WO2013118953A1 - 호압성 황산화 화학독립영양미생물을 이용하여 고압 이산화탄소를 바이오매스로 고정 또는 전환하는 방법 - Google Patents

호압성 황산화 화학독립영양미생물을 이용하여 고압 이산화탄소를 바이오매스로 고정 또는 전환하는 방법 Download PDF

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안익성
권혁성
이재혁
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Definitions

  • the present invention relates to a method for fixing or converting high pressure carbon dioxide to high value-added biomass using a pressurized sulfated chemical independent nutrient microorganism.
  • Carbon dioxide capture and storage is a technology that captures artificially released carbon dioxide and transports it to an isolated location from the atmosphere.
  • carbon dioxide capture technology has been developed such as absorption method, membrane separation method, adsorption method by separating the exhaust carbon dioxide mixture with high purity suitable for storage.
  • these capture technologies require large process equipment and energy, which in turn requires a 50-70% budget for the entire CCS technology.
  • applying the best current capture technology to power generation for a nitrogen / carbon dioxide mixture from a coal-fired power plant requires a 15-25% increase in existing electricity rates by country.
  • the need for stored carbon dioxide treatment can be divided into three categories.
  • the first is the leakage of carbon dioxide. Carbon dioxide stored underground may be immobilized in the ground over hundreds of years, but it may be slowly released into the atmosphere and not completely isolated from the atmosphere. There is also a risk that carbon dioxide, later stored by Earth's crustal movements, will be released again. Therefore, when choosing a place to store it, you have to decide carefully, and you have to take measures to save it. Mass emissions of stored carbon dioxide into the atmosphere can have a devastating effect on the global environment. In the 1980s, explosive releases of high levels of carbon dioxide at the bottom of the lake near Lake Nios and Monoun in Cameroon killed over 2,000 people, as well as the animals that lived around it. Second is the physical and chemical properties of carbon dioxide.
  • Microalgae cultivation and chemical precipitation are currently being developed for carbon dioxide fixation and conversion.
  • conversion to CaCO 3 or MgCO 3 which is economically low is suggested, but it is difficult to evaluate the ultimate CO2 treatment technology due to the cost of capture / transportation / reaction and reaction rate.
  • Microalgae culture is a low temperature process and has the advantage of converting carbon dioxide into useful lipids, but the need for a light source, the problem of using only low pressure (less than 1 atmosphere) of carbon dioxide, and the low conversion rate Part of the globally generated carbon dioxide is difficult to be used for conversion.
  • the present inventors have tried to find a method for recognizing and improving the limitations of the existing capture, storage and conversion of carbon dioxide, and as a result, using a pressure-sensitive sulfated chemical independent nutrient which can use high-pressure carbon dioxide as a carbon source.
  • a pressure-sensitive sulfated chemical independent nutrient which can use high-pressure carbon dioxide as a carbon source.
  • An object of the present invention is to provide a method for ultimately converting high-pressure carbon dioxide to high value-added biomass by creating a favorable environment for the growth of hydrophilic sulfated chemical independent nutrients that can use high-pressure carbon dioxide as a carbon source. .
  • Table 1 characteristic Sulfurovum lithotrophicum 42BKT shape Microbe shape Coccoid oval motility - Growth condition: Temperature range (°C) 10-40 Optimum temperature (°C) 28-30 Doubling time at optimum temperature (h) 1.5 pH range 5.0-9.0 Optimal pH 6.7 NaCl request + Maximum O 2 Concentration (%) 5 Anaerobic growth - Sulfur supply S 2 O 3 2- , S 2- Energy metabolism: Electron donor S 2 O 3 2- , S 2- Electron acceptor NO 3 -, O 2 Carbon assimilation path rTCA
  • the present inventors have continued to study the method of fixing or converting carbon dioxide by using a pressure-sensitive sulfated chemical independent nutrient microorganism, and recognized that the conditions for culturing Sulfurovum lithotrophicum 42BKT are very important. Changes in pH, especially during culture conditions, can inhibit the growth of Sulfurovum lithotrophicum 42BKT. Changes in pH during cell fixation or conversion of carbon dioxide are very diverse, including: i) reduction of carbon dioxide (carbonate), ii) reduction of nitrate, iii) conversion of thiosulfate to sulfate, and iv) generation of organic acids.
  • Sulfurovum lithotrophicum 42BKT a sulfated chemical independent nutrient, provides a new optimal culture condition for fixing or converting high-pressure carbon dioxide.
  • the present invention provides a method for fixing or converting carbon dioxide, comprising the step of culturing Sulfurovum lithotrophicum 42BKT in a medium containing a zwitterionic compound or a salt thereof as a buffer and culturing Sulfurovum lithotrophicum 42BKT. do.
  • a zwitterionic compound or a salt thereof such as PIPES from the beginning, as a buffer has the great advantage of maintaining pH until the carbon dioxide fixation / conversion step.
  • a zwitterionic compound or a salt thereof plays an important role in adjusting the pH of a medium in which carbon dioxide is contained at a high concentration.
  • the pH was adjusted simply by using a strong base such as NaOH, but this was insufficient to control the pH of a medium in which a high concentration of carbon dioxide was dissolved, and it was recognized that it was difficult to create a growthable environment of Sulfurovum lithotrophicum 42BKT.
  • efforts to find a suitable buffer for pH control and growth of Sulfurovum lithotrophicum 42BKT confirmed that the zwitterionic compound or salt thereof forms the optimum culture conditions.
  • the zwitterionic compound may be, for example, piperazine-N, N′-bis (2-ethanesulfonic acid) (PIPES), HEPES (4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazineethanesulfonic acid), MES (2- ( N -morpholino) ethanesulfonic acid), TES (2-[[1,3-dihydroxy-2- (hydroxymethyl) propan-2-yl] amino] ethanesulfonic acid), HEPPS (3- [4- ( 2-Hydroxyethyl) -1-piperazinyl] propanesulfonic acid), CAPS ( N -cyclohexyl-3-aminopropanesulfonic acid), MOPS (3- (N-morpholino) propanesulfonic acid), CHES ( N -Cyclohexyl-2-aminoethanesulfonic acid), N-2-acetamidoiminodiacetic acid (ADA), N
  • PPES
  • the zwitterionic compound or salt thereof may be a compound of Formula 1 or a salt thereof.
