메탄은 대기중에서 수증기와 이산화탄소 다음으로 많은 지구온난화 기체로 이산화탄소 대비 20배 이상 지구온난화에 더 영향을 미칩니다. 메탄의 대기중 농도는 산업시대 전 대비 2.5배 증가하였고, 메탄 발생의 증가는 화석연료와 축산 등 인간활동의 직접적인 결과로 분석됩니다. 

메탄자화균(Methanotroph)은 메탄을 메탄올(알코올)로 분해(산화)해 에너지원으로 살아가는 세균으로 환경 내에서 메탄을 감소시키는 역할을 합니다. 메탄자화균은 실온과 대기압 조건에서 메탄으로부터 탄소를 얻어서 유용한 연료인 메탄올 등으로 변환할 수 있기 때문에 지구온난화 뿐 아니라 에너지 문제 해결에도 기여할 수 있는 미생물체입니다. 실제로 이런 미생물들은 유일한 생물적인 메탄 흡수체로 알려져 있으며 매년 30T 그램의 메탄을 흡수한다고 알려져 있습니다. 최근 연구에서는 유전자 조작을 이용하여 메탄을 메탄올 등의 연료나 유용한 화학물로 변환하는 메탄자화균을 개발하는 연구들이 활발하게 진행되고 있으며 이렇게 개발된 박테리아를 가지고 경제적으로 메탄을 변환할 수 있는 바이오반응기 설계 및 개발 연구가 활발하게 진행되고 있습니다.  

최근 유체역학적 측면에서 E-coil, Bacillus subtilis 등 모델 박테리아를 이용하여 박테리아에서 발생하는 유체역학 현상에 대한 연구가 이루어지고 있습니다. 많은 박테리아들의 경우 수동적인 개체가 아닌 능동적으로 유영하는 개체이며, 메탄자화균 중에서도 유영하는 개체들이 다수 존재합니다. 박테리아 군집에서는 다양한 흥미로운 유체역학 현상이 관측되고 있습니다. 보통 박테리아의 유영은 밀면서 유영하는 push형과 당기면서 유영하는 puller형이 있으며, pusher 형으로 유영하는 박테리아의 경우 개체수가 일정 수 이상일 경우 소위 박테리아 난류라는 집단 거동이 발생합니다.

본 연구에서는 마이크로, 밀리미터, 센티미터에 이르는 멀티스케일에서 미생물 유체역학, 다상유동의 유체역학적 특성이 메탄자화균의 메탄 변환 성능에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 기초연구를 수행하고, 향후 메탄-메탄올 변환 성능 향상을 개선할 수 있는 방향을 유체역학적으로 연구할 계획입니다.  우리 연구실 및 경희대학교 이충엽 교수님, 박범준 교수님 연구실, 그리고 서울대학교 박형민 교수님 연구실에서는 마이크로스케일에서 미생물 유동현상 이해 및 제어, 메크로스케일에서의 바이오반응기 설계까지 메탄 변환 성능 향상을 위한 연구를 진행합니다. (한국연구재단 기초연구실).