고자 석영 나노결정에 주목했다.

 

상대적으로 합성하기 쉬운 둥근 형태가 아닌 날카로운 경계면을 지닐 수 있는 비등방성(anisotropic) 구조의 석영 나노결정으로 미세조류를 절개하여 파쇄하는 방식을 시도하고자 하였다.

 

석영은 지구에 존재하는 가장 흔한 미네랄 성분으로 보석이나 시계 같은 일상용품부터 전자제품의 핵심부품인 압전진동 소자, 유리, 내열성 세라믹 소재, 금속 성형 및 주조 등 여러 산업분야에까지 다양하게 쓰이고 있다.

 

이에 연구팀은 초박형 평판 형태로 석영 나노결정입자를 친환경적으로 대량으로 합성할 수 있는 최적 친환경 수열반응(hydrothermal reaction)을 개발하고 이를 통해 매우 균일한 비등방성 구조를 구현해냈다.

 

나아가 이렇게 합성된 날카로운 모서리를 지닌 7~8 나노미터 두께의 나노면도칼을 이용해 광합성 미세조류의 단단하고 두꺼운 세포벽을 단시간에 적은 에너지로 파쇄, 아스타잔틴 추출효율(효율 99%)을 끌어올리는 데 성공했다.

 

한편 사용된 나노면도칼의 효과적인 회수 및 재사용으로 경제성 확보도 용이하다는 설명이다. 연구팀은 이번 연구에 사용된 미세조류 이외에도 단단하고 두꺼운 세포벽을 가진 다양한 산업용 미생물에도 적용할 수 있을 것으로 보고 있다.

 

이번 연구의 성과는 화학공학 분야 국제학술지케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’113일 게재되었다.

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