  • R 1 and R 3 each independently represent an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms
  • R 2 and R 4 each independently represent a hydroxyl group or a sulfonic acid (-SO 3 H) group.
  • the compound of Formula 1 or a salt thereof is PIPES (piperazine-N, N′-bis (2-ethanesulfonic acid)), HEPES (4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazineethanesulfonic acid), Monosodium salts, disodium salts thereof, or mixtures thereof.
  • PIPES piperazine-N, N′-bis (2-ethanesulfonic acid
  • HEPES 4- (2-hydroxyethyl) -1-piperazineethanesulfonic acid
  • Monosodium salts disodium salts thereof, or mixtures thereof.
  • the pH of the medium in which Sulfurovum lithotrophicum 42BKT is grown is not limited thereto, but may be 5-9.
  • Sulfurovum lithotrophicum 42BKT requires sulfur as an essential nutrient because it is a sulfated, chemically independent nutrient. Therefore, sulfur is essentially included in the medium used in the method of the present invention. Although not limited thereto, the sulfur may be included in the medium as sulfur, sodium sulfide (Na 2 S), sodium thiosulfate (Na 2 S 2 O 3 ), or a mixture thereof.
  • the supply of sulfur in the medium can be continuously such that the fixation or conversion of carbon dioxide occurs continuously.
  • the medium preferably contains saline.
  • the brine may be at least one selected from the group consisting of seawater, brine of the saline solution, and synthetic seawater.
  • the brine contained in the medium may be selected from the sea water, the brine of the brine layer and the synthetic sea water is easy to supply depending on the location of the carbon dioxide reservoir.
  • the composition of the brine is well known.
  • saline may include NaCl, NaNO 3 , NaS 2 O 3 , NH 4 Cl, K 2 HPO 4 , and the like.
  • the medium may further comprise one or more of a trace mineral supplement and a trace vitamin supplement.
  • a trace mineral supplement for example, synthetic saltwater may contain fewer ingredients than natural saltwater, so you may want to use a trace mineral supplement or trace vitamin supplement as needed.
  • Sulfurovum lithotrophicum 42BKT is capable of growing at high pressure, unlike microorganisms or algae that have been used for biological treatment of carbon dioxide.
  • the total pressure of the gaseous portion comprising carbon dioxide in the carbon dioxide reservoir may be 1 to 200 atmospheres.
  • Carbon dioxide is emitted as a mixture, which requires a large amount of energy to separate and capture it.
  • the underground storage of carbon dioxide has a problem to be captured with high-purity carbon dioxide, and due to the acidity of the high-purity carbon dioxide has been pointed out a problem for the change of the underground environment.
  • Sulfurovum lithotrophicum 42BKT is also resistant to SO 2 or NO, enabling stable biological treatment of carbon dioxide. Do.
  • the carbon dioxide in the carbon dioxide reservoir may be present as pure carbon dioxide or a mixture of carbon dioxide.
  • Sulfurovum lithotrophicum 42BKT has excellent resistance to high concentrations of carbon dioxide. Therefore, it can be used for the cultivation of Sulfurovum lithotrophicum 42BKT directly without diluting the high concentration of carbon dioxide, simplifying the biological treatment process of carbon dioxide.
  • the partial pressure of the carbon dioxide provided as a carbon source in the method of fixing or converting carbon dioxide may be 0.1 atm to 50 atm.
  • the fixed or conversion temperature of the carbon dioxide may be 4 to 40 °C. Within this range, growth of microorganisms using carbon dioxide as a carbon source can be achieved in the method of the present invention.
  • the invention also relates to zwitterionic compounds or salts thereof; Sulfur component; And Sulfurovum lithotrophicum 42BKT comprising a composition for fixing or converting carbon dioxide. Descriptions relating to zwitterionic compounds and media are as described above.
  • the present invention also provides a carbon dioxide reservoir comprising a composition for fixing or converting the carbon dioxide; And an injection port for injecting a gas containing carbon dioxide into the reservoir.
  • the carbon dioxide reservoir into which the carbon dioxide is fixed or converted is depleted oil or gas reservoirs, deep unused saline water-saturated reservoir rocks, underground Underground reservoirs such as deep nmineable coal seams, basalts, oil shales, cavities, underground reactors, and the like. These underground reservoirs may suitably be used for the storage and treatment of high pressure carbon dioxide.
  • the carbon dioxide reservoir may be a ground reactor.
  • the carbon dioxide collected in the place where the carbon dioxide is generated can be directly processed in the reactor, thus not only incurring transportation costs but also being very inexpensive and safe compared to being stored underground.
  • the method according to the invention enables the conversion of carbon dioxide in the above-ground reactors, so that it can be used in a number of countries that do not have underground reservoirs. great.
  • the present invention also includes a zwitterionic compound or a salt thereof as a buffer, and a medium selected from the group consisting of amino acids, organic acids and fatty acids by culturing Sulfurovum lithotrophicum 42BKT in the presence of carbon dioxide in a medium containing sulfur components.
  • a medium selected from the group consisting of amino acids, organic acids and fatty acids by culturing Sulfurovum lithotrophicum 42BKT in the presence of carbon dioxide in a medium containing sulfur components.
  • the hydrophilic sulfated chemical independent nutrient microorganisms are used in the growth of high concentration of carbon dioxide at high pressure or organic acids such as succinic acid, lactic acid; Amino acids such as alanine, valine, leucine, isoleucine, aspartic acid, pyroglutamic acid, glutamic acid, phenylalanine, lysine and tyrosine; It has been shown to convert to organic substances such as fatty acids such as basonic and palmilean acids.
