KR20020096431A - 아세트산 제조용 전극 및 이를 사용하는 아세트산 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아세트산의 전기화학적 제조 방법에 사용되는 전극 및 이를 사용하는 아세트산 제조 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 아세트산을 생성하는균체가 고정된 전극, 상기 균체를 전극에 고정하는 방법 그리고 이러한 전극을 사용하여 아세트산을 전기화학적으로 제조하는 방법에 대한 것이다.

Description

아세트산 제조용 전극 및 이를 사용하는 아세트산 제조 방법{Electrode for preparation of acetic acid and process for preparation of acetic acid by using the same}

본 발명은 아세트산의 전기화학적 제조 방법에 사용되는 전극 및 이를 사용하는 아세트산 제조 방법에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 아세트산을 생성하는 균체가 고정된 전극, 상기 균체를 전극에 고정하는 방법 그리고 이러한 전극을 사용하여 아세트산을 전기화학적으로 제조하는 방법에 대한 것이다.

이산화탄소는 주로 화석 연료의 연소에 의해 생성되며, 산업화에 따른 에너지의 과다 사용으로 대기 중의 이산화탄소의 농도가 증가되고 있다. 이러한 이산화탄소의 농도 상승으로 인하여 지표면에 도달한 태양광이 반사되어 대기를 통하여 지구밖으로 나가는 과정에서 이산화탄소 가스에 흡수되어 대기 온도를 상승시키는 현상, 소위 온실 효과를 유발시키고 있다.

이러한 지구 온난화는 기상이변, 생태계 변화, 해수면 상승 등의 지구적 규모의 피해를 유발하고 있다. 따라서, 전 세계적으로 지구 환경 보전에 대한 의식 고조와 함께 이산화탄소의 발생량을 억제하거나 발생된 이산화탄소를 처리 혹은 활용하기 위한 각국이 정책적 대책 방안 등이 강구되고 있다.

우리 나라는 특히 화석 자원이 매우 적은데도 불구하고 에너지원의 80 % 이상을 석유를 중심으로 한 화석 연료에 의존하고 있어 이산화탄소의 처리 및 변환에 관한 기술 개발이 시급하다.

따라서 이산화탄소를 처리하기 위하여 화학적으로 메탄올 등으로 변환시키는방법 (Masuda, S. Energy Conv. Mgmt. 1995, 36, 567-572; Kakumoto, T. Energy Conv. Mgmt. 1995, 36, 661-664; Souma, Y.; Ando, H.; Fujiwara, M.; Kieffer, R. Energy Conv. Mgmt. 1995, 36, 593-596), 생물학적으로 유기물로 변환시키는 방법 등이 활발히 연구되고 있다(Michiki, H. Energy Conv. Mgmt. 1995, 36, 701-705; Murakami, M.; Ikenouchi. M. Energy Conv. Mgmt. 1997, 36, S493-S497).

또 다른 이산화탄소 처리 방법으로는, 전기화학적인 환원에 의해 유용한 유기물로 변환시키는 것인 바, 이때 무기화합물, 효소등이 변환 반응의 촉매로 이용되고 있다.

예를 들어, 효소를 이용하여 이산화탄소를 전기화학적으로 변환시킨 경우는 이소시트르산 탈수소효소(isocitrate dehydrogenase;ICDH)를 이용하여 이산화탄소를 옥소글루타르산(oxoglutaric acid)에 결합시켜 이소시트르산(isocitric acid)을 생성시킨 경우(Sugimura, K.; Kuwabata, S.; Yoneyama, H. J.Amer. Chem. Soc. 1989,111,2361-2362), 피루브산 탈수소효소(pyruvate dehydrogenase;PDH)를 이용하여 피부르산(pyruvic acid)으로(Kuwabata, S., Morishita, N., Yoneyama, H.,Chem. Lett.1990, 1151-1154), 개미산 탈수소효소(formate dehydrogenase;FDH)와 메탄올 탈수소효소(methanol dehydrogenase;MDH)를 이용하여 개미산(formate)이나 메탄올로 변환시킨 예(Kuwabata, S., Tsuda, R., Yoneyama, H.,J. Amer. Chem.Soc.1994,116, 5437-5443), Carbon Monoxide Dehydrogenase(CODH)(신준원 석사학위논문, 서강대학교 1998, 이상희 석사학위논문, 서강대학교 1997)가 보고되어 있다.

그러나, 상기와 같이 효소를 이용한 이산화탄소의 전기화학적인 변환은 아직 학문적 차원의 연구에만 머물러 있을 뿐, 상용화되거나 현장에서의 적용은 전무한 상황이며, 효소를 이용하여 이산화탄소를 원료물질로 이용하여 직접 아세트산으로 전기화학적으로 변환시킨 예는 알려진 바 없다.

현재까지, 아세트산을 공업적으로 생산하는 방법 중 몬산토(Monsanto) 공정의 메탄올 카보닐화를 통한 방법은 경제적인 측면에서 가장 성공적인 공정으로 알려져 있으나(Forster, D. J. J. Am. Chem. Soc. 1976, 98, 846-848; Forster, D. J. Adv. Organomet. Chem. 1979, 17, 255-266) 촉매로 사용되는 로듐의 높은 가격과 히드로포밀레이션(hydroformylation)공정의 부반응 때문에, 원료나 유틸리티의 손실이 적으면서도 원부재료의 재활용이 가능한 새로운 공정의 개발이 요구되고 있다.

