KR20150026177A - 클로렐라 불가리스 ｙｓｌ001 균주를 이용한 수소의 생산방법 - Google Patents

클로렐라 불가리스 ｙｓｌ001 균주를 이용한 수소의 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001) KCTC12144BP 균주를 배양하는 단계를 포함하고, 22% 이하의 산소 조건에서 수소를 생산할 수 있는, 균주를 이용한 수소의 생산방법에 관한 것으로서, 상기 균주중의 수소화효소 HydA는 고농도 산소 조건에서 활동 가능하며, 21% O2 이상의 산소 조건에서 4-48시간 노출 후에도 일정 산소 조건 (<15% O2)으로 치환 시 수소화효소의 활동이 가능하여 산소 내성에 뛰어난 수소화효소이고, 따라서 온실효과의 환경문제뿐만 아니라 대체에너지를 해결하는 방법을 제공할 수 있다.

Description

클로렐라 불가리스 ＹＳＬ001 균주를 이용한 수소의 생산방법{Hydrogen production using Chlorella vulgaris YSL001}
본 발명은 산소가 존재하는 조건에서도 수소 생산이 가능한 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001) 균주 및 이를 이용한 수소의 생산방법에 관한 것이다.
지구상의 에너지 사용 증가는 지속적으로 증가하여 많은 환경오염을 초래하며, 결과적으로 지구온난화의 문제를 가져왔다[비특허문헌 1]. 바이오매스는 온실 효과에 작용을 하지 않는 신재생에너지원으로[비특허문헌 2] 대량 생산 시 에너지로 활용(수소, 메탄, 에탄올)되어 지속적으로 개발되고 있다. 또 다른 관점으로 바이오매스에 속하는 광합성 균주는 대사활동 시 수소를 방출하며 수소는 청정에너지로서 미래의 궁극적인 대체 에너지원으로 꼽히고 있다. 광합성세균은 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색비유황세균(green non-sulfur bacteria) 및 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 구분되고, 호기적 조건, 혐기 어둠 조건, 혐기 광 조건 모두에서 성장할 수 있다. 홍색비유황세균인 로도박터 속 미생물은 대사과정에서 태양에너지를 청정 화학 에너지인 수소로 전환시키는 높은 능력으로 인해 미생물을 이용한 대체에너지 기술 개발의 주된 대상으로 사용되어 왔다[비특허문헌 3]. 이들은 조류(algae)나 식물의 광합성과는 달리 그 과정 중에 산소를 발생시키지 않는 것을 특징으로 한다.
수소전환속도를 갖는 신규한 미생물, 즉 로도슈도모나스 팔루스트리스P4 (기탁번호 제 KFCC-11086 호) 및 이에 의한 수소생산방법이 알려져 있다[특허문헌1]. 상기 특허에서는 기존의 수소 생산 광합성 미생물들이 성장과 수소생산에 모두 빛이 필요한 것과 비교하여, 성장단계와 전환단계가 분리되어 빛을 이용하여 높은 속도로 성장하고, 빛이 없는 조건에서 높은 속도로 수소를 생산하며 높은 일산화탄소 분압에서도 기질 저해가 없으므로 산업적 응용 가능성이 매우 높은 균주 및 수소 생산 방법이 개시되어 있다. 그러나 수소 생산을 위해서는 CO-Ar(20:80, v/v) 조건을 맞춰주어야 하는바 불편함이 있다.
유기성 폐기물의 생물학적 반응에 의한 수소 생산방법에 관한 특허가 존재한다(특허문헌2). 여기에서는 유기성 폐기물을 클로스트리듐 부티리컴(Clostridium butyricum)을 이용하여 혐기발효시켜 수소를 생산하는 동시에 다량의 유기산이 함유된 배양액을 생산하고, 상기 배양액에 함유된 유기산을 혐기 광합성 수소생산 세균인 로도슈도모나스 스패로이드(Rhodopseudomonas sphaeroides)을 이용하여 연속적으로 광발효시켜 이로부터 재차 수소를 생산할 수 있으나, 마찬가지로 혐기성 조건에서 발효시켜야만 수소 생산이 가능하다는 점에서 한계가 있다.
