바이오매스 수급 불균형 대안 기술로 활용

온실가스를 고부가 유용물질로 전환할 수 있는 바이오융합기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 광주바이오에너지연구개발센터의 이진석 박사 연구진은 최근 전해전지(Electrolytic cell)시스템과 미생물 대사과정을 결합해 기존 바이오매스 기반의 생물학적 이산화탄소(CO2) 전환 기술의 문제를 극복하고 효율적으로 바이오연료 및 고부가 화학물질을 생산할 수 있는 ‘e-바이오리파이너리 기술’을 개발했다.

이번에 개발된 ‘e-바이오리파이너리 기술’은 전자와 이산화탄소를 제공한 조건에서 미생물 성장을 높이기 위해 환원전극을 개선해 전자전달 성능을 향상시키고 생명공학기술을 활용한 미생물 개량, 고성능 이산화탄소 전환효소 및 가스 생물반응기 원리를 생물전기합성시스템에 도입했다. 연구에 사용하고 있는 미생물인 자색비황세균은 주변 환경에 따라 다양한 대사모드(광독립·종속영양, 화학독립·종속영양)를 선택할 수 있으며 탄소고정은 물론 질소 고정도 가능한 균주이다. 또한 이산화탄소로부터 전환된 생산물을 다양화해 바이오연료, 바이오폴리머 등 고부가 유용물질을 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 표면적이 넓은 탄소전극 표면과 미생물 세포벽 사이에 전자 이동을 도와주는 매개체 물질을 연결시키거나 미생물 세포벽에 분포하는 전자수용체의 성능 개선을 통해 전자 흡수를 향상시키고 있으며 이산화탄소로부터 전환되는 고부가 유용물질의 생산성을 향상시키기 위해 대사경로 최적화 연구도 진행 중이다. 특히 연구진은 고성능 이산화탄소 전환 효소를 도입해 연속적으로 이산화탄소를 전환할 수 있는 시스템을 개발 중이며 이와 같은 핵심 기술을 조합해 궁극적으로는 신재생 전기 기반의 e-바이오리파이너리 플랫폼 기술 구축을 목표로 하고 있다.

연구책임자인 이진석 광주바이오에너지연구개발센터장은 “e-바이오리파이너리 기술은 기존 바이오매스 기반 바이오연료·화학소재 생산 생물 공정 기술의 한계를 극복하는 신개념 기술”이라며 “지역 소재 산·학·연 유관기관과의 협업을 통해 성공적으로 수행될 경우 온실가스 저감 관련 연구개발 분야에 큰 파급효과를 불러일으킬 만한 기술”이라고 소개했다. 이어 “향후 바이오에너지 및 바이오화학분야에서 친환경적인 공법이 적용된 잠재기술로 성장이 가능하며, 특히 국내 바이오매스 수급 불균형 문제에 대한 대안기술로 활용이 가능할 것으로 기대된다”고 말했다.

연구진은 향후 미생물 전기합성 기반의 e-바이오리파이너리 공정 효율 향상을 위한 기술과 시스템 구성 기술을 확보해 나갈 예정이다. 이를 통해 이산화탄소를 포함하는 산업체 발생 부생가스 등을 바이오연료 및 화학물질로 전환하는 생물공정 기술을 구현해 궁극적으로는 온실가스 문제에 대응할 계획이다.

한편 한국에너지기술연구원 광주바이오에너지연구개발센터는 2018년 3월에 개소해 지속가능한 에너지 패러다임으로의 전환과 환경문제 해결을 위해 생물촉매 기반 바이오에너지와 친환경 에너지 저장기술 연구를 수행하고 있다. 연구분야로는 생물공학 기반의 바이오리파이너리 요소 기술과 폐전지의 열화원인 분석을 통한 배터리 재생·복원·재사용 기술 개발 등에 집중해 연구하고 있으며 이번 연구는 광주광역시로부터 매년 12억원을 지원받아 수행 중이다.