따라서, 상기 몬산토 공정의 개량법에 대한 다양한 연구가 진행되고 있는 바, 예를 들면, 메탄올의 카보닐화에 대해서 로듐계 촉매의 활성과 안전성에 대한 연구(Blasio, N. D.; Tempesti, E.; Kaddouri, A.; Mazzocchia, C.; Cole-Hamilton, D. J. J. Cat. 1998, 176, 253-259; Blasio, N. D.; Wright, M. R.; Tempesti, E.; Mazzocchia, C.; Cole-Hamilton, D. J. J. Organomet. Chem. 1998, 551, 229-234; Protzmann, G.; Luft, G. Appl. Cat. A: Gen. 1998, 172, 159-163), 메탄올을 구리 산화 전극 위에서 전기화학적으로 카보닐화 시키는 경우(Kiyoshi, O.; Toshikazu, Y.; Ichiro, Y. J. Electrochem. Soc. 1995. 142, 130-135), 그리고 니켈 합성물(nickel complex)를 이용해서 메탄올을 카보닐화 시키는경우(Kellar, A. A.; Ubale, R. S.; Deshpande, R. M.; Chaudhari, R. V. J. Cat. 1995, 156, 290-294; Moser, W. R.; Marshik-Guerts, B. J.; Okrasinski, S. J. J. Mol. Cat. A; Chem. 1999, 143, 71-83) 등의 연구가 보고된 바 있다.

한편, 생물학적인 방법으로 아세트산을 제조하는 방법에 관련된 다양한 연구가 진행되고 있다. 예를 들면, 클로스트리디움 계열의 박테리아를 이용하여, 아세트산을 제조하는 방법으로서, 폐가스(Waste gas)나 생체 폐기물(waste biomass)을 아세트산으로 전환시키는 방법, 발효시키는 법이나 효과적인 효소(fermenter)를 개발하거나, 돌연변이를 통하여 환경에 적응하는 변종 미생물을 개발하거나, 클로스트리디움 써모아세티쿰(Clostridium thermoaceticum)을 사용하여 일반 유기물질을 전환시키는 방법 등의 다양한 연구가 진행되고 있다 (Gaddy. J. L. US Patent. 5,593,886, January 14, 1997; Grady. J. L.; Chen. G. J. US Patent. 5,821,111, October 13, 1998; Gaddy. J. L. US Patent. 5,807,722, September 15, 1998; Schwartz. R. D. US Patent. 4,371,619, February 1, 1983; Brumm. P. J.; Datta. R. US Patent. 4,814,273, March 21, 1989; Gaddy. J. L.; Clausen. E. C. US Patent. 5,173,429, December 22, 1992). 그러나 이산화탄소를 원료 물질로 사용하여 아세트산을 제조하는 방법은 현재까지 보고된 바 없다.

따라서, 당업계에서는 온실효과의 주범으로 지목되고 있는 이산화탄소를 처리함과 동시에 상기 이산화탄소를 원료로 하여 산업상 유용한 물질인 아세트산으로 변환시키는 신규한 방법의 개발이 시급하게 요청되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이산화탄소를 원료로 하여 전기화학적으로 아세트산을 제조하는 공정에 사용되는 아세트산 제조용 전극을 제공하는 것이다.

즉, 본 발명의 첫번째 목적은 상기 이산화탄소를 원료로 하여 아세트산을 제조함에 있어서, 전극에 아세트산을 생성할 수 있는 균체를 고정하여 이산화탄소를 직접 아세트산으로 변환시킬 수 있는 아세트산 제조용 균체 고정화 전극을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 이산화탄소를 원료로 하여 아세트산을 제조할 수 있는 아세트산 제조용 전극을 제조함에 있어서, 전자전달체와 균체가 서로 공유결합을 통하여 연결된 균체/전자전달체 결합체가 고정된 아세트산 제조용 균체/전자전달체 고정화 전극을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 이산화탄소를 원료로 하여 아세트산을 제조할 수 있는 아세트산 제조용 전극을 제조함에 있어서, 유리 탄소 전극과 전자전달체 그리고 균체가 공유결합을 통하여 연결된 전극/전자전달체/균체의 결합체로 이루어지는 아세트산 제조용 전극을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기의 전극들을 사용하여 이산화탄소를 원료로 하여 전기화학적 방법으로 아세트산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기의 아세트산을 생성하는 균체를 전극에 고정시키는 방법을 제공하는 데 있다.

도 1의 A는 박테리아 아세트산 합성의 아세틸-CoA 또는 우드(Wood) 경로도

도 1의 B는 본 발명에 의한 전기화학적 이산화탄소의 환원경로를 보여주는 개념도

도 2는 CO₂의 전기화학적 환원 및 생성물 분석을 위한 실험장치의 개략도

도 3은 순환전압전류 및 전기분해를 위한 전기화학적 셀의 개략도

도 4는 셀룰로오스 아세테이트를 이용하여 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체를 전극에 고정하는 개념도

도 5는 55 ℃에서 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체가 고정된 전극을 이용한 CO₂환원의 순환전압전류그림

도 6은 55 ℃에서 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체가 고정된 전극을 이용했을 때의 CO₂의 전기분해 그래프

도 7는 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체에 DAPV를 연결시키는 개념도

도 8은 55 ℃에서 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체에 연결된 DAPV에 의한CO₂환원의 순환전압전류그림

도 9는 55 ℃에서 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체에 연결된 DAPV 존재하의 CO₂의 전기분해 그래프

도 10은 셀룰로오스 아세테이트를 이용하여 전자전달체가 연결된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체를 전극에 고정시키는 개념도

도 11은 55 ℃에서 전자전달체가 연결된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체가 고정된 전극을 사용했을 때의 CO₂환원의 순환전압전류그림

도 12는 55 ℃에서 전자전달체가 연결된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체가 고정된 전극을 사용했을 때의 CO₂의 전기분해 그래프

도 13은 55 ℃에서 유리탄소 전극에 공유결합으로 DAPV와 클로스트리디움 써모아세트쿰 균체를 고정시키는 개념도

도 14는 55 ℃에서 유리탄소전극에 DAPV에 의해 공유결합으로 연결된 클로스트리디움 써모아세트쿰 균체에서의 CO₂환원의 순환전압전류그림

도 15는 55 ℃에서 유리탄소 전극에 DAPV에 의해 공유결합으로 연결된 클로스트리디움 써모아세트쿰 균체를 사용했을 때의 CO₂의 전기분해 그래프

도 16은 셀룰로오스 아세테이트에 의해 전극에 고정된 균체의 안정도

도 17은 셀룰로오스 아세테이트에 의해 전극에 DAPV과 함께 고정된 균체의 안정도

상기와 같은 본 발명의 목적들은 아세트산을 생성하는 균체 및/또는 상기 균체와 전자전달체가 고정된 아세트산 제조용 전극을 제공하고, 이를 사용하여 전기화학적으로 이산화탄소를 아세트산으로 전환시킴으로써 달성된다.

