[로이슈 전여송 기자]
탄소 중립 실현을 앞당길 수 있는 바이오 에너지를 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 광주과학기술원 환경·에너지공학부 장인섭 교수 연구팀과 고려대학교 융합생명공학과 최인걸 교수 연구팀이 합성가스 및 C1 가스 미생물 발효 상용화를 위해 필요한 단일 화합물 생성 및 고급화 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

재단에 따르면 합성가스란 천연가스와 달리 인공적으로 만든 가스로, 바이오매스 및 폐기물의 가스화 또는 산업 공정에서 발생하는 부생가스를 활용해 지속적으로 자원 확보가 가능하다는 장점이 있다. 또한 C1 가스란 넓은 의미에서 셰일가스를 비롯해 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO), 바이오가스 유래 메탄(CH4)처럼 탄소의 개수가 1개인 가스를 의미한다.

탄소 중립을 실현할 수 있는 유망 기술 중 하나인 합성가스 발효는 미생물을 생촉매로 사용하는 기술로, 바이오 연료 및 바이오 화합물로서 경제적 가치가 높은 초산과 에탄올, 부티르산, 부탄올 등을 생성할 수 있다.

그러나 합성가스 및 C1 가스 발효를 상업화하기 위해서는 산물을 단일화하고 고품질로 생산할 수 있는 균주 개발이 필수적이지만, 기존 기술로는 미생물 생장 저하 및 생산성 저하 등의 문제점을 해결할 수 없어 한계로 여겨져 왔다.

이에 연구팀은 이산화탄소를 흡수해 대사물질인 아세트산*을 만들어내는 미생물 아세토젠의 발효 특성을 분석했으며, 대사전환을 통해 에탄올 단일 생산이 가능함을 확인했다. 아세트산은 빙초산으로 불리며, 조미료 및 유기화합물의 제조에 사용이 가능하다.

아세토젠은 이산화탄소나 일산화탄소와 같은 탄소원자(C1) 기반 기체를 ‘우드-융달 경로(Wood-Ljungdahl pathway)’를 통해 아세트산으로 전환할 수 있는 미생물을 말한다. 우드-융달 경로는 일산화탄소, 이산화탄소를 고정시켜 아세틸 조효소 A(acetyl coenzyme A)를 합성하는 경로로, 이산화탄소 대사회로 중 에너지 효율이 높은 대사회로로 알려져 있다.

연구팀은 이 아세토젠에 에탄올 대사 경로를 도입해 기존 대사 경로를 이용해 아세트산을 만드는 과정인 ‘아세토제네시스’에서 에탄올을 단일 생산할 수 있는 ‘에탄올로제네시스’로 대사 전환을 시켰다.

이를 통해 기존 ‘아세토제네시스의 최종 산물은 초산이다’라는 통념을 깨고, 단일 산물 에탄올 생산 균주를 확보하는 기술을 개발할 수 있었다.

이번 연구 성과에 대해 장인섭 교수는 “개발된 균주는 미생물 발효 과정에서 혼합 산물이 생성되는 기존 한계를 극복하고, 단일 화합물 생산이라는 중요한 진전을 이루어 냈다”며 “이는 지속 가능한 바이오 에너지 생산의 핵심 기술로 주목받을 것이며, 경제적이고 친환경적인 바이오 에너지 대량 생산 가능성을 크게 높일 것으로 기대된다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 C1 가스리파이너리사업 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘트렌드 인 바이오테크놀로지(Trends in Biotechnology)’ 온라인 판에 연구논문 (research article)으로 1월 9일자로 게재되었다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr