35억년 전, 최초의 생명체가 지구상에 탄생했습니다. 그 후, 수 억년이라는 시간 동안 기나긴 시행착오를 겪으며 수많은 생명체들은 각자 놀라운 능력을 가지게 된 것이죠. 우리가 사는 오늘날의 과학 기술은 이러한 긴 진화의 실험실에서 만들어진 생물체로부터 새로운 아이디어를 얻어 탄생한 경우가 많습니다. 회사도 최근 자연에 존재하는 기술과 지혜를 기반으로 독보적인 신기술을 탄생시켰습니다. 바로, 2,3-부탄다이올(2,3-BUTANEDIOL 또는 2,3-BDO/이하 2,3-BDO) 생산기술 입니다.
지난 8월, 산업통상자원부 국가기술표준원으로부터 회사가 개발한 ‘생물공정을 통한 2,3-부탄다이올 이성질체 대량 생산기술’이 신기술 인증(NET:New Excellent Technology, 2년 내 상용화가 가능한 우수 신기술을 심사하여 수여하는 것)를 획득했습니다. 올해는 200여개의 기술 및 제품이 평가대상이었으며 그 중 16개만이 신기술 인증을 부여 받았죠.
여기서 잠깐, 2,3-BDO에 대해 여러분은 얼마나 알고 있나요?
4개의 탄소원자가 사슬모양으로 결합하고 있는 부탄(Butane)과 2개(Di)의 OH그룹(Hydroxy Group, ol)으로 이루어진 물질입니다. 숫자 2,3은 OH그룹(Hydroxy Group)이 2번과 3번 자리에 위치했다는 것을 의미합니다.
OH그룹의 위치에 따라 1,3-BDO와 1,4-BDO도 존재합니다. 하지만 이 둘은 인위적인 화학적 합성을 통해 생산되는 것이죠. 2,3-BDO는 유일하게 자연계에서 광범위하게 존재하는 부탄다이올입니다. 회사는 토양, 농장 등 자연에서 샘플을 채취하여 2,3-BDO를 잘 생산할 수 있는 미생물을 분리해 내었고, 이를 기반으로 연구에 착수하게 된 것이죠.
2,3-BDO, 어떻게 생산되나?
식물, 발효 음식, 인체, 토양 등에서 우리가 이미 알게 모르게 섭취 하고 있었던 2,3-BDO는 특이한 구조를 가졌기 때문에 일반적인 석유화학 공정으로 생산이 어렵습니다. 그렇기 때문에 아직 상업적으로 생산되거나 사용된 사례가 없죠. 하지만 GS칼텍스는 전 세계 최초로 2,3-BDO를 대량으로 생산할 수 있는 기술을 개발하였습니다.
바로, 회사가 자체 개발한 특수한 미생물을 통해서 그 한계를 뛰어넘은 것인데요. 미생물이 바이오 매스를 섭취한 후 생산해내는 2, 3-BDO를 고순도로 분리해내는 것이죠.
생산과정
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미생물의 탄생(미생물 개발)
회사는 2,3-BDO 생산에 가장 적합한 미생물 개발을 위해 수많은 시행착오를 겪었습니다. 자연에서 수많은 샘플을 채취하고, 그 중 대량생산에 적합한 미생물을 찾기 위한 과정이 필요했습니다. 미생물은 화학 공정의 촉매와 같은 역할을 수행합니다. 화학 공정에서 촉매 효율을 개선하듯이 미생물도 2,3-BDO를 다량 생산할 있도록 다양한 생명공학기술들을 활용해 개량하였습니다. 1만번이 훌쩍 넘는 이러한 연구 끝에 현재의 미생물이 탄생할 수 있었습니다.
미생물의 식사(발효)
카사바, 원당 등 Non-GMO(genetically modified organism : 유전자 변형 식품) 바이오매스가 미생물의 식사 메뉴가 됩니다. 해당 원료를 미생물은 맛있게 섭취 후, 소화시키는 과정을 발효 과정이라고 할 수 있습니다. 미생물이 2,3-BDO를 잘 만들 수 있도록 최적의 조건을 유지시켜주는 것이 중요합니다. 이를 위해 최적의 온도, pH, 영양 조건 등이 무엇인지 찾아냈습니다.
2,3-BDO 생산(분리/정제)
발효 과정에서 미생물은 2,3-BDO뿐만 아니라 다양한 물질들을 만들어 내기 때문에 우리가 원하는 2,3-BDO만 얻기 위해 분리/정제 공정이 필요합니다. 그리고 제품화를 위한 탈색/탈취 공정을 거쳐 최종적으로 2,3-BDO라는 물질이 탄생하게 되는 것이죠.
2,3-BDO, 어디에 사용되나?
2,3-BDO는 현재까지 상업적으로 생산 및 사용되지 않았기 때문에 그 효능과 안전성을 규명하여 응용처를 개발하는 것이 중요했습니다. 현재 회사는 화장품의 보습제, 농업 분야 작물 보호제로의 효능과 안전성 등을 파악하고 있죠. 앞으로는 식품 첨가제, 고분자 가소제, 용제, 의약품 첨가제 등으로의 사용이 가능할 수 있도록 추가 연구개발을 진행할 예정입니다.
2,3-BDO에 대한 모든 것을 담은 알짜배기 설명서, 어떻게 읽으셨나요? 어려운 개념이지만 임직원 여러분 모두가 이 글을 읽고 회사의 새로운 기술에 관심을 가지고, 성공적인 제품생산도 응원할 수 있길 바랍니다.