본 발명의 전극에 고정되는 균체는 일산화탄소 탈수소효소를 갖는 여러 가지의 미생물이 선택될 수 있으며, 그들 중 클로스트리디움 써모아세티쿰을 사용하는 것이 특히 적합하다.

상기 균체는 혐기성이며 호열성 박테리아로서, 혐기적 조건에서 성장하며 아세트산만을 생성하는 호모아세토젠이다. 또한 이산화탄소와 잘 결합하여 반응성을 좋게 하므로 이산화탄소에서 아세트산으로의 환원시에 요구되는 활성화 에너지를 낮추는 촉매로써 사용하기에 바람직하다.

클로스트리디움 써모아세티쿰등의 혐기성 미생물은 두 분자의 이산화탄소로부터 환원 및 탄소-탄소 결합형성에 의해 아세트산을 생성하는 아세틸-CoA 경로 혹은 우드(Wood) 경로라 알려진 경로가 존재하기 때문이고 상기 경로에서 중요한 역할을 하는 효소는 CODH로서 이산화탄소와 반응성이 좋은 니켈(Ni), 철(Fe)등으로 이루어진 활성자리를 갖고 있는 금속이온 함유 효소(metallo-protein)이다.

CODH는 이산화탄소의 일산화탄소로의 환원 뿐 아니라 여러 가지 다른 효소들에 의해 형성되어 전달되는 메틸기와 이산화탄소의 환원에 의해 생성된 일산화탄소를 CoA와 같이 결합시켜 아세트산의 전구체인 아세틸-CoA를 합성해 내는데 가장 중요한 역할을 하는 효소로서, ACS(Acetyl-CoA Synthase)라 부르기도 한다. (Ragsdale, S. W.; Clark, J. E.; Ljungdahl, L. G.; Drake, H. L. J. Biol. Chem. 1983, 258, 2364-2369; Diekert, G.; Ritter, M. FEBS Lett. 1983, 151, 41-44;Pezacka, E.; Wood, H. G. J. Biol. Chem. 1988, 263, 16000-16006; Ragsdale, S. W. Biochem. & Mol. Biol. 1991, 26, 261-300; Barondeau, D. P.; Lindahl, P. A. J. Am. Chem. Soc. 1997, 119, 3959-3970).

클로스트리디움 써모아세티쿰은 50 내지 60 ℃에서도 안정하고, 고온에서 오히려 좋은 촉매 효과를 나타내며, 전극 반응 등에 의해 열이 발생하더라도 문제되지 않는 장점을 가지고 있다.

또한 공장에서 배출되는 배기가스에는 항상 황화합물이 포함되어 있어 배기가스의 처리시 그 다음 공정에서 사용되는 촉매를 쉽게 불활성시켜 버리는데, 클로스트리디움 써모아세티쿰으로부터 추출된 효소들은 황화합물에 대하여 내성을 가지고 있기 때문에 황화합물 때문에 이산화탄소 혹은 일산화탄소의 처리에 문제가 되는 경우에 유용하게 쓰일 수 있다.

또한, 상기 미생물은 일산화탄소(CO) 및 수소(H₂)에도 좋은 활성이 있기 때문에 이산화탄소(CO₂), 일산화탄소(CO), 수소(H₂)에도 혼합형태로 나오는 공장배기 가스를 직접 이용할 수 있다는 장점을 가지고 있다.

상기 균체가 고정되는 전극은 공지의 전극이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 금, 유리탄소, 구리 전극에서 선택된다.

균체를 전극에 고정시키기 위하여, 셀룰로우스 아세테이트가 사용된다. 전극에 셀룰로우스 아세테이트를 바른 후, 균체를 고정시키고, 그 위에 아세테이트 셀룰로우스를 덧발라 상기 균체가 전극에서 빠져 나오지 않도록 고정한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이산화탄소를 원료로 하여 아세트산을 제조할 수 있는 아세트산 제조용 전극을 제조함에 있어서, 전자전달체와 균체가 서로 공유결합을 통하여 연결된 균체/전자전달체 결합체가 고정된 아세트산 제조용 전극을 제공하는 것이다.

본 발명의 전자전달체는 - 300 mV 내지 - 700 mV vs. NHE의 전위에서 가역적인 환원/산화 반응이 일어나는 물질을 사용할 수 있으며, 특히 이산화탄소의 환원전위와 비슷한 물질이 바람직하다. 균체와 전자전달체사이에 공유결합을 형성시키기 위해서는 아민 말단기를 갖는 바이올로겐 유도체를 사용할 수 있으며, 특히, 디-(3-아미노프로필)-바이올로겐(Di-(3-aminopropyl)-viologen; DAPV)를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 균체와 전자전달체의 결합은 균체 표면에 위치한 아미노산의 카르복시기와 전자전달체의 말단부에 아민기 사이의 아미드 결합을 통하여 이루어진다. 상기 균체가 고정되는 전극은 공지의 전극이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 금, 유리탄소, 구리 전극을 사용될 수 있다.

상기의 전자전달체가 공유 결합으로 연결된 균체는 셀룰로우스 아세테이트를 사용하여 전극에 고정시키고, 상기의 균체가 전극으로부터 빠져 나오지 않도록 셀룰로우스 아세테이트를 덧바른다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 이산화탄소를 원료로 하여 아세트산을 제조할 수 있는 아세트산 제조용 전극을 제조함에 있어서, 전극과 전자전달체 그리고 균체가 각각 공유결합을 통하여 연결된 전극/전자전달체/균체의 결합체로 이루어지는 아세트산 제조용 전극을 제공하는 것이다.