  • the organic material is selected from the group consisting of succinic acid, lactic acid, alanine, valine, leucine, isoleucine, aspartic acid, pyroglutamic acid, glutamic acid, phenylalanine, lysine and tyrosine, basic acid and palmilean acid There may be more than one.
  • Proliferated sulphated chemotherapeutic microorganisms can be used as biomass and synthesized organics can be used as starting materials for white biotechnology to replace the current chemical materials industry, which relies on fossil fuels. Therefore, the carbon dioxide fixation or conversion method of the present invention has the advantage that it is possible to recycle not only biological treatment of carbon dioxide but also carbon dioxide that is currently disposed of as waste.
  • the method for fixing or converting carbon dioxide using Sulfurovum lithotrophicum 42BKT according to the present invention can fix or convert carbon dioxide even at high concentration and high pressure carbon dioxide conditions that were not possible in biological photosynthetic conversion such as microalgae, It shows a high carbon dioxide fixation efficiency compared to the biological treatment method of carbon dioxide.
  • the mixed gas can be used without the separation of nitrogen and other gases that have been required for the biological treatment of carbon dioxide, simplifying the process of fixing or converting carbon dioxide. Therefore, according to the present invention, it is possible to efficiently and safely treat carbon dioxide through biological conversion of high pressure carbon dioxide, and at the same time obtain high value biomass.
  • Figure 1 shows the gas chromatography results of the gas sample according to the biological treatment of carbon dioxide using sulfurovum lithotrophicum 42BKT.
  • Figures 2 to 4 show GC for the initial medium (Fig. 2) and late medium (media removed microbial after biological treatment) (Fig. 3) and sulfurovum lithotrophicum 42BKT inside the biological treatment experiment of carbon dioxide using sulfurovum lithotrophicum 42BKT (Fig. 4) -MS analysis result is shown.
  • FIG. 5 and 6 are photographs showing the change in cell concentration of the early (FIG. 5) and late (FIG. 6) experiments of Sulfurovum lithotrophicum 42BKT used in the biological treatment experiment of carbon dioxide.
  • Nitrogen and carbon dioxide ratio of 8: 2 using a mixed gas is slowly pressurized reactor pressure to 10 atm.
  • Nitrogen and carbon dioxide ratio of 8: 2 using a mixed gas is slowly pressurized reactor pressure to 10 atm.
  • Treated carbon dioxide was converted to biomass.
  • Table 3 shows the concentration of the microorganisms measured after inoculating the microorganisms in the initial medium, the concentration of the microorganisms cultured in the late medium, the amount of the increased microorganisms, the dry weight of the microorganisms, the ratio of the organic carbon in the dry weight of the microorganisms.
  • organic materials including succinic acid produced by converting carbon dioxide by using Sulfurovum lithotrophicum 42BKT may be used as starting materials for the development of various chemical materials.
  • the method of fixing or converting carbon dioxide of the present invention enables not only biological treatment of carbon dioxide, but also recycling of carbon dioxide, which is now disposed of as waste, into new resources.
  • Sulfurovum lithotrophicum 42BKT was stained with acridine orange and examined by fluorescence microscopy (filtering volume: 0.005ul, magnification X100, scalebar: 10um). 5 and 6 are photographs showing the change in cell concentration of the early (FIG. 5) and late (FIG. 6) experiments of Sulfurovum lithotrophicum 42BKT used in the biological treatment experiment of carbon dioxide.
  • the propagated Sulfurovum lithotrophicum 42BKT can be reused or used as biomass for the fixation of carbon dioxide as in the present invention.

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Abstract

본 발명은 황산화 화학독립영양미생물 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT을 이용한 이산화탄소의 생물학적 처리 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT을 이용한 이산화탄소의 고정 또는 전환방법은 미세조류 등의 생물학적 광합성 전환에서는 불가능했던 고농도 및 고압의 이산화탄소 조건에서도 이산화탄소를 고정 또는 전환시킬 수 있으며, 기존에 보고되었던 미세조류에 의한 이산화탄소의 생물학적 처리 방법에 비해 높은 이산화탄소 고정 효율을 나타낸다. 뿐만 아니라, 이산화탄소의 생물학적 처리를 위해 요구되어 왔던 질소 및 기타 다른 가스의 분리 과정 없이 혼합 가스를 사용할 수 있기 때문에 이산화탄소의 고정 또는 전환 공정을 간소화시킨다. 따라서, 본 발명에 따르면 고압 이산화탄소의 생물학적 전환을 통해 효율적이고도 안전한 이산화탄소의 처리를 가능하게 해 주는 동시에, 고부가가치의 바이오매스를 얻을 수 있게 된다.

Description

호압성 황산화 화학독립영양미생물을 이용하여 고압 이산화탄소를 바이오매스로 고정 또는 전환하는 방법
본 발명은 호압성 황산화 화학독립영양미생물을 이용하여 고압 이산화탄소를 고부가가치 바이오매스로 고정 또는 전환하는 방법에 관한 것이다.
CCS(Carbon dioxide Capture and Storage)는 인위적으로 방출되는 이산화탄소를 포집하여 대기로부터 고립된 장소까지 수송하여 저장시키는 기술을 말한다. 지금까지의 이산화탄소 포집기술은 저장에 적절한 고순도로 배출 이산화탄소 혼합물을 분리하여 흡수법, 막분리법, 흡착법 등의 기술이 개발되고 있다. 그러나 이러한 포집기술은 대규모의 공정 장치와 에너지가 필요하고 이로 인하여 전체 CCS 기술의 50-70% 예산을 필요로 한다. 예를 들어 화력발전소에서 나오는 질소/이산화탄소 혼합물에 현재 최고의 포집 기술을 전력 생산에 적용하는 경우 국가별로 기존 전기료의 15-25% 상승 작용이 필요한 실정이다.
