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'골칫덩이' 온실가스의 자원화…고효율 인공광합성 기술 개발

최종수정 2021.03.09 13:00 기사입력 2021.03.09 13:00

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조병관 KAIST 교수팀, 친환경 C1가스 리파이너리 기술 개발

광나노입자를 표면에 부착한 인공광합성 시스템. 사진제공=한국과학기술원(KAIST).

광나노입자를 표면에 부착한 인공광합성 시스템. 사진제공=한국과학기술원(KAIST).

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[아시아경제 김봉수 기자] 이산화탄소ㆍ일산화탄소 등 기후 변화의 주요 원인인 C1가스들을 고부가가치 바이오 화학물질로 전환하는 기술이 개발됐다. 갈수록 심각해지는 기후 변화에 대비해 정부가 '2050 탄소 중립'을 선언하는 등 온실가스 줄이기에 발벗고 나선 상황에서 해법 중의 하나가 될 지 주목된다.


한국과학기술원(KAIST)는 조병관 생명과학과 교수 연구팀이 광나노입자가 빛을 받으면 내놓는 전자를 에너지원으로 활용하는 고효율 광나노입자가 표면에 부착된 미생물ㆍ광나노입자 인공광합성 시스템을 개발했다고 9일 밝혔다. 빛을 유일한 에너지원으로 활용해 미생물이 C1 가스를 다양한 바이오 화학물질로 전환하는 친환경 C1 가스 리파이너리(Refinery) 기술이다.

그동안에도 C1 가스들을 아센토젠 미생물을 활용한 우드-융달 대사회로를 통해 아세트산으로 전환하려는 시도가 있어왔다. 아센토젠 미생물은 당이나 수소를 분해할 때 얻는 에너지를 통해 C1가스를 흡수해 아세트산으로 대사시킨다.


문제는 환원시 들어가는 당이나 수소 등 에너지원의 비용이 비싸다는 점이다. 게다가 기존의 기술로는 광나노입자를 생합성해 세포 표면에 부착시키는 방법으론 광나노입자의 구조와 크기를 조절하기 어려워 C1 가스 대사 효율을 높이는 게 한계가 있었다. 구조와 크기에 따라 광전도 효과의 성능에 차이가 생기는 광나노입자의 독특한 특성 때문이다.


이를 극복하기 위해 연구팀은 구조와 크기가 균일하고 우수한 광전도효과를 나타내는 고효율 광나노입자를 화학적 방법으로 합성해 산업적으로 활용 가능한 아세토젠 미생물 중 하나인 클로스트리디움 오토에나노게놈의 표면에 부착시켰다.

연구팀은 이같이 광나노입자를 부착한 미생물이 C1 가스로부터 아세트산을 생산할 수 있다는 사실을 확인했다. 빛을 이용한 친환경 인공광합성시스템을 구축한 것이다. 또 이같은 인공광합성시스템 미생물의 전사체 분석(세포내 모든 RNA를 분석해 유전자 발현 유무를 규명하는 기술)을 통해 광나노입자로부터 생산된 전자가 미생물 내로 전달되기 위한 전자수용체를 규명했다.


연구를 주도한 조병관 교수는 "C1 가스 고정과정에서 사용되는 당 또는 수소를 친환경 빛에너지로 대체할 수 있고, 미생물 기반의 생합성 광 나노입자를 활용한 기존 인공광합성 시스템의 한계를 극복했다"며 "고효율 광나노입자를 사용해 인공광합성 효율을 증대시킬 수 있고, 광나노입자로부터 생성된 전자를 효율적으로 수용할 수 있는 인공미생물 개발연구에 실마리를 제공했다"고 의의를 설명했다.




김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr
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