"온실가스를 바이오 물질로 전환"…미생물 활용한 '인공광합성' 성공

KAIST 조병관 교수 연구팀

KAIST는 조병관 생명과학과 교수(사진) 연구팀이 기후 변화 요인인 C1 가스(이산화탄소 일산화탄소 메탄 등 탄소 1개로 된 가스)를 부가가치가 높은 바이오 화학물질로 전환하는 인공광합성 기술을 개발했다고 9일 발표했다.

C1 가스는 화석연료와 바이오매스, 폐기물의 가스화 과정에서 나온다. 온실효과, 환경오염 등을 일으키는 물질이다. 세계 각국이 C1 가스 리파이너리 기술 개발에 공을 들이는 이유다.

연구팀은 인공광합성 시스템을 개발하기 위해 C1 가스를 아세트산으로 전환하는 아세토젠 미생물을 활용했다. 이 미생물은 바이오 촉매로서 잠재가치가 높은 것으로 평가돼왔다. 하지만 환원에너지를 값비싼 수소가스나 당에서 얻기 때문에 배양과정이 복잡하고 가격 경쟁력이 떨어진다는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 비교적 값이 싼 전기에너지로 당이나 수소를 대체하는 시스템이 고안돼 왔다. 전극 표면에 아세토젠 미생물을 부착하는 방식이다. 이 방식 역시 제한된 면적의 전극 표면에 부착할 수 있는 미생물 세포 수에 한계가 있고, 세포 수가 늘어나면 전기에너지 전달 효율이 떨어진다는 단점이 있었다.

연구팀은 빛을 받아 전자를 내놓는 나노 크기의 광전극인 광나노 입자에 주목했다. 광나노 입자를 미생물에 합성하면 세포 수가 늘어나도 전기에너지 효율을 유지할 수 있기 때문이다. 연구팀은 고효율 광나노 입자를 화학적 방법으로 합성했다. 이를 아세토젠 미생물의 표면에 부착해 인공광합성 시스템을 구현했다.

조 교수는 “이번 연구로 기존 인공광합성 시스템의 한계를 극복했다”며 “광나노 입자로부터 생성된 전자를 효율적으로 수용할 수 있는 인공미생물 개발 연구에 실마리를 제공했다는 의의가 있다”고 설명했다.

최한종 기자 onebell@hankyung.com