미생물이 이산화탄소를 흡수해 친환경 연료를 생산하는 기술이 개발됐다. 온실가스를 자원으로 전환하는 새로운 방식으로, 탄소 중립 시대를 앞당길 대안 기술로 주목된다.

 

UNIST는 신소재공학과 김진현 교수가 미국 University of California, Berkeley 연구진과 공동 연구를 통해, 두 종류의 미생물을 단계적으로 활용해 이산화탄소를 친환경 연료인 부탄올로 전환하는 연속 공정 시스템을 개발했다고 28일 밝혔다.

 

탄소 중립이 전 세계적인 과제로 떠오르면서, 온실가스인 이산화탄소를 유용한 자원으로 전환하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 미생물을 활용한 전환 기술은 미생물이 이산화탄소를 흡수·대사해 유용 물질을 생성하는 방식으로, 에너지 소모가 적고 귀금속 촉매가 필요 없다는 점에서 친환경적인 대안으로 평가된다.

 

 

연구팀이 개발한 시스템의 핵심은 ‘미생물 분업’이다. 이산화탄소를 직접 처리하는 데 강점을 가진 아세토젠균과, 복잡한 분자 합성에 특화된 대장균을 공장 생산 라인처럼 연속적으로 연결했다. 먼저 아세토젠균이 이산화탄소(CO₂)를 흡수해 단순한 구조의 아세트산(CH₃COOH)을 생성하면, 대장균이 이를 다시 받아 최종적으로 부탄올(C₄H₉OH)을 합성하는 방식이다.

 

기존에는 단일 미생물만으로 기체 상태의 이산화탄소를 섭취하고 이를 고부가가치 연료 분자로 전환하는 데 한계가 있었다. 연구팀은 이러한 한계를 각 미생물의 장점을 살린 ‘분업 구조’를 통해 극복했다.

 

또한 연구팀은 대장균의 유전자를 조작해 부탄올 생산 효율을 약 3.8배 향상시켰다. 대장균이 아세트산을 주요 에너지원으로 효율적으로 이용하도록 유도하고, 생성된 에너지가 생존이 아닌 부탄올 합성에 집중적으로 사용되도록 대사 경로를 재설계했다. 일반적인 대장균은 아세트산을 잘 활용하지 못하거나, 활용하더라도 생존에만 에너지를 사용해 연료 생산 효율이 낮다는 한계가 있었다.

 

개발된 연속 공정 시스템은 외부에서 별도의 유기 탄소원을 공급하지 않고, 이산화탄소와 수소만을 투입해 90시간 이상 안정적으로 부탄올을 생산하는 데 성공했다. 수소는 아세토젠균이 이산화탄소를 아세트산으로 전환하는 과정에서 함께 사용된다.

 

김진현 교수는 “원료 공급과 제품 생산이 끊임없이 이뤄지는 연속 배양 반응기 두 대를 안정적으로 연동했다는 점에서 의미가 크다”며 “미생물의 대사 효율을 더욱 높이고 공정을 최적화한다면, 화석연료를 대체하고 탄소 중립 사회로 나아가는 데 실질적인 대안이 될 수 있을 것”이라고 말했다.

 

이번 연구에는 UC버클리 화공생명공학과 더글라스 클락 교수와 화학과 페이동 양 교수가 교신저자로 참여했으며, 김진현 교수가 제1저자를 맡았다. 연구 결과는 국제학술지 Bioresource Technology에 지난달 24일 온라인으로 공개됐다.

 

헬로티 이창현 기자 |