고농도 일산화탄소→바이오케미칼로 전환한다

[아이뉴스24 정종오 기자] 고농도 일산화탄소를 고부가가치 바이오케미칼로 전환할 수 있는 기술이 나왔다. 일산화탄소에 대한 저항성을 높여 고농도 일산화탄소도 전환할 수 있는 길이 열렸다.

카이스트(KAIST, 총장 이광형)는 생명과학과 조병관 교수 연구팀이 산업 부생가스 등으로 대량 발생하는 고농도의 일산화탄소를 고부가가치 바이오케미칼로 전환할 수 있는 생체촉매 기반 C1 바이오 리파이너리 기술을 개발했다고 14일 발표했다.

제철 공정과 같은 산업공정에서 발생하는 부생가스와 합성가스는 다량의 일산화탄소, 이산화탄소 등의 탄소 1개로 이뤄진 C1 가스로 구성돼 있다. 이러한 C1 가스를 미생물과 같은 생체촉매를 활용해 다양한 화학물질로 전환하는 공정을 C1 가스 바이오 리파이너리(bio-refinery) 기술이라고 부른다.

최근 탄소 포집, 전환과 같은 기술들에 대한 산업계의 요구가 커지는 가운데, 미생물을 활용한 친환경 생체촉매 기술이 크게 성장하고 있다.

조병관 교수 연구팀은 아세토젠 미생물을 생체촉매로 활용한 C1 가스 바이오 리파이너리 기술을 개발했다. 이 미생물들은 혐기성 미생물들로 우드-융달 대사회로라는 매우 독특한 대사회로를 이용해 C1 가스로부터 아세트산을 만드는 미생물로 알려져 있다.

이러한 아세토젠 미생물을 생체촉매로 활용해 산업 부생가스를 활용하는 기술에는 한 가지 문제가 있었다. 독성가스인 일산화탄소의 농도에 있었다. 아세토젠 미생물은 60% 이상의 고농도 일산화탄소 조건에서는 생명 활동이 크게 떨어져 생체촉매로써 사용할 수 없게 된다.

다양한 산업에서 발생하는 C1 가스는 공정 과정에 따라 10~70% 정도의 일산화탄소가 포함돼 있다. 특히 철강산업 공정에서 발생하는 고로가스(BFG)에는 약 60%가 넘는 일산화탄소가 들어있다. 미생물 기반 고효율 생체촉매 개발을 위해서는 일산화탄소에 대한 저항성을 높이는 것이 필수적으로 선행돼야 한다.

연구팀은 아세토젠 미생물 중 하나인 유박테리움 리모좀(Eubacterium limosum) 균주를 고농도 일산화탄소 조건에 지속적으로 노출해 일산화탄소에 대한 내성이 뛰어난 돌연변이체(ECO2)를 발굴했다. 해당 돌연변이체는 일산화탄소가 약 60% 이상 포함된 합성가스 조건에서 야생형 미생물보다 약 6배 정도 빠른 성장 속도를 보였다.

연구팀은 일산화탄소에 대한 내성이 향상된 ECO2 돌연변이로 C1 가스를 C4 화학물질로 전환할 수 있는 미생물 기반 생체촉매 시스템을 개발했다.

조병관 교수는 “산업공정 과정에서 발생하는 C1 가스는 일산화탄소, 이산화탄소 등의 혼합가스로 이를 직접적으로 미생물이 이용하기 위해서는 일산화탄소에 대한 내성과 전환율 향상이 필수적”이라며 “고효율 C1 가스 전환 생체촉매 연구는 C1 가스 바이오 리파이너리의 핵심 원천기술로 다양한 산업현장에 적용할 수 있을 것”라고 말했다.

KAIST 생명과학과 진상락(석박사통합과정), 강슬기(박사과정) 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구(논문명: Development of CO gas conversion system using high CO tolerance biocatalyst)는 국제 학술지 ‘화학 공학 저널(Chemical Engineering Journal)’6월 22일 자 온라인판에 실렸다.