수소화효소는 광합성 미생물과 혐기성 미생물 모두에서 그 역할을 할 수 있으며, 광합성 수소 생산 메커니즘은 물을 두 개의 양성자와 산소로 분해한다. 이 때 수소화효소는 물에서부터 분해된 양성자와 전자를 수소로 환원하는 역할을 한다[비특허문헌 3]. 이 과정에서 에너지를 공급하는 물질은 광합성계(PS)에서 생성된 높은 화학에너지를 가진 고분자 물질인 니코틴 아마이드 디포스페이트 하이드로젠 (nicotine amide diphosphate hydrogen, NADPH)이다 [비특허문헌 4].
수소화효소는 단백질로 구성되며 그 중심에는 금속 이온이 있어 활성의 보조 역할을 하며 효소 작용의 특징에 따라서 13개 그룹으로 나누어진다 [비특허문헌 5]. 미생물에 따라서는 발생된 H2를 다시 H+와 e-로 분해하는 역할을 하는 탈수소화효소 (dehydrogenase)가 동시에 존재하기도 한다 [비특허문헌 6]. 식물체 내에는 수소 발생을 유도하는 효소가 존재하지 않으므로 양성자(H+)를 수소(H2)로 환원하지 않고, 수소가 발생하지 않는 대신에 이산화탄소를 고정하여 유기 물질로 전환한다. 그러나 수소를 생산하는 녹조류는 이산화탄소를 고정하여 광합성계 (PS와 PS)를 거치면서 탄수화물을 자체 내에 축적하고, 동시에 양성자를 수소로 환원시킬 수도 있다 [비특허문헌 7]. 일반적으로 수소 생산 효소로는 FeFe, FeNi, Fe 수소화효소(hydrogenase)로 보고되며, FeFe 수소화효소(hydrogenase)중 HydA는 수소를 생산한다고 알려져 있다. 그러나 대부분의 HydA는 산소에 노출 시 활동력이 감소하거나 활동을 하지 않는다 [비특허문헌 8].
녹색식물 중 미세조류는 여러 가지 수소화효소 중 FeFe 수소화효소(hydrogenase)만을 가지고 있다고 알려져 있으며 이 중 HydA가 수소생산 메커니즘에 기여한다고 보고되었다[비특허문헌 9]. 조류는 성장 시 산소를 생산하기 때문에 수소화 효소의 활동이 현저히 감소된다. 그러나 토양에서 배양된 조류나 조류 성장 시 황(sulfur)이 결핍된 조건에서는 산소가 5-15% 있는 조건에서 수소화효소의 활동 가능성을 보였다 [비특허문헌 10, 11].
한편 클로렐라 속 조류는 수소생성 질소 고정 효소(nitrogenase) 및 수소 생성 효소(hydrogenase)의 구성 요소들의 유전자들도 비교적 알려져 있지 않다. 클로렐라는 조류 중 가장 널리 알려져 있으며, 분포 또한 다양한 지역에서 쉽게 발견된다. 현재 조류의 연구방향은 박테리아의 유전자 변이 연구와 다르게 주로 배양을 통한 수소 생성능 증진에 주안점을 두고 있다. 이와 같은 접근으로 수소 생성능의 상당한 증진이 있었으나, 그 한계가 있었다. 로도박터 스페로이데스 KCTC 12085는 자연계에서 분리된 광합성 균주로서 높은 수소 생성능과 염에 대한 높은 저항성을 가지고 있으며, 다른 수소생성 광합성 균주들에 비해 유사하거나 보다 높은 수소생산 능력을 가지고 있어 수소생성 효율이 증가하는 것을 관찰하여 보고한 바 있다[비특허문헌 12]. 상기와 같은 광합성 균주의 수소 생성은 주로 질소고정효소에 의한 양자(proton, H+)고정의 결과이며, 이때 소모되는 에너지는 전적으로 명반응에 의존한다. 한편, 대부분의 광합성 박테리아 및 조류는 자연계에서 높은 산소(O2 = 0.21 atm)에 노출되어 있다. 그러나 수소를 발생시키는 수소효소는 니켈-철 함유 수소효소 [NiFe-Hydrogenase, 비특허문헌 13]와 철 함유 수소효소 [Fe-only Hydrogenase, 비특허문헌 14]는 주로 혐기 조건에서 활동을 한다고 보고된다. 최근 홍색비유황세균 중에 산소 내성을 갖는 수소화효소가 발견되면서 자연환경(호기 조건)에서의 수소 생산가능성이 보여진다[비특허문헌 15].