또한 지금까지 이산화탄소를 안정적으로 저장할 수 있는 저장소는 원유가 매장되어 있던 곳과 같이 수 백 년 동안 안정적으로 존재하였던 지층 속이다. 지층에 이산화탄소를 저장하는 기술은 1970년대에 처음으로 제안되었지만 1990년대 초반까지는 많은 연구가 진행되지 않다가 Koide et al., 1992; van der Meer, 1992; Gunter et al., 1993; Holloway and Savage, 1993; Bachu et al., 1994; korbol and Kaddour, 1994 등의 연구가 발표되었고, 1996에는 처음으로 대규모의 저장 프로젝트가 Statoil과 그의 파트너 Sleipner에 의해서 North Sea의 가스층에 진행되었다.
저장된 이산화탄소 처리의 필요성은 크게 세가지로 나누어 볼 수 있다. 첫 번째는 이산화탄소의 누출이다. 지하에 저장된 이산화탄소는 수 백 년에 걸쳐서 지중에서 고정화될 수도 있으나, 대기 중으로 서서히 방출될 수 있어 대기로부터 완전히 고립된 상태는 아니다. 또한 후에 지구의 지각운동으로 인하여 저장하였던 이산화탄소가 다시 방출될 위험도 존재한다. 때문에 저장할 장소를 선택할 때에는 신중하게 결정하여야 하며, 저장시키고 나서도 그에 대한 대책을 마련해야 한다. 저장된 이산화탄소가 대기 중으로 대량 방출되었을 경우에 지구환경에 치명적인 영향을 끼칠 수 있다. 1980년대에 카메룬의 니오스 호수와 모노운 호수 부근에서 호수 바닥에 있던 높은 농도의 이산화탄소가 폭발적으로 분출하면서 그 주변에 살던 동물들은 물론 2천 명이 넘는 사람들이 희생되었다. 두 번째는 이산화탄소의 물리화학적 특성이다.　　이산화탄소는 바다에 녹으면 산성을 띄게 되는데, 대기 중 이산화탄소의 농도가 280ppm에서 2004년 380ppm으로 변화하면서 바다의 pH도 0.1 낮아졌다. 앞으로 이산화탄소 농도는 계속 증가할 것으로 예상되므로 pH는 더 낮아질 것이다. 이러한 지속적인 pH 감소는 해양 생태계 파괴를 불러올 것이 자명하다. 또한 고압의 이산화탄소의 산성으로 인하여 지중에 저장되어도 지중 생태계 및 누출 시 지하수의 환경오염의 위험성도 존재하게 된다. 마지막으로 저장 공간의 한계이다. 앞서 살펴본 대로 해양 저장은 해양 생태계 파괴의 위험성 때문에 저장 장소로는 적합하지 않으며, 지중 저장의 경우 누출 위험이 없는 안정된 지반 구조와 근방에 사람이 거주하지 않는 지역이 필수 조건이다. 따라서 이 모두를 만족하는 지역은 제한될 수 밖에 없다.
이산화탄소 고정 및 전환기술로 현재 개발되고 있는 미세조류 배양법과 화학적 침전법이 있다. 화학적 침전법의 경우 경제적으로 가치가 매우 낮은 CaCO3 혹은 MgCO3로의 전환이 제시되고 있으나, 이를 위한 포집/수송/반응 비용 및 반응 속도 등으로 인해 궁극적인 이산화탄소의 처리 기술로 평가하기 어렵다. 미세조류 배양법의 경우, 저온 공정이며 이산화탄소를 유용한 지질(lipid)로 전환하는 점에서 장점을 갖고 있으나 광원의 필요성 문제, 저압(1기압 이하)의 이산화탄소만을 이용할 수 있다는 문제 그리고 낮은 전환속도로 인해 실제 전지구적으로 발생되고 있는 이산화탄소의 일부라도 전환에 실용화하기 곤란하다는 점이 있다.
본 발명자들은 이러한 기존의 이산화탄소의 포집, 저장 및 전환의 한계성을 인식하고 이를 개선하기 위한 방법을 찾아려고 노력하였으며, 그 결과 고압의 이산화탄소를 탄소원으로 사용할 수 있는 호압성 황산화 화학독립영양미생물을 이용하여 이산화탄소를 고정 또는 전환할 수 있는 방법을 개발하고, 대한민국 특허출원 제2009-0132548호(공개특허공보 제10-2011-0075969호)를 출원한 바 있다.
본 발명의 목적은 고압의 이산화탄소를 탄소원으로 사용할 수 있는 호압성 황산화 화학독립영양미생물의 성장에 바람직한 환경을 조성하여 이를 통해 궁극적으로 고압의 이산화탄소를 고부가가치 바이오매스로 전환하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법에서 사용하는Sulfurovum lithotrophicum 42BKT(2004 Sep;54(Pt 5):1477-82, ATCC BAA-797T = JCM 12117T)은 호압성 이산화탄소 동화 황산화 화학독립영양미생물로 보고되어 있으며, 이의 특성은 다음과 같다.
표 1
특성 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT
형태 :
미생물 모양 Coccoid oval
운동성 -
성장조건:
온도 범위(℃) 10-40
최적 온도(℃) 28-30
최적 온도에서의 배가시간(h) 1.5
pH 범위 5.0-9.0
최적 pH 6.7
NaCl 요구 +
최대 O2 농도 (%) 5
혐기성 성장 -
황 공급 S2O3 2-, S2-
에너지 대사 :
전자 공여체 S2O3 2-, S2-
전자 수용체 NO3 -, O2
탄소 동화 경로 rTCA
본 발명자들은 호압성 황산화 화학독립영양미생물을 이용하여 이산화탄소를 고정 또는 전환할 수 있는 방법에 대해 계속적으로 연구한 결과, Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 배양하는 조건이 매우 중요하다는 것을 인식하였다. 배양 조건 중 특히 pH의 변화는 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 생장을 저해할 수 있다. 세포 성장으로 이산화탄소가 고정 또는 전환되는 과정에서 pH가 변화하는 요인은 i) 이산화탄소(탄산)의 감소, ii) nitrate의 감소, iii) thiosulfate가 sulfate로 전환, iv) 유기산의 발생 등 매우 다양하다.
pH 보정을 위한 방법으로 본 발명자들은 연구 초기에 NaOH와 같은 강염기를 사용하였다. 세포 배양 전 이산화탄소 가입과 함께 초기 pH를 보정하는데는 NaOH와 같은 강염기의 사용이 용이했기 때문이다. 그러나, 강염기의 사용은 세포 성장으로 이산화탄소가 고정 또는 전환되면서 나타나는 pH의 감소를 보정하는데 효용성이 없음을 발견하였다. NaOH를 추가한 경우 순간 pH는 조정되나 NaOH로 인해 과량의 이산화탄소가 같은 압력조건에서 용액에 용해되고, 또한 순간 강 알카리가 세포에 접하여 반응이 어렵게 되기 때문이다.
