일본산업뉴스요약

가네카, JGC 홀딩스와 시마즈제작소와 협력
전례 없는 가스 발효 기술로 생분해성 플라스틱 제조 2부

-- 가스 발효의 스케일다운, 개발 12배속으로 --
예를 들어 시마즈제작소는 2025년 3월, 고베시 주오구의 포트아일랜드에 ‘바이오 제조 고베사업소’를 개설했다. 고속액체크로마토그래프질량분석기(LC-MS)와 가스크로마토그래프질량분석기(GC-MS) 등 시마즈제작소의 분석장치를 중심으로 15가지 정도의 기기를 갖추고 있다.

가스 발효에 대응한 기존의 배양 장치도 갖췄다. 100ml 크기의 배양조가 8개 줄지어 있고, 안에서는 야생주나 개변주라고 하는 다른 균주의 수소산화세균을 배양한다. 배양액은 PHBH를 세포 내에 축적될수록 희게 탁해지다가 마지막 단계에서는 엷은 분홍색으로 변한다.

배양 장치에서는 균주 검증 외에 배양액의 미네랄 성분 비율 등 배양 조건에 따른 수확량과 증식 속도의 차이도 검증하고 있다. 성능평가를 고속화하기 위해 장치 옆에는 튜브로 연결한 자동 샘플링 장치가 있어, 배양액을 필터에 걸어 균체와 용액으로 분리한다. 분리 후에는 유로가 전환되어 -30℃의 메탄올이 역류하기 때문에 필터로부터 균체를 밀어내면서 빠르게 냉각 보존할 수 있다.

이 샘플링 장치에는 액체크로마토그래프의 유로 기술을 활용했다. 시마즈제작소 분석사업부의 오와(尾和) 개발 그룹장은 “(자동 샘플링 장치를) 처음부터 만들려고 하면 3~4년 걸린다. 자사의 기성품을 조합하면서, 메탄올에 의한 냉각 기능 등을 추가해 개발 기간을 단축했다”라고 말한다.

게다가 시마즈제작소는 가스 발효의 스케일다운에도 착수했다. 위에서 말한 바와 같이 현재의 배양장치에서는 100ml 크기의 배양조 8개로 가스 발효를 하고 있지만, 신개발 배양장치에서는 4ml 크기의 바이알(소형 용기)을 24~96개 나열한다. 바이알에는 각각 가스를 주입하기 위한 튜브가 연결돼 있어, 소규모로 최대 96개 검체를 동시에 검증할 수 있다.

오와 씨는 “96개 검체라면 기존 제품에 비해 12배 처리량이 올라간다. 다만 배양에는 가스를 액체 속에 녹여야 하기 때문에, 미세한 거품이 나오도록 노즐에 아이디어를 추가했다”라고 설명한다. 이미 실증실험도 진행하고 있어, 다검체 배양을 통해 수소산화세균의 스크리닝을 고속화한다.

-- 고베시에 연구거점 집결, JGC 홀딩스도 개발거점 신설 --
이 고베시 포트아일랜드에는 Bacchus의 본사도 있어, Bacchus에서 유전자 개변한 균주를 시마즈제작소의 소형 배양 장치에서 비교하는 등 연계를 가속하고 있다. 게다가 JGC 홀딩스도 2025년 12월에는 이 지역 내에 ‘바이오 프로세스 연구소(JBX)’를 준공한다.

JBX의 부지 면적은 약 1400m2로, 지상 4층 건물의 연구거점에는 수 L에서 수 100L 규모의 가스 발효에 대응한 배양조를 설치한다. JGC 홀딩스는 연구개발 용지로서 이미 1만m2를 확보해 두었고, 연구의 진척에 따라서는 JBX2를 건설해 수 KL급 배양조 건설을 계획하고 있다.

마음에 그린 구상은 ‘통합형 바이오 파운드리’다. JGC 홀딩스의 미즈구치(水口) CTO(최고기술책임자)는 “플라스크 수준에서 성공한 미생물이 스케일업에서 성능을 발휘하지 않는 일은 자주 일어난다. 그래서 육종(Breeding) 전문가인 Bacchus와 생산 프로세스 전문가인 우리가 협력함으로써 일원적인 개발 체제를 확립한다”라고 말한다. 체제 구축 후에는, 지금까지 10~20년 걸리던 미생물의 개발이 10분의 1로 단축할 수 있다고 한다.

-- 비용 요인은 수소와 CO2의 확보 --
가네카를 간사 기업으로 하고, 4사 제휴로 착착 진행되는 가스 발효를 통한 바이오 제조. 그 대처는 오사카 간사이 엑스포의 일본관에서도 생분해성 플라스틱과 함께 전시되고 있었다.

사실 수소산화세균에서 PHBH를 추출해, 생분해성 플라스틱으로서 정제하는 기술은 이미 확립되어 있다. 따라서 가스 발효에서도 저비용으로 식물유와 동등한 PHBH를 축적할 수 있게 되면 제품화 자체의 길은 바로 열린다.

다만 혼합가스의 주성분인 수소와, 탄소원인 CO2 가스의 확보가 향후 비용 요인이 될 우려도 있다. 가네카의 사토 씨는 수소와 CO2의 확보를 2030년까지 해결해야 할 문제로 본다.

사토 씨는 “그린수소를 구입해 운반하는 것과 우리가 만드는 것 중 어느 쪽이 비용이 적게 들지 비교 중이다. CO2도 최근에는 DAC(직접 공기 회수) 기술 등이 나왔지만 아직 성숙하지 않았다. 다카사고공업소의 실증 실험에서는 자사의 발전 플랜트에서 배기가스를 확보했지만, 같은 방법이 앞으로도 통용될 것이라고 생각하지 않는다. 어느 배출원에서 회수할지, 잘 검토할 필요가 있다”라고 말한다. 가스 발효 제조는 균주의 품종 개량이나 생산 프로세스의 개선뿐만 아니라 수소와 CO2의 확보도 과제로 삼아 실현을 목표하고 있다.

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