따라서 보다 많은 호기 조건에서 수소 생성과 관련된 수소생성효소들의 활성화 및 안정화 등을 유도할 수 있는 배양 조건 등을 규명하는 연구는 이러한 한계를 뛰어넘기 위해 반드시 이루어져야 할 과제이고, 선행특허에서 호기 조건에서 클로렐라 불가리스 YSL001 균주가 수소 생산이 가능하다는 점을 밝힌 바 있다[특허문헌 3]. 본 발명에서는 산소 내성 수소화효소 활동 가능성을 확인하고자 클로렐라 푸스카(Chlorella fusca)에서 분리된 HydA로 노멀라이즈(normalization)하여 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)에 존재하는 수소화효소가 HydA 임을 확인하고, 높은 산소 조건에서 활동 및 수소화효소의 기능을 명확히 파악하기 위해 장시간 산소 노출 후 헤드스페이스(headspace)의 산소 농도를 초기농도 (15% O2)로 낮췄을 때 재활동 가능성을 검토하여 고농도 산소 조건에서 연속적 활동이 가능한 수소화효소 기능을 규명하였다.
KR 315,662 B KR 442,741 B 한국특허출원 2012-0055936
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본 발명에서는 높은 산소 조건에서 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001)에 존재하는 수소화효소의 기능을 명확히 파악하고, 장기간 산소 노출 후 재활동 가능성을 규명함으로써 산소 조건에서도 수소 생산능을 유지하는 균주 및 이 균주를 이용한 수소 생산방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 균주를 호기/독립영양 상태에서 성장시켜 에너지 생산을 하며, 그 과정에서 고농도의 이산화탄소를 탄소원으로 활용하여 온실효과의 환경문제뿐만 아니라 대체에너지를 해결하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에서는 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001) KCTC12144BP 균주를 배양하는 단계를 포함하고, 22% 이하의 산소 조건에서 수소를 생산할 수 있는, 클로렐라 불가리스 YSL001 KCTC12144BP 균주를 이용한 수소의 생산방법을 제공함으로써 상기 과제를 해결하였다.
미세조류 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001)을 이용한 수소 생산에 직접적인 역할을 하는 수소화효소 HydA는 고농도 산소 조건에서 활동 가능하며, 21% O2 이상의 산소 조건에서 4-48시간 노출 후에도 일정 산소 조건 (<15% O2)으로 치환 시 수소화효소의 활동이 가능하여 산소 내성에 뛰어난 수소화효소임을 확인하였다.
도 1은 클로렐라 불가리스 YSL001 균주의 고농도 CO2 (15%), 산소(15%) 및 광합성무기영양(photoautotrophic) 조건에서의 수소 생산 및 소비 측정결과를 도시한 그래프이다.
도 2a 및 도 2b는 클로렐라 푸스카(Chlorella fusca) HydA의 정보를 나타낸 것이다.
도 3은 보고된 클로렐라 푸스카 HydA 서열과 클로렐라 불가리스 YSL001의 유사도 확인결과를 도시한 것이다.
본 발명은 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001) KCTC12144BP 균주를 배양하는 단계를 포함하고, 22% 이하의 산소 조건에서 수소를 생산할 수 있는, 클로렐라 불가리스 YSL001 KCTC12144BP 균주를 이용한 수소의 생산방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 균주는 산소 조건에 1회 이상 노출되어도 수소 생산능을 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 균주는 25% 이상의 산소 조건에 1회 이상 노출되어도 수소 생산능을 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 균주는 산소 노출 시간이 1시간 이상, 2시간 이상, 4시간 이상, 8시간 이상, 12시간 이상, 24시간 이상, 36시간 이상, 48시간 이상인 경우에도 수소 생산능을 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 본 발명은 독립영양 조건 하에서 상기 균주를 배양하는 단계를 포함하는, 수소의 생산방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 본 발명은 상기 균주를 KH2PO4, CaCl2 ·2H2O, MgSO4 ·7H2O, NaNO3, K2HPO4, NaCl 및 미량원소로 이루어진 배지에서 배양하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 미량원소는 ZnSO4 ·7H2O, H3BO3, MnCl2 ·4H2O, MoO3, CuSO4 ·5H2O, Co(NO3)2 ·6H2O, Na2EDTA, KOH, FeSO4 및 H2SO4로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 배지는 KH2PO4 17.3 내지 17.7 g/L, CaCl2 ·2H2O 2.3 내지 2.7 g/L, MgSO4 ·7H2O 7.3 내지 7.7 g/L, NaNO3 24.8 내지 25.2 g/L, K2HPO4 7.3 내지 7.7 g/L, NaCl 2.3 내지 2.7 g/L 및 미량원소 3 내지 5 mL를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 본 발명은 상기 균주를 20 내지 30에서 pH 7.0 내지 9.0에서 배양하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 본 발명은 상기 균주를 25 내지 27 , pH 7.5 내지 8.5에서 배양하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 본 발명은 상기 균주를 이산화탄소를 탄소원으로 하여 배양하는 단계를 포함할 수 있다.