이에, 본 발명에서는 황산화 화학독립영양 미생물인 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT이 고압의 이산화탄소을 고정 또는 전환하기 위한 새로운 최적의 배양 조건을 제공한다.
본 발명은 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염을 완충제로 포함하고, 황 성분을 포함하는 배지에서 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 배양하여 이산화탄소를 고정 또는 전환시키는 단계를 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법을 제공한다. 초기에서부터 PIPES와 같은 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염을 완충제로 사용하게 되면 이산화탄소 고정/전환 단계에 까지 계속해서 pH를 유지하는 역할을 하는 큰 장점이 있다.
본 발명에 있어서, 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염은 이산화탄소가 고농도로 포함되게 되는 배지의 pH를 조정해 주는 중요한 역할을 한다. 발명자들의 기존 연구에서는 단순히 NaOH와 같은 강염기만을 이용하여 pH를 조절하였으나, 이것으로는 고농도의 이산화탄소가 녹아드는 배지의 pH를 조절하기에 불충분하며 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 성장 가능한 환경을 만들어 주기 어렵다는 사실을 인식하고, pH 조절 및 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 성장을 위한 적절한 완충제를 찾고자 노력한 결과, 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염이 최적의 배양 조건을 형성함을 확인하였다.
이에 제한되는 것은 아니나, 상기 즈비터이온성 화합물은 예를 들어, PIPES(piperazine-N,N′-bis(2-ethanesulfonic acid)), HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid), MES (2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid), TES(2-[[1,3-dihydroxy-2-(hydroxymethyl)propan-2-yl]amino]ethanesulfonic acid), HEPPS(3-[4-(2-Hydroxyethyl)-1-piperazinyl]propanesulfonic acid), CAPS(N-cyclohexyl-3-aminopropanesulfonic acid), MOPS(3-(N-morpholino)propanesulfonic acid), CHES(N-Cyclohexyl-2-aminoethanesulfonic acid), ADA(N-2-acetamidoiminodiacetic acid), ACES(N-2-acetamido-2-aminoethanesulfonic acid), Tricine(N-[Tris(hydroxymethyl)methyl]glycine), Bicine(N,N-Bis(2-hydroxyethyl)glycine), TAPS(N-Tris(hydroxymethyl)methyl-3-aminopropanesulfonic acid) 등일 수 있다.
한 구체예에서, 상기 즈비터이온성 화합물 또는 그의 염은 하기 화학식 1의 화합물 또는 그의 염일 수 있다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2012007519-appb-I000001
상기 식에서,
R1 및 R3은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,
R2 및 R4는 각각 독립적으로 히드록시기 또는 설폰산(-SO3H)기를 나타낸다.
한 구체예에서, 상기 화학식 1의 화합물 또는 그의 염은 PIPES(piperazine-N,N′-bis(2-ethanesulfonic acid)), HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid), 이들의 모노소듐염, 이들의 디소듐염, 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명에 있어서, Sulfurovum lithotrophicum 42BKT가 성장하게 되는 배지의 pH는 이에 제한되는 것은 아니나, 5 내지 9일 수 있다.
Sulfurovum lithotrophicum 42BKT은 황산화 화학독립영양 미생물이기 때문에 필수영양원으로서 황을 필요로 한다. 따라서, 본 발명의 방법에서 사용되는 배지에는 황이 필수적으로 포함된다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 황은 황, 소듐 설파이드(Na2S), 소듐 티오설페이트(Na2S2O3) 또는 이들의 혼합물로서 배지에 포함될 수 있다.
본 발명의 한 구체예에서는, 상기 배지 내 황의 공급을 연속적으로 하여 이산화탄소의 고정 또는 전환이 지속적으로 일어나게 할 수 있다.
Sulfurovum lithotrophicum 42BKT은 심해에 존재하는 미생물이기 때문에, 상기 배지는 염수를 포함하는 것이 좋다. 이에 제한되는 것은 아니나, 상기 염수는 바닷물, 대염수층의 염수 및 합성 바닷물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 배지에 포함되는 염수는 이산화탄소 저장소의 위치에 따라 바닷물, 대염수층의 염수 및 합성 바닷물 중 공급이 용이한 것을 선택할 수 있을 것이다. 염수의 구성에 대해서는 잘 알려져 있다. 예를 들어, 염수는 NaCl, NaNO3,　NaS2O3, NH4Cl, K2HPO4 등을 포함할 수 있다.
한 구체예에서, 상기 배지는 미네랄 보충제(trace mineral supplement) 및 비타민 보충제(trace vitamin supplement) 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 합성 바닷물의 경우 자연적인 바닷물에 비해 부족한 성분이 존재하므로 필요해 따라 미량 미네랄 보충제나 미량 비타민 보충제를 사용하는 것이 좋다.
하기 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, Sulfurovum lithotrophicum 42BKT은 이제까지 이산화탄소의 생물학적 처리를 위해 사용되어왔던 미생물이나 조류와는 달리 고압에서도 성장 가능하다. 이에 제한되는 것은 아니나, 이산화탄소 저장소 내 이산화탄소를 포함하는 기체 부분의 총 압력은 1 내지 200 기압일 수 있다.