본 발명의 전극/전자전달체/균체를 각각 공유 결합으로 연결하기 위하여는, 전자전달체의 아민기와 결합할 수 있는 카르복시기를 전극에 도입시킨 후, 전자전달체의 양쪽 아민기 중 한쪽을 전극의 카르복시기와 공유 결합을 시키고, 나머지 하나의 아민기는 균체의 말단부에 있는 카르복시기와 결합을 시켜서 균체와 전자 전달체를 전극 표면에 동시에 고정한다. 이 때, 사용되는 전극은 유리탄소 전극이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 전극들을 사용하여 이산화탄소를 원료로 하여 전기화학적 방법으로 아세트산을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 클리스트리디움 써모아세티쿰 균체가 고정된 전극을 사용하여 아세트산의 전기화학적 제조방법의 화학식을 간단히 나타내면 아래와 같다.

2 CO₂+ 8 H⁺+ 8 e^----------> CH₃COOH + 2 H₂O

아세트산을 제조할 수 있는 균체를 전극에 고정한 아세트산 제조용 전극을 사용하여 이산화탄소로부터 직접 아세트산을 제조하는 방법에는 적절한 전자전달체가 사용된다.

본 발명의 방법에 사용되는 전자전달체는 - 300 mV 내지 - 700 mV vs. NHE의 전위에서 가역적인 환원/산화 반응이 일어나는 물질을 사용할 수 있으며, 특히 이산화탄소의 환원전위와 비슷한 물질이 바람직하며, 예를 들면 메틸 바이올로겐(methyl viologen (MV) or N, N-dimethyl-4,4'-bipyridyl) 또는 이의 유도체를 포함하는 알킬바이올로겐 화합물이 바람직하다.

메틸바이올로겐의 환원전위(E0 = - 440 mV)는 이산화탄소의 환원전위(E°= - 480 mV at pH 6.3)와 가까워 이산화탄소의 환원 과정의 전자전달체로 적합하다. 본 발명의 방법에 전자전달체로 사용될 수 있는 물질은 테트라 메틸 바이올로겐(tetramethyl viologen), N,N-디에틸-4,4'-비피리딜(N,N-diethyl-4,4'-bipyridyl), N,N-디이소프로필일-4,4'-비피리딜(N,N-diisopropylyl-4,4'-

bipyridyl), 트리쿼트(triquat)등의 4,4'-비피리딜(4,4'-bipyridyl) 구조에 알킬기가 연결된 것들이며, 특히 균체와 전자전달체를 공유결합으로 연결시킬 때는 메틸바이올로겐(MV)의 말단부에 아민 그룹을 가지고 있는 디-(3-아미노프로필)-바이올로겐(Di-(3-aminopropyl)-viologen; DAPV)를 사용하는 것이 바람직하다.

메틸바이올로겐은 전극 표면에서 전자를 받아 MV²⁺가 MV⁺로 환원되고 다시 MV⁺가 클로스트리디움 써모아세트쿰 균체에 전자를 전달하여 다시 환원형태가 된다. 환원형의 균체는 다시 산화되면서 이산화탄소를 일산화탄소로 환원시키며 탄소-탄소 결합의 형성등의 반응을 거쳐 아세트산이 제조된다.

본 발명의 또 다른 목적은 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체와 전자전달체의 결합체가 고정된 전극을 사용하여 이산화탄소로부터 아세트산을 제조하는 하기 반응식의 아세트산 제조 방법을 제공하는 것이다.

2 CO₂+ 8 H⁺+ 8 e^----------> CH₃COOH + 2 H₂O

본 발명의 또 다른 목적은 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체와 전자전달체그리고 전극의 결합체로 이루어지는 전극을 사용하여 이산화탄소로부터 아세트산을 제조하는 하기 반응식의 아세트산 제조 방법을 제공하는 것이다.

2 CO₂+ 8 H⁺+ 8 e^----------> CH₃COOH + 2 H₂O

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명의 권리의 범위가 하기 실시예의 내용으로 한정되는 것은 아니다.

전기화학적 실험 장치 및 실험 방법

일산화탄소를 전기화학적으로 환원시키는 클로스트리디움 써모아세티쿰은 미량의 산소에 의해서도 활성에 치명적인 손상을 입는다. 따라서 본 발명에서 행해지는 모든 전기화학 실험은 장갑 상자(glove box, Vacuum Atmosphere Co, HE-243-2, MO-20-SSG purifier)안에서 진행시켰다(도 2 참조).

또한 본 실험에서 사용된 전기분해 셀은(도 3) 작업 전극, 기준 전극이 바이코 유리로 대전극과 분리된 2-구획(compartment) 셀로서 3 내지 5 mL의 용액이 필요하다. 적은 양의 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체를 이용해서 간단히 아세트산 생성을 단시간에 실험하기 위해서는 특별히 고안된 마이크로셀을 이용하였는데 이 경우 100 ㎕의 용액으로 실험이 가능하였다. 작업 전극은 금전극의 경우 깃발모양(16 mm x 6 mm)전극과 원판(직경 3.1 mm)전극을 사용하였고, 유리탄소 전극인 경우는 원통모형(22 mm x 4 mm) 전극과 원판(직경 3.1 mm)전극, 구리 전극의 경우는 깃발모양(10 mm x 6 mm)전극과 원판전극(직경 3.1 mm)을 사용하였다. 마이크로셀의 경우에는 원판전극만 사용하였다. 기준전극은 Ag/AgCl을 사용하였는데, 이 전극의 전위는 + 0.200 V vs. NHE(Normal Hydrogen Electrod 기준)로서 모든 실험자료는 NHE를 기준으로 표시하였다.