조류가 지닌 수소화효소 활성은 메틸 비올로겐(methyl viologen)을 이용하여 분석해낼 수 있다.
본 발명에 따른 또 다른 일 양태에서, 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001) KCTC12144BP 균주를 포함하는 산소 검출용 센서가 제공된다.
본 발명에 따른 일 양태에서, 상기 센서는 산소 농도가 22% 초과인 경우를 센싱할 수 있다.
이하, 본 발명에 따르는 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만 상기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이고 본 발명의 권리범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것을 의미하는 것은 아니다.
실시예 1: 신균주의 분리
강원도 원주 연세대학교 매지 호수 주변에서 시료를 채취하였다. 채취 시료는 200 mL 시험관에 다음 표 1에 나타낸 바와 같은 BBM 액체배지를 넣고 약 2주간 정치 배양하였다. 예비 배양한 시료 1 mL를 10 mL의 멸균 증류수가 포함된 30 mL 시험관에 넣고 잘 혼합하여 미세조류 세포를 분산시켰다. 이로부터 마이크로 피펫을 사용하여 0.1 mL의 시료를 취한 후 멸균 증류수가 포함된 시험관에 넣고 혼합하였다. 이러한 조작을 5회 반복한 후 각각의 시험관에서 약 0.1 mL의 시료를 취하고, 이를 다음 표 2에 나타낸 바와 같은 조성의 BBM 배지가 놓인 페트리디쉬(Petri dish)에 접종한 다음, 온도 25 ~ 27℃ 및 조도 50 mol/-sec의 배양기에서 2~3주간 정치 배양하였다. 미세조류의 콜로니(Colony)가 나타나면 현미경으로 확인하면서 백금이를 사용하여 각각의 군락을 웰 세포 배양 플레이트(well cell culture plate)에 옮겨 분리를 시작하였다. 각각의 홀에는 조류군락과 BBM배지를 1:1로 하여 투여 후 10-14일간 배양하였다(표 1). 일부 미생물의 성장을 억제하게 위해 본 실시예에서는 항생제 스트렙도마이신(Streptomycin)을 사용하여 조류만을 성장하도록 하였다. 이때, 사용된 항생제의 양은 배지 1L 당 0.15 mg/mL를 사용하였다. 일정 기간 후 각각의 홀에 배양된 콜로니를 현미경 관찰하였다. 이때, 대부분의 홀에서는 특성 미세조류만 성장하며, 같은 모양을 지닌 종을 BBM배지로 준비된 페트리디쉬에서 배양을 하였다(표 2). 일정기간 후 배양된 조류 콜로니는 한 종류의 콜로니로 우세하게 배양되며, 이 콜로니를 채취하여 100 mL의 BBM배지가 들어있는 250 mL 삼각 플라스크에 이식하여 본 배양을 시작하였다(표 1).