배출 이산화탄소는 혼합물로 배출되는데 이를 분리 포집하기 위해서는 대량의 에너지를 필요로 한다. 또한 이산화탄소의 지중 저장을 위해서는 고순도의 이산화탄소로 포집하여야 하는 문제점을 가지고 있으며, 이러한 고순도 이산화탄소의 산성으로 인하여 지중 환경의 변화에 대한 문제점이 지적되고 있다. 산업적 배기가스로부터 CO2를 포집할 때 혼입되는 SO2 또는 NO에 의해 일반적인 미생물이나 조류가 사멸하는 것과는 달리, Sulfurovum lithotrophicum 42BKT는 SO2 또는 NO에 대해서도 내성을 가지므로 안정적으로 이산화탄소의 생물학적 처리가 가능하다. 하기 실시예에서는, 화력발전소의 배출가스인 질소/이산화탄소 혼합물 상태에서도 별도의 이산화탄소 분리 포집 공정 없이 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT에 의한 이산화탄소의 고정화 및 전환이 가능함을 보였다. 따라서, 본 발명의 방법에 있어서, 이산화탄소 저장소 내의 이산화탄소는 순수 이산화탄소 또는 이산화탄소 혼합물로 존재할 수 있다.
본 발명에 따르면, Sulfurovum lithotrophicum 42BKT는 고농도의 이산화탄소에 대해서도 내성이 우수하다. 따라서, 고농도의 이산화탄소를 희석하지 않고도 직접 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 배양에 사용할 수 있어 이산화탄소의 생물학적 처리 공정을 간소화시킨다. 한 구체예에서, 상기 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법에서 탄소원으로서 제공되는 이산화탄소의 부분압력은 0.1기압 내지 50기압일 수 있다.
한편, 상기 이산화탄소의 고정 또는 전환 온도는 4 내지 40℃일 수 있다. 상기 범위 내에서 본 발명의 방법에서 이산화탄소를 탄소원으로 이용하는 미생물들의 성장이 이루어질 수 있다.
본 발명은 또한 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염; 황 성분; 및 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물을 제공한다. 즈비터이온성 화합물 및 배지에 관련한 설명은 앞서 기술한 바와 같다.
본 발명은 또한 상기 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물을 포함하는 이산화탄소 저장소; 및 상기 저장소에 이산화탄소를 포함하는 기체를 주입하는 주입구를 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환 장치를 제공한다.
한 구체예에서, 상기 이산화탄소의 고정 또는 전환이 이루어지게 되는 이산화탄소 저장소는 고갈된 석유 또는 가스 저류암 (Depleted oil or gas reservoirs), 심부의 대염수층 (Deep unused saline water-saturated reservoir rocks), 지중석탄층 (Deep nmineable coal seams), 현무암층 (Basalts), 오일셰일층 (Oil shales), 지중공동 (Cavities), 지중 반응기 등과 같은 지중 저장소일 수 있다. 이들 지중 저장소는 고압의 이산화탄소의 저장 및 처리를 위해 적합하게 이용될 수 있다.
다른 구체예에서, 상기 이산화탄소 저장소는 지상 반응기일 수 있다. 지상에 반응기를 설치하는 경우 이산화탄소가 발생하는 장소에서 포집된 이산화탄소를 반응기에서 직접 처리할 수 있으므로, 수송 비용이 들지 않을 뿐만 아니라 지중에 저장하는 것에 비해 비용이 매우 저렴하고 안전하다. 뿐만 아니라, 황, 질소 화합물, 분진, 하이드로카본 등의 오염물을 제거하기 위한 이산화탄소 혼합물의 분리기를 사용하지 않고도 직접 이산화탄소 혼합물을 처리할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따른 방법은 지상 반응기 내에서 이산화탄소를 전환시킬 수 있게 해 주므로 지중 저장소를 갖고 있지 않는 다수의 국가에서도 활용될 수 있으며, 지상 반응기 내 압력을 높여 반응기의 부피를 줄일 수 있으므로 산업적 활용 가능성이 우수하다.
본 발명은 또한 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염을 완충제로 포함하고, 황 성분을 포함하는 배지에서, 이산화탄소의 존재 하에 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 배양하여 아미노산, 유기산 및 지방산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유기물질을 제조하는 방법을 제공한다.
하기 실시예에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 호압성 황산화 화학독립영양미생물들은 고압에서 고농도의 이산화탄소를 자신들의 증식에 사용하거나 숙신산, 젖산 등의 유기산; 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 아스파르트산, 파이로글루탐산, 글루탐산, 페닐알라닌, 리신, 타이로신 등의 아미노산; 바세닉산 및 팔미트올레익산 등의 지방산과 같은 유기물질로 전환시키는 것으로 나타났다.
한 구체예에서, 상기 유기물질은 숙신산, 젖산, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 아스파르트산, 파이로글루탐산, 글루탐산, 페닐알라닌, 리신 및 타이로신, 바세닉산 및 팔미트올레익산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.
증식된 황산화 화학독립영양미생물은 바이오매스로서 활용될 수 있고, 합성된 유기물들은 화석연료에 의존하고 있는 현재의 화학소재산업을 대체할 수 있는 white biotechnology의 시작물질들로 사용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이산화탄소 고정 또는 전환 방법은 이산화탄소의 생물학적 처리뿐만 아니라 현재 폐기물로 버려지고 있는 이산화탄소를 새로운 자원으로 재활용할 수 있게 한다는 이점을 가지고 있다.