이산화탄소는 주사바늘을 이용하여 격막(septum)을 통해 포화시켰는데, 작업전극 쪽을 약간 열어 놓아 이산화탄소가 흘러가며 충분히 용액과 기체상이 포화된 이후에 작업전극 쪽을 닫고 실험하였다. 아세트산이 생성되면서 과량의 기체상이 소비되기 때문에 주사바늘을 꼽아놓은 상태에서 실험을 진행시켰다. 기체상에 대하여 정량적으로 분석하기 위한 경우에는 주사바늘을 뽑고 실험하였다. 이와 같이 모든 실험은 이산화탄소로 포화된 닫힌계에서 실행하였다. 이때 7.0이었던 용액의 pH는 이산화탄소로 포화 시켰을 때 녹아 들어간 이산화탄소에 의해 평형이 이동하여 6.3이 된다. 대전극이 있는 쪽은 MV가 없는 0.1M 인산 완충용액(pH 7.0)으로만 채우고 같은 방법으로 이산화탄소로 채워주었다. 니크롬선(지름 0.6 mm, 길이 3 cm)을 대전극으로 사용하였고 온도에 따른 전기화학 실험을 할 경우에는 장갑 상자내에 있는 온도 탐침에 의해서 온도 제어가 가능한 교반기와 모래 중탕을 이용하였다. 그리고 모든 전기화학 실험은 55 ℃에서 행하였다. 효소를 작업전극 쪽에 주입하기 전에 메틸바이올로겐(MV)에 대한 순환 전압전류그림을 그려서 모든 연결이 제대로 되었는지 확인하였고, 메틸바이올로겐(MV)을 전기분해하여 약간 환원시킨 후 적당량의 효소를 작업 전극 쪽에 주입하였다.

반응생성물의 정성 및 정량분석

전기분해 중에 생성되는 아세트산 및 유기산 등 수용액상의 물질을 분석하기위해 액체크로마토그래피를 사용할 경우에는 기체 밀폐 주사기(gas tight syringe)를 사용하여 20 ㎕씩 취하였고, 프로피온산(propionic acid)을 내부 기준 용액으로 사용하여 정량하였다.

시료는 주사기 필터(Whatman PVDF 또는 centricon)를 이용하여 단백질을 제거하였다. 이때 사용된 액체 크로마토그래피는 YoungIn Model 910이었고, 40 ℃로 온도를 맞춘 칼럼(Shodex, RSpak KC-811(7.8 x 300 mm)) 과 UV 탐지기(215 nm, YoungIn M-720)를 사용하였고, 0.05 M H₂SO₄용액으로 1.0 mL/분의 속도로 용출하였다.

아세트산은 또한 기체크로마토그래피(HP5892, FFAP column, FID detector)로도 정량하였는데, 액체크로마토그래피의 결과와 유사한 결과를 보였다.

실시예 1 : 셀룰로오스 아세테이트를 이용한 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체의 전극 표면에의 고정 및 이를 이용한 이산화탄소의 아세트산으로의 전기화학적 변환

본 실시예에서는 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체의 전극 표면에의 고정을 위한 여러가지 방법을 시도하였다. 이러한 균체의 고정법의 개발은 실제적인 적용을 위한 플로우 시스템(flow system)을 만들기 위한 기초 실험일 뿐 아니라, 전극 표면에서의 반응에 따른 소량의 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체에 의해 변환이 가능할 뿐 아니라, 생성물의 촉매로부터의 분리의 용이함때문에 반드시 필요한 과정이다.

셀룰로오스 아세테이트(CA)를 이용한 균체의 고정법은 이미 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida,Chung, T. S.; Loh, K.-C.; Goh, S. K. J. Appl. Polym. Sci. 1998, 68, 1677-1688)와 효소의 고정법은 글루코스 옥시다아제(glucose oxidase, Maines, A.; Ashworth, D.; Vadgama, P. Anal. Chim. Acta 1996, 333, 223-231), 락테이트 디히드로게나아제(lacate dehydrogenase), NAD+(Sprules, S. D.; Hart, J. P.; Wring, S. A.; Pittson, R. Anal. Chim. Acta 1995, 304, 17-24), 크산틴 옥시다아제(xanthine oxidase, Qiong, C.; Tuzhi, P.; Liju, Y. Anal. Chim. Acta 1998, 369, 245-251) 등을 이용하여 바이오센서(bio-sensor)를 만드는데 많이 사용되었는데, 이는 기본적으로 고분자 물질을 이용한 포획(trapping)에 의한 물리적인 고정법이다. 또한 균체를 탄소 전극에 물리적인 흡착으로 고정시키는 방법도 보고되고 있다(Ikeda, T.; Kato, K.; Maeda, M.; Tatsumi, H.; Kano, K.; Mazunobu, K. J. Electroanal. Chem. 1997, 430, 197-204; Tatsumi, H.; Takagi, K.; Fujita, M.; Kano, K.; Ikeda, T. Anal. Chem. 1999, 71, 1753-1759). 본 실시예에서는 상기의 고분자 물질을 이용한 포획에 의한 물리적인 고정법으로 셀룰로오스 아세테이트(CA)를 이용하여 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체를 전극에 고정시켰다. 우선 톨루엔/아세톤 = 1/1 (v/v)용액 4.0 mL에 셀룰로오스 아세테이트(CA) 0.04 g을 녹여 1 % 용액을 만들었다. 연마한 원판형 전극 위에 이 용액 0.2 ㎕를 미량주사기를 이용하여 떨어뜨린 후 얇게 바른 후 20 내지 30 분 정도 상온에서 말려주어 유기 용매성분이 날아가도록 한 후 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체 0.6 ㎕(O.D=1.2)를 그 위에 바르고 말려준 후에, 다시 1 % 셀룰로오스아세테이트(CA) 0.2 ㎕를 덧발라 균체가 빠져 나오지 않도록 고정하였다(도 4).

이와 같은 방법으로 금, 유리탄소, 구리 전극에 각각 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체을 고정시켜 이산화탄소 상에서 순환 전압전류그림을 살펴보고, 아세트산 생성 실험을 실시, 각 전극별로 흐른 전하량, 생성된 아세트산의 양, 그에 따른 전류 효율 등을 알아보았다. 유리탄소전극의 경우 마이크로 셀을 이용하였는데 먼저 순환 전압전류 그림을 보게 되면, 촉매반응에 의한 이산화탄소의 환원전류가 관찰됨을 알 수 있었다(도 5). 그리고 - 560 mV에서 전기 분해를 실시한 결과 전기분해 4시간 동안 흐른 전하량은 0.4 C 이고 생성된 아세트산의 양은 0.4 mM, 전류효율은 78 % 였다(도 6). 금, 구리전극 경우에도 유리탄소전극과 마찬가지의 결과를 보였다.