미세조류 배양용 액체 배지(BBM)의 조성
성분 함량 (per liter)
KH2PO4 17.5 g
CaCl2 ·2H2O 2.5 g
MgSO4 ·7H2O 7.5 g
NaNO3 25 g
K2HPO4 7.5 g
NaCl 2.5 g
Microelement Stock Solution
ZnSO4 ·7H2O 8.82 g
H3BO3 11.42 g
MnCl2 ·4H2O 1.44 g
MoO3 0.71 g
CuSO4 ·5H2O 1.57 g
Co(NO3)2 ·6H2O 0.49 g
Solution (1)
Na2EDTA 50 g
KOH 3.1 g
Solution (2)
FeSO4 4.98 g
H2SO4 1 mL
미세조류 배양용 배지(BBM) 아가의 조성
성분 함량 (per liter)
KH2PO4 17.5 g
CaCl2 ·2H2O 2.5 g
MgSO4 ·7H2O 7.5 g
NaNO3 25 g
K2HPO4 7.5 g
NaCl 2.5 g
Microelement Stock Solution
ZnSO4 ·7H2O 8.82 g
H3BO3 11.42g
MnCl2 ·4H2O 1.44 g
MoO3 0.71 g
CuSO4 ·5H2O 1.57 g
Co(NO3)2 ·6H2O 0.49 g
Solution (1)
Na2EDTA 50 g
KOH 3.1 g
Solution (2)
FeSO4 4.98 g
H2SO4 1 mL
Agar
Agar powder 15 g
실시예 2: 신균주 배양
상기 표 1에 나타낸 바와 같은 BBM 배양액 [KH2PO4, CaCl2 ·2H2O, MgSO4 ·7H2O, NaNO3, K2HPO4, NaCl 및 미량원소(ZnSO4 ·7H2O, H3BO3, MnCl2 ·4H2O, MoO3, CuSO4 ·5H2O, Co(NO3)2 ·6H2O, Na2EDTA, KOH, FeSO4, H2SO4)]를 이용하여 상기 실시예 1에서 분리한 균주를 25 내지 27℃ , pH 7.5 내지 8.5 하에서 250 mL 삼각플라스크에 10 mL의 상기 균주를 넣고 형광교반 배양기에서 약 14일간 배양을 하였다. 교반은 150 rpm으로 유지하였으며, 조도 50 mol/-sec를 유지하였다.
실시예 3: 신균주 동정
상기 실시예 1에서 분리한 균주의 염기서열 분석은 28s rDNA 염기서열 시퀀스 분석법으로 분석하였다.
샘플의 상태는 상기 실시예 1의 콜로니가 있는 평판 배지 상태로 의뢰하였으며, 의뢰 내역으로는 Extraction-gDNA, PCR 증폭에 의한 PCR 산물을 시퀀싱(sequencing) 반응을 통해 분석하였다. 분석에 사용된 프라이머로 구분되는 시퀀스는 다음과 같다.
5'-AGCGGAGGAAAAGAAACTA-'3 정방향 프라이머(서열번호 2)
5'-TACTAGA-AGGTTCGATTAGTC-'3 역방향 프라이머(서열번호 3)
분리 균주의 28s rDNA 염기서열 분석 결과를 첨부된 서열목록의 서열번호 1에 기재하였으며(선행특허출원 10-2012-0055936호 출원 명세서의 도 2 참조), 계통학적 결과는 쥬크-캔터(Jukes-Cantor) 모델을 적용한 네이버-조이닝(Neighbour-joining) 방법에 따라 계통수(phylogenetic tree) 결과를 도출하였으며 이는 선행특허출원 10-2012-0055936호 출원 명세서의 도 3에 도시된 바와 같다.
분리 균주의 염기서열[서열번호 1]은 NCBI에서 상동성을 조사한 결과, 다음 표 3에 나타낸 바와 같이 클로렐라 불가리스로 분류되었다.
분리 균주 서열길이 (nta) 근연종 % 상동성
Chlorella vulgaris YSL001 883 Chlorella vulgaris AB237642.1 98
이상에서와 살펴본 바와 같이, 본 발명에서 분리한 미세조류균은 호기성 조건에서도 수소를 생산하는 점을 제외하고는 형태 및 최적 온도, pH 등의 특성을 종합 고려할 때 클로렐라 불가리스에 속하는 것으로 밝혀졌다.
이에, 본 발명에 따른 분리 균주를 클로렐라 불가리스 YSL001 (Chlorella vulgaris YSL001)으로 명명하였고, 2012년 2월 23일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터에 기탁하여 수탁번호 KCTC12144BP를 부여받았으며, 선행특허출원 10-2012-0055936호 출원 시 미생물기탁증을 제출하였다.
[수탁번호]
기탁기관명: 한국생명공학연구원
수탁번호: KCTC12144BP
수탁일자: 2012.02.23
실험예 1. 클로렐라 불가리스 YSL001에서 발견된 수소화효소의 산소내성 실험
녹조류인 클로렐라 불가리스 YSL001 (Chlorella vulgaris YSL001)에서 발견된 수소화효소(hydrogenase)의 산소 내성을 검토하기 위해 헤드스페이스(headspace)의 산소 농도를 변화하여 수소화효소의 활동력을 검토하였다. 추출된 수소화효소는 클로렐라 푸스카(Chlorella fusca)에서 분리 배양된 HydA로 노멀라이즈(normalization)하여 HydA 임을 확인하였다.
