박테리아

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 10236(2022) 이 기사 인용

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탄소 중립을 달성하려면 다양한 기술적 접근 방식이 필요합니다. 본 연구에서는 황산화세균을 이용하여 여러 산업분야에서 탄소순환시스템의 적용가능성을 확인하였다. 이 시스템은 대기나 폐수로 배출되는 H2S 및 NH3 오염물질을 재활용하여 탄소 배출을 줄이는 질소 비료를 생산합니다. 산업현장에서는 탄소저감 전략으로 고려되어야 한다.

온실가스 감축은 인류의 지속적인 발전을 위해 이 시대 모든 사람이 함께 해야 할 과제임에는 틀림이 없습니다. 기존 석유 기반 제품을 대체하기 위해 온실가스 배출량이 가장 많은 CO2를 재활용함으로써 선순환 탄소 순환을 달성하는 방법에 대한 수많은 연구가 진행되었습니다. 이러한 CO2 전환기술은 에너지 생산방식에 따라 크게 열촉매, 전기화학적, 광화학적 전환 등 화학적 전환과 생물학적 전환으로 구분되며, 후자는 주로 빛, 수소, 전기를 에너지원으로 사용한다1. 이들 방법은 주로 햇빛, 바람, 지열 등으로부터 에너지를 활용하기 위한 재생에너지 공급을 조건으로 하는 기술개발에 의존하고 있다. 그러나 재생에너지 수준이 부족한 지역에서는 이러한 기술을 활용하여 CO2 배출량을 줄이는 데 한계가 있습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 폐자원에서 나오는 화학에너지를 활용해 CO2를 저감하고 친환경적인 황산암모늄을 생산하는 새로운 탄소 선순환 시스템이 제안됐다. 이 시스템은 환원된 황을 에너지원으로 사용하여 cbb 경로를 통해 CO2를 고정하는 화학석영양생물인 황산화박테리아(SOB)를 적용하는 핵심 기술을 기반으로 합니다. 세 가지 알려진 유형(산성균, 호중성균, 알칼리성균) 중에서 가장 널리 연구된 속은 생물광업 분야에 적용되는 Acidithiobacillus입니다.

애시디티오바실러스(Acidithiobacillus)는 pH 0.5에서 생존하여 탄소원인 배가스로부터 CO2를 직접 공급할 수 있습니다. 실험실 규모 테스트에서는 생물반응기를 통해 황산화물(SOx)과 소량의 질소산화물(NOx)을 제거하는 추가적인 이점이 있는 것으로 나타났습니다(보조 그림 1). 고농도(14~15%)의 암모니아 용액에서도 미생물의 성장이 활발하며 pH 조절제로 사용되므로 생물학적 황산암모늄(BAS) 생산에 적합합니다. 최적화된 연속 교반 탱크 반응기 배양 시스템(그림 1a,b)에서 바이오황을 에너지원으로 사용하면 CO2 전환율이 8.8~10.4g/L/D이고 황산암모늄 생산량이 28~65g이 됩니다. /엘. 화학적 황이 에너지원으로 사용되었을 때 CO2 전환율은 약간 더 낮았습니다(5.6~6.3g/L/D). 이는 아마도 화학적 황이 박테리아에 의해 흡수되기 상대적으로 어려운 큰 소수성 입자를 가지고 있기 때문일 것입니다. 이에 비해 바이오유황의 입자는 작고 친수성이다. 본 연구에 사용된 SOB는 Lee 등이 H2S 제거를 위해 토양에서 분리한 AZ11 균주였습니다.3 염색체 DNA 서열 분석에 따르면 AZ11은 알려진 Acidithiobacillus 종과 82% 미만의 상동성을 갖는 새로운 종이었습니다(보충 그림 2). . 이 새로운 종을 사용한 CO2 전환율은 가장 잘 알려진 시아노박테리아의 전환율보다 6~7배 높았으며, 이는 지속적인 생물학적 CO2 전환 시스템에서 보고된 다른 어떤 균주보다 빠른 속도를 나타냅니다4.

황산화 박테리아에 의한 직접적인 CO2 전환과 다양한 산업에서의 응용. (a) 실험실 규모에서 최적화된 배양 조건. (b) 연속교반탱크반응기(CSTR) 내 황산화박테리아(SOB)의 CO2 전환율. (c) 석유화학 산업 및 (d) 혐기성 소화 산업에서 제안된 탄소 순환 시스템. 검은색 화살표는 기존 시스템을 나타내고 녹색 점선 화살표는 새로운 프로세스를 나타냅니다.