실시예 2: 전자전달체의 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체에의 연결 및 이를 이용한 이산화탄소의 아세트산으로의 전기화학적인 변환

본 실시예의 전자전달체로서 사용되어진 메틸바이올로겐(MV)는 제초제나 제충제에 사용되는 것으로서 강한 독성을 가지고 있어 공정에 사용하게 되면 환경 문제를 유발시킬 뿐 아니라 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체의 활성을 떨어뜨리기 때문에 이 문제를 최소화하기 위해 균체에 메틸바이올로겐(MV)을 직접 공유결합에 의해 연결시켜 보았다.

전자전달체가 연결된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체의 준비

균체 표면에 아미노산의 카르복시기 그룹과 전자전달체의 말단부에 아민 그룹이 있다면 아미드 결합이 가능하게 되어 쉽게 균체에 전자전달체를 연결 시킬 수있을 것이다(도 7). 그래서 본 실시예에서는 전자전달체인 바이올로겐(MV) 유도체의 말단부에 아민 그룹을 가지고 있는 디-(3-아미노프로필)-바이올로겐(Di-(3-aminopropyl)-viologen; DAPV)을 이용하였다. 이때 DAPV는 하기의 반응식 1과 같은 방법으로 합성하였다.

이는 메틸아미노프로필바이올로겐(methylaminopropylviologen)을 합성한 방법을 이용한 것이다(Katz, E.; de Lacey, A. L.; Fierro, J. L. G.; Palacios, J. M.; Fernandez, V. M. J. Electroanal. Chem. 1993, 358, 247-259). 4,4'-비피리딘 (4,4'-bipyridine) 10 mmol 을 3-브로모프로필아민히드로브로마이드 (bromopropylaminehydrobromide) 22 mmol과 함께 30 mL의 아세토니트릴 (acetonitrile) 용매상에서 12시간 동안 교반하며 환류시켜 주었다. 용매를 감압 제거 후 얻어진 DAPV 고체는 미량의 에탄올을 첨가한 후 과량의 에틸 아세테이트(ethyl acetate)의 용매로 3회 재결정하였다.

다음으로 상기의 방법으로 제조되어진 DAPV를 균체에 연결시키기 위해 몇가지 과정을 거쳤는데 우선 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체를 센트리콘(centricon)을 이용하여 0.1 M 인산 완충용액(pH 7.0)으로 세척하였다. 다음으로 균체의 카르복시기 그룹을 활성화시키기 위해N-(3'-디메틸아미노프로필)-N'-에틸 카르보디이미드(N-(3'-dimethylaminopropyl)-N'-ethyl carbodiimide;EDC) 1 mM 용액에 넣어 30분 동안 저어주었다. 다음으로 DAPV를 1 mM가 되도록 넣고 균체와 잘 결합하도록 30분 동안 저어주었다. 그 다음 centricon을 이용하여 0.1 M 인산 완충용액(pH 7.0)으로 여러 번 세척해 주었는 과정에 의해 DAPV가 연결된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체를 얻을 수 있었다.

이렇게 얻어진 DAPV가 연결된 균체는 전기화학적으로 환원 및 산화가 일어나는 것을 순환 전압전류법으로 확인할 수 있었다(도 8). 일반적으로 메틸바이올로겐(MV)의 전압전류그림과 다른 모습, 즉 봉우리간의 전위차(△Ep)가 커지고, 환원/산화 전위가 양전위로 약간 이동한 모습이 관찰되는데, 이는 큰 분자량을 가진 균체의 확산한계에 의해 측정되는 전류이기 때문일 것이다. 즉, 산화/환원 반응은 균체에 연결된 DAPV에 의해 관찰되지만 확산한계전류는 균체 자체의 이동에 의한 것으로서 균체의 확산한계이동을 고정된 DAPV에 의해 간접적으로 측정한 것이다.

전기분해는 -610 mV에서 실시하였는데 2시간 전기분해 하였을 때 흐른 전하량은 67 C 으로서(도 9), LC분석 결과 20 mM의 아세트산이 생성되었음을 확인하였다.

그러므로 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체와 전자전달체를 동시에 전극에 고정시킨 경우도 선택적으로 아세트산을 생성시킬 수 있음을 알 수 있었다.

실시예 3 : 셀룰로오스 아세테이트를 이용한 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체 및 전자전달체의 전극표면에의 동시 고정 및 이를 이용한 이산화탄소의 아세트산으로의 전기화학적 변환

본 실시예에서는 균체와 전자전달체를 동시에 전극 표면에 고정시키는 작업을 하였다. 그 방법으로 두 가지 방법을 이용하였는데 첫번째는 지금까지의 연구 결과를 이용한 것으로 셀룰로오스 아세테이트(CA)를 이용하여 붙이는 것이고 두번째는 전극 표면에 카르복시기 그룹을 도입하여 DAPV를 붙인 다음 균체를 붙이는 방법(실시예 4)이다.

우선 첫번째 방법을 살펴볼 때, 그 고정법은 하기와 같다. 우선, 실시예 2의 방법을 이용하여 전자전달체가 연결된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체를 준비한다. 그리고 연마한 전극에 1 %의 셀룰로오스 아세테이트(CA)를 0.1 ㎕ 바르고 20 내지 30분 정도 말려준 다음 준비된 전자전달체가 연결된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체를 1 ㎕씩 바르고 말려주는 작업을 2회 반복한다. 마지막으로 1 %의 셀룰로오스 아세테이트(CA) 0.2 ㎕를 덧발라 DAPV에 연결된 균체가 빠져 나오지 않도록 잡아준다(도 10). 참고적으로 본 실험에서는 효율을 높이기 위해 앞에서 제시한 방법보다 더 작은 양의 셀룰로오스 아세테이트(CA)와 더 많은 양의 균체를 고정시켰다.