미세조류 클로렐라 불가리스(Chlorella vulgaris)를 4일 동안 대기조건에서 배양 후 수확하여 24시간 동안 질소 가스로 치환하여 혐기성화 후 수소화효소 활동을 측정한 뒤, 4시간 동안 대기 (21% O2)에 노출하여 산소 내성에 대한 수소화효소 활성 가능성을 검토하였다. 이후 다시 4시간 동안 혐기성 조건에 노출하여 수소화효소의 재활성 가능성을 검토하여 표 4에 나타냈다.
수소화효소는 혐기성 조건에서 약 41.45±1.32 U/mg of protein의 활동력을 보였으며, 산소 노출 후 11.35±0.89 U/mg of protein로 활동이 저감되었으나, 다시 혐기 조건으로 헤드스페이스를 유지 시 30.05±1.68 U/mg of protein로 수소화효소가 활동하여 초기 수소화 효소의 약 73%의 활동력을 보였다. 대조군인 혐기 조건에서 수소화효소 측정 결과 41.56±1.15-42.08±2.13 U/mg of protein의 활동력을 유지하였다. 이는 수소화효소의 활동이 산소 농도에 민감하나, 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001)에서 분리된 hydA는 높은 농도의 산소 조건 (21% O2)에서 활동이 가능함을 확인하였다.
대기 조건에서 배양된 미세조류 수소화효소의 산소 민감도
시간 (h) 분석조건 수소화효소 활성(specific hydrogenase activity)
(U/mg of protein)
24 Anaerobic 41.45±1.32
28 Aerobic 11.35±0.89
32 Anaerobic 30.05±1.68
24 Anaerobica 41.56±1.15
28 Anaerobica 41.96±1.77
32 Anaerobica 42.08±2.13
a control
실험예 2. 산소 농도에 따른 수소 생산
반응기내에 산소 농도에 따른 수소 생산을 그림 1에 나타내었다. 초기 15% 산소 농도 조건에서 반응 2일 후 수소 생산을 보여 헤드스페이스의 산소 농도가 22%이상 증가 시 수소 생산이 멈추었다. 18일 동안 산소 농도를 3차례 15%로 재치환하여 헤드스페이스를 유지한 결과 산소농도가 15-22% 사이에서 수소가 발생되었으며, 반응기간 8-10일, 약 2일간 25% 이상의 산소 조건에 노출된 미세조류를 헤드스페이스가 15% 산소로 재치환 시 수소가 다시 발생하는 것을 보았다. 이는 수소 생산에 관여하는 수소화효소가 산소에 노출되었다가 다시 일정 산소 농도 이하 또는 무산소로 헤드스페이스가 유지되면 재활동화가 되는 결과인 수소화효소 활성(hydrogenase activity) (표 4)와 연관을 보인다.

Claims (14)

  1. 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001) KCTC12144BP 균주를 배양하는 단계를 포함하고,
    22% 이하의 산소 조건에서 수소를 생산할 수 있는,
    클로렐라 불가리스 YSL001 KCTC12144BP 균주를 이용한 수소의 생산방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 균주는 산소 조건에 1회 이상 노출되어도 수소 생산능을 유지하는 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 균주는 25% 이상의 산소 조건에 1회 이상 노출되어도 수소 생산능을 유지하는 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  4. 제2항에 있어서,
    산소 노출 시간이 1시간 이상인 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  5. 제2항에 있어서,
    산소 노출 시간이 2시간 이상인 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  6. 제2항에 있어서,
    산소 노출 시간이 4시간 이상인 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  7. 제2항에 있어서,
    산소 노출 시간이 12시간 이상인 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  8. 제2항에 있어서,
    산소 노출 시간이 48시간 이상인 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  9. 제1항에 있어서,
    독립영양 조건 하에서 상기 균주를 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 균주를 KH2PO4, CaCl2 ·2H2O, MgSO4 ·7H2O, NaNO3, K2HPO4, NaCl 및 미량원소로 이루어진 배지에서 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 균주를 20 내지 30℃에서 pH 7.0 내지 9.0에서 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 균주를 이산화탄소를 탄소원으로 하여 배양하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소의 생산방법.
  13. 클로렐라 불가리스 YSL001(Chlorella vulgaris YSL001) KCTC12144BP 균주를 포함하는 산소 검출용 센서.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센서는 산소 농도가 22% 초과인 경우를 센싱하는 것을 특징으로 하는 산소 검출용 센서.
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