본 발명에 따른 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT을 이용한 이산화탄소의 고정 또는 전환방법은 미세조류 등의 생물학적 광합성 전환에서는 불가능했던 고농도 및 고압의 이산화탄소 조건에서도 이산화탄소를 고정 또는 전환시킬 수 있으며, 기존에 보고되었던 미세조류에 의한 이산화탄소의 생물학적 처리 방법에 비해 높은 이산화탄소 고정 효율을 나타낸다. 뿐만 아니라, 이산화탄소의 생물학적 처리를 위해 요구되어 왔던 질소 및 기타 다른 가스의 분리 과정 없이 혼합 가스를 사용할 수 있기 때문에 이산화탄소의 고정 또는 전환 공정을 간소화시킨다. 따라서, 본 발명에 따르면 고압 이산화탄소의 생물학적 전환을 통해 효율적이고도 안전한 이산화탄소의 처리를 가능하게 해 주는 동시에, 고부가가치의 바이오매스를 얻을 수 있게 된다.
도 1은 sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 이용한 이산화탄소의 생물학적 처리에 따른 가스 샘플의 가스크로마토그래피 결과를 보여준다.
도 2 내지 4는 sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 이용한 이산화탄소의 생물학적 처리 실험의 초기 배지(도 2)와 후기 배지 (생물학적 처리 후 미생물을 제거한 배지)(도 3) 그리고 sulfurovum lithotrophicum 42BKT 내부(도 4)에 대한 GC-MS 분석 결과를 나타낸다.
도 5 및 6은 이산화탄소의 생물학적 처리 실험에서 사용된 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 실험 초기(도 5) 및 실험 후기(도 6)의 세포 농도 변화를 보여주는 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
[실시예]
1. 배지의 제조
Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 이용한 이산화탄소의 고정 또는 전환을 위해 표 2(Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 성장을 위한 배지의 구성)와 같이 배지를 제조하였다.
표 2
MJ(-N) synthetic sea water 1.0L
NH4Cl 0.25g
Na2S2O3·5H2O 1.5g
NaNO3 2.0g
Trace mineral 10ml
Trace vitamin 1.0ml
PIPES sodium salt 16.2g
PIPES disodium salt 17.3g
2. Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 이용한 고압의 이산화탄소 처리 및 전환
1) 미생물이 없는 배지에 이산화탄소의 용해 측정
i. 새 배지 160ml을 멸균된 고압반응기에 넣고 약 60초간 반응기 내부공간을 질소와 이산화탄소의 비율이 8:2로 제조된 혼합가스를 이용하여 치환시켜준다. 이때 반응기의 온도는 28~30℃를 유지하였다.
ii. 질소와 이산화탄소의 비율이 8:2로 제조된 혼합가스를 이용하여 천천히 반응기 압력을 10기압으로 가압하여준다.
iii. 이후 시간에 따른 압력과 pH의 변화를 관찰한다.
iv. 충분한 시간이 경과한 후 가스샘플을 채취하여 가스크로마토그래피를 이용하여 이산화탄소의 포화용해를 측정하였다. 이에 대한 결과는 도 1의 점선(대조군)으로 나타내었다.
2) 미생물이 포함된 배지에서 이산화탄소의 처리측정
i. 새 배지 160ml에 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT 배양액 4ml을 멸균된 고압반응기에 넣고 약 60초간 반응기 내부공간을 질소와 이산화탄소의 비율이 8:2로 제조된 혼합가스를 이용하여 치환시켜준다. 이때 반응기의 온도는 28~30℃를 유지하였다.
ii. 질소와 이산화탄소의 비율이 8:2로 제조된 혼합가스를 이용하여 천천히 반응기 압력을 10기압으로 가압하여준다.
iii. 이후 시간에 따른 압력과 pH의 변화를 관찰한다.
iv. 충분한 시간이 경과하여 배양액의 탁도가 증가하면 반응기의 압력을 대기압 수준으로 감압하여 준다.
v. 가스샘플을 채취하여 가스크로마토그래피를 이용하여 이산화탄소의 포화용해를 측정하였다. 이에 대한 결과를 도 1의 실선(실험군)으로 나타내었다.
도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 활성에 의하여 이산화탄소가 처리되었음을 알 수 있다. 이는 기존의 알려져 있는 대기압조건 및 저농도에서 이산화탄소의 처리하는 기술과는 달리 고압 및 고농도에서 이산화탄소가 처리됨을 보여준다.
처리된 이산화탄소는 생물량으로 전환되었다. 표 3은 초기 배지에서 미생물을 접종한 후 측정한 미생물의 농도, 후기 배지에서 배양된 미생물의 농도, 증가된 미생물의 양, 미생물의 건조중량, 미생물의 건조중량 내 유기탄소의 비율을 나타낸 것이다.
표 3
초기배지의 미생물의 농도 (6.1±0.1) x 106 cell/ml
후기배지에서 배양된 미생물의 농도 (2.5±0.05) x 108 cell/ml
증가된 미생물의 양 (2.435±0.045) x 1011 cell/L
미생물의 건조중량 (1.6±0.05) x10-13 g/cell
유기탄소의 비율 45.95±0.71%
표 3의 데이터를 이용하여 생물량을 계산한 결과, 본 실시예에서 사용된 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 경우 이산화탄소의 생물량으로의 전환율은 67.33±1.31g CO2/g cellㆍLㆍday을 나타냈다
특히 미세조류의 경우 고압상태 또는 이산화탄소의 고농도 상태에서는 이산화탄소의 처리가 불가능하나 본 기술은 고압 이산화탄소 처리는 지상에 반응기를 사용하는 경우 반응기 크기를 압력에 비례하여 축소할 수 있기 때문에 의미가 더 크게 된다.
추가로 sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 이용한 이산화탄소의 생물학적 처리 실험의 초기 배지(도 2)와 후기 배지(생물학적 처리 후 미생물을 제거한 배지)(도 3) 그리고 sulfurovum lithotrophicum 42BKT 내부(도 4)에 대해 GC-MS분석을 실시하였다. 그 결과 도 2 내지 4 및 표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 위 실험에서 생물학적으로 처리된 이산화탄소는 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 증식에 사용되거나 숙신산, 젖산, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 아스파르트산, 파이로글루탐산, 글루탐산, 페닐알라닌, 리신, 타이로신, 바세닉산, 그리고 팔미트올레익산으로 전환된 것으로 나타났다. 표 4는 후기 배지와 미생물 내부에서 나오는 유기물질들과 이들의 retention time을 정리한 것이다.