상기와 같은 방법으로 셀룰로오스 아세테이트를 이용하여 전극에 각각 DAPV가 연결된 균체를 고정시키고 아세트산 생성실험을 실시하여 각 전극에 흐른 전하량, 생성된 아세트산의 양, 그에 따른 전류 효율을 측정하였다. 먼저 구리 전극을 이용한 경우의 순환 전압 전류그림을 보게 되면 용액상의 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체에 전자전달체를 연결한 경우에 비해 산화/환원 봉우리가 작아지고 봉우리 전위차도 작아짐을 알 수 있다(도 11). 이는 DAPV가 연결된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체가 얇은 셀룰로오스 아세테이트 멤브레인(CA membrene) 내부에 갇힌 채로 전기화학 반응을 하기 때문일 것이다. 환원/산화 봉우리 크기는 고정된 균체의 양에 비례하는 것이고, 얇은 막에서의 확산에 의한 전류이기 때문에 봉우리 전위차는 감소하였다. 우선 순환 전압전류그림을 보고 이를 이용해 - 560 mV에서 전기분해를 실시하였다. 그 결과 전기분해 11시간 동안 흐른 전하량은 63 C이었고 생성된 아세트산의 양은 25 mM 이었으며 전류 효율은 94 % 임을 알 수 있었다(도 12). 그리고 금, 유리전극 경우에도 구리전극과 마찬가지의 결과를 보였다.

실시예 4 : 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체의 유리 탄소 전극 표면에의 전자전달체를 이용한 공유결합에 의한 고정 및 이를 이용한 이산화탄소의 아세트산으로의 전기화학적 변환

본 실시예에서는 전극 표면에 카르복시기를 도입한 후, 양쪽 말단에 아민기를 갖는 전자전달체의 어느 한쪽의 아민기를 전극 표면의 카르복시기와 결합시키고 나머지 한쪽의 아민기는 균체의 말단부에 있는 카르복시기와 결합을 시켜서 균체와 전자전달체를 전극표면에 동시에 고정시키는 방법을 진행시켰다.

유리 탄소 전극 표면에 카르복시기를 도입시키는 방법은 다음과 같다(Matsuo, M.; Yuji, Y.; Masashi, Y.; Hidenobu, O. Anal. Sci. 1995, 11, 947-952; Mizutani, F.; Yabuki, S. Trans. IEE Jp. 1999, 119-E, 554-559). 전기 분해 셀에 2 mL의 1,5-펜탄디올(1,5-pentandiol)과 0.1 M 황산(H₂SO₄) 10 ㎕를 첨가하였다. 전기 분해 셀에 작업 전극으로 유리탄소 전극, 기준전극으로는 은선, 대전극으로는 백금선을 사용하여 + 2.0 V에서 전기분해를 2 mC의 전하량이 흐를 때까지 하였다. 다음은 전극표면에 붙지 못한 1,5-펜탄디올(1,5-pentandiol) 및 산화물을 제거하기 위해 에틸 알콜로 세척한 후 전극을 0.1 M 인산완충용액(pH 7.0)에 담고 0 내지 - 0.5 V 영역을 100 mV/sec의 주사속도로 다섯 차례 순환시킨 후 증류수로 세척하고 에틸 알콜로 세척을 한다. 처음의 전기분해부터 마지막까지의 작업을 총 3번 반복하였다.

카르복시기가 도입된 유리탄소 전극에 N-(3'-디메틸아미노프로필)-N'-에틸 카르보디이미드(N-(3'-dimethylaminopropyl)-N'-ethyl carbodiimide;EDC)를 넣어 카르복시기 그룹을 활성화시켜 아미드 결합이 잘 이루어지도록 한 후 DAPV를 붙이면 DAPV의 양쪽 말단부에 있는 아민 그룹 중 한쪽만 전극과 결합을 하고 다른 한쪽은 전극 바깥쪽으로 나와 있게 된다. 다음 EDC를 이용하여 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체의 카르복시기를 활성화시킨 후에 DAPV가 붙은 전극과 반응시켜 균체를 고정시켰다(도 13).

이 전극의 순환 전압전류그림(cyclic voltammogram)을 보면(도 14), -400 mV 근처에서 작은 산화/환원 봉우리가 보이는 것을 관찰할 수 있는데 이는 DAPV가 붙었음과 전자전달이 가능함을 나타낸다. 또한 종모양의 형태를 나타내며, 봉우리 전위차가 20 mV 인것으로 보아 흡착된 물질의 환원/산화 반응임을 알 수 있다. 순환 전압전류그림을 통하여 나타난 환원 전위를 바탕으로 -500 mV에서 전기 분해를 실시하였다. 그 결과 흐른 전하량은 약 61 C, 생성된 아세트산의 양은 20 mM, 전류 효율은 93%이었다(도 15).

실시예 5: 전극표면에 고정된 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체의 보관 수명 측정

각 전극에 셀룰로오스 아세테이트(CA)를 이용하여 붙인 균체가 건조상태로 보관되는 동안 활성이 빨리 떨어져 아세트산의 생성이 지속적이지 못하다면 셀룰로오스 아세테이트(CA)를 이용한 고정은 이용면에서 효율성이 떨어진다 할 수 있을 것이다. 따라서 각 전극에 붙은 균체의 보관 수명을 측정해 봄으로써 셀룰로오스 아세테이트(CA)를 이용한 균체의 고정의 효율을 측정하였다.

각 전극은 제작 당일로부터 1주일, 2주일, 4주일 되었을 때 아세트산 생성실험을 실시하여 흐른 전하량과 생성된 아세트산의 양, 전류효율을 측정하였다 (도 16). (이 때 각 전극은 전기분해 후 0.1 M 인산 완충 용액을 이용하여 세척한 후 장갑 상자안에서 건조시켜 보관하였다.) 도 16에 나타낸 바와 같이 각 전극은 시간이 경과됨에 따라 흐르는 전하량과 생성되는 아세트산의 양이 줄어드는데 2주 정도 지나게 되면 거의 처음의 반정도가 됨을 알 수 있다. 그러나 전류 효율은 거의 변화가 없음을 관찰할 수 있는데, 이는 시간이 경과됨에 따라 균체의 일부는 활성을 잃지만 남은 균체는 아세트산을 생성하는데 제 기능을 충분히 발휘하고 있는 것으로 해석할 수 있다.

