▲ 차형준 교수.

POSTECH(포항공과대학교) 화학공학과․해양대학원 차형준 교수팀은 탄산무수화효소(carbonic anhydrase)를 가진 살아있는 박테리아 촉매를 이용, 이산화탄소를 산업용으로 활용할 수 있는 탄산화합물로 효율적으로 전환하는 기술을 개발했다.

이 성과는 응용생명공학분야의 저명 학술지인 ‘응용환경미생물학회지(Applied and Environmental Microbiology)’의 주목받는 연구결과로 소개되는 한편, 미국미생물학회가 우수 논문을 소개하는 ASM저널팁시츠(ASM Journal Tipsheets)에도 선정됐다.

이산화탄소는 21세기 인류가 해결해야 할 가장 큰 이슈 중 하나로, 석유나 석탄과 같은 화석연료가 타는 과정에서 생기는 이산화탄소를 대기에 나가지 않도록 모으고 회수하여 저장하는 CCS(carbon capture and storage) 기술이 활발하게 연구되고 있다. 그러나 최근에는 이산화탄소를 하나의 자원으로 보고, 이를 고부가가치의 소재로 만들자는 인식의 전환이 이루어지는 상태다.

자연계에서 이산화탄소는 생광물화라는 과정을 거쳐 탄산화합물로 전환되어 저장된다. 조개가 조개껍데기를 만들어 내는 것 역시 이와 같은 개념으로, 차 교수팀은 이 해양생광물화가 일어나는 메커니즘을 모방해 이산화탄소를 인공뼈나 시멘트, 콘크리트 첨가물 등 다양한 산업분야에서 활용할 수 있는 탄산화합물로 전환할 수 있는 새로운 촉매를 개발했다.

▲ 이산화탄소 전환용 재설계 박테리아 촉매.

연구팀은 탄산무수화효소의 유전자를 재설계해 이를 살아있는 박테리아가 촉매 역할을 할 수 있도록 했다. 그 결과 박테리아 하나 당 활성이 1.9nU로, 지금까지의 연구결과에 비해 적게는 7배, 많게는 27배까지 높은 활성을 나타냈다.

또, 촉매 없이 1톤의 이산화탄소를 탄산칼슘으로 전환시킬 경우 현재 약 30만원($300)의 비용이 소요될 것으로 추산되지만, 이번에 개발된 촉매를 사용할 경우 14% 이상의 비용감소 효과를 낼 수 있으며, 공정 개발과 효율적인 칼슘원 활용에 따라 더욱 큰 비용감소를 기대할 수 있다.

이렇게 만들어진 탄산화합물은 시멘트, 콘크리트, 플라스틱, 고무 등 다양한 산업용 소재 뿐 아니라 인공뼈, 칼슘보조제 등의 의료 및 건강용 소재로 폭넓게 활용될 수 있다.

연구를 주도한 차형준 교수는 “이번에 개발된 박테리아 촉매는 온실가스인 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환하는데 응용할 수 있는, 지금까지 알려진 전세포*3 시스템 가운데 가장 효율적인 성과”라며 “산업화에 성공할 경우 더욱 경제적인 이산화탄소 전환 공정의 개발도 가능할 것”이라고 전망했다.

한편, 이번 연구는 해양수산부(장관 윤진숙)가 추진하는 해양생명공학기술 사업의 해양바이오산업신소재기술개발과 해양에너지인력양성사업의 지원을 받아 수행됐다.

김상태 기자  iptv8288@hanmail.net

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