표 4
No. Retention Time(min) Peak name
1 10.96 Succinic acid
2 11.10 Lactic acid
3 13.02 Alanine
4 14.77 Valine
5 16.08 Leucine
6 16.10 Isoleucine
7 18.55 Aspartic acid
8 18.80 Pyroglutamic acid
9 21.62, 22.66 Glutamic acid
10 23.38 Phenylalanine
11 24.00 Palmitoleic acid
12 27.02 Vaccenic acid
13 29.74 Lysine
14 32.94 Tyrosine
위와 같이, Sulfurovum lithotrophicum 42BKT을 이용함으로써 이산화탄소가 전환되어 생산된 숙신산을 비롯한 유기물질은 각종 화학소재의 개발을 위한 시작물질로서 활용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 이산화탄소 고정 또는 전환 방법은 이산화탄소의 생물학적 처리뿐만 아니라 현재 폐기물로 버려지고 있는 이산화탄소를 새로운 자원으로 재활용할 수 있게 한다
이산화탄소의 생물학적 처리 실험의 실험 초기와 후기에 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 아크리딘 오렌지로 염색하여 형광현미경으로 관찰하였다(filtering volume: 0.005ul, 배율 X100, scalebar:10um). 도 5 및 6은 이산화탄소의 생물학적 처리 실험에서 사용된 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT의 실험 초기(도 5) 및 실험 후기(도 6)의 세포 농도 변화를 보여주는 사진이다. 증식된 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT은 본 발명에서와 같이 이산화탄소의 고정을 위해 재사용되거나 바이오매스로서 활용될 수 있다.

Claims (24)

  1. 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염을 완충제로 포함하고, 황 성분을 포함하는 배지에서 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 배양하여 이산화탄소를 고정 또는 전환시키는 단계를 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 즈비터이온성 화합물 또는 그의 염은 하기 화학식 1의 화합물 또는 그의 염인 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2012007519-appb-I000002
    상기 식에서,
    R1 및 R3은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,
    R2 및 R4는 각각 독립적으로 히드록시기 또는 설폰산(-SO3H)기를 나타낸다.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 화학식 1의 화합물 또는 그의 염은 PIPES(piperazine-N,N′-bis(2-ethanesulfonic acid)), HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid), 이들의 모노소듐염, 이들의 디소듐염, 또는 이들의 혼합물인 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    배지의 pH는 5 내지 9인 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 황 성분은 황, 소듐 설파이드(Na2S), 소듐 티오설페이트(Na2S2O3) 또는 이들의 혼합물로서 배지에 포함되는 것인 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배지 내 황 성분의 공급을 연속적으로 하여 이산화탄소의 고정 또는 전환이 지속적으로 일어나게 하는 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배지는 염수를 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 염수는 바닷물, 대염수층의 염수 및 합성 바닷물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배지는 미네랄 보충제(trace mineral supplement) 및 비타민 보충제(trace vitamin supplement) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    이산화탄소를 포함하는 기체 부분의 총 압력이 1 내지 200 기압인 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  11. 제1항에 있어서
    상기 이산화탄소는 순수 이산화탄소 또는 이산화탄소와 다른 기체의 혼합물로 존재하는 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    이산화탄소의 부분압력이 0.1기압 내지 50기압인 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    이산화탄소의 고정 또는 전환 온도가 4 내지 40℃인 이산화탄소의 고정 또는 전환 방법.
  14. 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염;
    황 성분; 및
    Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 즈비터이온성 화합물 또는 그의 염은 하기 화학식 1의 화합물 또는 그의 염인 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물:
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2012007519-appb-I000003
    상기 식에서,
    R1 및 R3은 각각 독립적으로 탄소수 1 내지 4의 알킬렌기를 나타내고,
    R2 및 R4는 각각 독립적으로 히드록시기 또는 설폰산(-SO3H)기를 나타낸다.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 화학식 1의 화합물 또는 그의 염은 PIPES(piperazine-N,N′-bis(2-ethanesulfonic acid)), HEPES (4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid), 이들의 모노소듐염, 이들의 디소듐염, 또는 이들의 혼합물인 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물.
  17. 제14항에 있어서,
    조성물의 pH는 5 내지 9인 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 황 성분은 황, 소듐 설파이드(Na2S), 소듐 티오설페이트(Na2S2O3) 또는 이들의 혼합물로서 배지에 포함되는 것인 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 조성물은 염수를 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 조성물은 미네랄 보충제(trace mineral supplement) 및 비타민 보충제(trace vitamin supplement) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환용 조성물.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항의 조성물을 포함하는 이산화탄소 저장소; 및
    상기 저장소에 이산화탄소를 포함하는 기체를 주입하는 주입구를 포함하는 이산화탄소의 고정 또는 전환 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 이산화탄소 저장소는 고갈된 석유 또는 가스 저류암 (Depleted oil or gas reservoirs), 심부의 대염수층 (Deep unused saline water-saturated reservoir rocks), 지중석탄층 (Deep nmineable coal seams), 현무암층 (Basalts), 오일셰일층 (Oil shales), 지중공동 (Cavities), 지중 반응기 또는 지상 반응기인 이산화탄소의 고정 또는 전환 장치.
  23. 즈비터이온성(zwitterionic) 화합물 또는 그의 염을 완충제로 포함하고, 황 성분을 포함하는 배지에서, 이산화탄소의 존재 하에 Sulfurovum lithotrophicum 42BKT를 배양하여 아미노산, 유기산 및 지방산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 유기물질을 제조하는 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 유기물질은 숙신산, 젖산, 알라닌, 발린, 류신, 이소류신, 아스파르트산, 파이로글루탐산, 글루탐산, 페닐알라닌, 리신 및 타이로신, 바세닉산 및 팔미트올레익산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 유기물질을 제조하는 방법.
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