클로스트리디움 써모아세티쿰 균체와 DAPV를 함께 고정시킨 전극의 보관수명도 마찬가지 방법으로 측정하였는데(도 17) 거의 유사한 결과를 보여주었다. 그러므로 고정된 DAPV는 균체의 수명에 큰 영향을 주지 않음을 알 수 있다.

본 발명에 사용되는 균체가 고정된 전극은 적은 양의 균주를 사용하여 이산화탄소를 처리함과 동시에 높은 수율로 아세트산을 제조할 수 있으며, 균체를 전극에 고정시키므로 생성물을 촉매로부터 분리시키는 분리 과정이 생략되어 비용면에서 경제적이다. 특히 가격이 저렴한 구리를 전극으로 사용할 경우 산업상 비용절감의 효과가 있으므로 대단위 공정에 이용하기가 적합하다.

Claims (28)

1. 일산화탄소 탈수소효소를 갖는 균체를 전극 표면에 고정시킨 아세트산 제조용 균체 고정화 전극.
2. 제1항에 있어서, 상기 균체가 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체인 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체 고정화 전극.
3. 제1항에 있어서, 상기 전극이 금, 구리, 유리 탄소 전극으로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체 고정화 전극.
4. 제1항에 있어서, 상기 균체가 셀룰로오스 아세테이트에 의하여 전극 표면에 고정되는 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체 고정화 전극.
5. 제4항에 있어서, 상기 균체가 고정된 전극에 셀룰로오스 아세테이트층이 추가로 피복된 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체 고정화 전극.
6. 전자전달체와 일산화탄소 탈수소효소를 갖는 균체가 공유결합을 통하여 서로 연결된 결합체를 전극에 표면에 고정시킨 아세트산 제조용 균체/전자전달체 고정화 전극.
7. 제6항에 있어서, 상기 균체가 클리스트리디움 써모아세티쿰 균체인 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체/전자전달체 고정화 전극.
8. 제6항에 있어서, 상기 전자전달체가 아민 말단기를 갖는 바이올로겐 유도체인 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체/전자전달체 고정화 전극.
9. 제6항에 있어서, 상기 전자전달체가 디-(3-아미노프로필)-바이올로겐 (DAPV)인 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체/전자전달체 고정화 전극.
10. 제6항에 있어서, 상기 균체와 전자전달체간의 결합이 균체의 카르복시기와 전자전달체의 말단의 아민기간의 아미드 결합을 통해 형성되는 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체/전자전달체 고정화 전극.
11. 제6항에 있어서, 상기 전극이 금, 구리, 유리탄소 전극으로 이루어진 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체/전자전달체 고정화 전극.
12. 제6항에 있어서, 상기 균체와 전자전달체의 결합체를 셀룰로오스 아세테이트를 사용하여 전극 표면에 고정시킨 것을 특징으로 하는 아세트산 제조용 균체/전자전달체 고정화 전극.
13. 전극과 전자전달체 그리고 균체가 각각 공유결합을 통하여 연결된 전극/전자전달체/균체의 결합체로 이루어지는 아세트산 제조용 전극.
14. 제13항에 있어서, 상기 균체가 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체인 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 전극.
15. 제13항에 있어서, 상기 전자전달체가 아민 말단기를 갖는 바이올로겐 유도체인 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 전극.
16. 제15항에 있어서, 상기 전자전달체가 디-(3-아미노프로필)-바이올로겐 (DAPV)인 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 전극.
17. 제13항에 있어서, 상기 전극이 유리탄소 전극인 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 전극.
18. 제13항에 있어서, 상기 전극과 균체 그리고 전자전달체의 결합체를 형성함에 있어서 균체의 카르복시기와 전자전달체의 말단 아민기 사이의 아미드 결합과 상기 전극의 카르복시기와 상기 전자전달체의 아민기간의 아미노결합을 통해 형성되는 것임을 특징으로 하는 아세트산 제조용 전극.
19. 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체가 고정된 전극과 전자전달체를 촉매로 사용하여 이산화탄소로부터 아세트산을 제조하는 하기 반응식의 아세트산 제조 방법.

    2 CO₂+ 8 H⁺+ 8 e^----------> CH₃COOH + 2 H₂O
20. 제19항에 있어서, -300 내지 -700 mV의 전위에서 가역적인 산화/환원 반응이 일어나는 전자전달체를 촉매로 사용하는 것을 특징으로 하는 아세트산 제조 방법.
21. 제19항에 있어서, 테트라메틸바이올로겐, N,N-디에틸-4,4'-비피리딜, N,N-디이소피로필일-4,4'-비피리딜, N,N-비피리딜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 전자전달체를 촉매로 사용하는 것을 특징으로 하는 아세트산 제조 방법.
22. 제19항에 있어서, 상기 반응이 20 ℃ 내지 70 ℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 아세트산 제조 방법.
23. 제19항에 있어서, 상기 반응이 -300 내지 -700 mV의 전위에서 수행되는 것을 특징으로 하는 아세트산 제조 방법.
24. 제19항에 있어서, 상기 반응이 pH 4 내지 pH 9에서 진행되는 것을 특징으로하는 아세트산 제조 방법.
25. 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체와 전자전달체의 결합체가 고정된 전극을 사용하여 이산화탄소로부터 아세트산을 제조하는 하기 반응식의 아세트산 제조 방법.

    2 CO₂+ 8 H⁺+ 8 e^----------> CH₃COOH + 2 H₂O
26. 제25항에 있어서, 상기 전자전달체가 아민 말단기를 갖는 바이올로겐 유도체를 전자전달체로 사용하는 것을 특징으로 하는 아세트산 제조 방법.
27. 클로스트리디움 써모아세티쿰 균체와 전자전달체 그리고 유리탄소 전극의 결합체로 이루어지는 전극을 사용하여 이산화탄소로부터 아세트산을 제조하는 하기 반응식의 아세트산 제조 방법.

    2 CO₂+ 8 H⁺+ 8 e^----------> CH₃COOH + 2 H₂O
28. 제27항에 있어서, 아민 말단기를 갖는 바이올로겐 유도체를 전자전달체로 사용하는 것을 특징으로 하는 아세트산 제조 방법.