유전자 가위 이용, 바이오 디젤 원료 생산 수율 2배 향상 미생물 개발
온실가스 저감을 통한 기후변화 대응과 미세먼지 저감 기대
[서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 국내 연구진이 버려지는 택배박스를 이용해 바이오디젤 연로를 생산할 수 있는 새로운 미생물을 개발했다. 이 기술을 이용하면 기존 디젤차량 운행을 제한하지 않으면서도 온실가스와 미세먼지를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.
한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 이선미 박사팀은 버려지는 농업부산물, 폐지, 택배박스 등 목질계 바이오매스로부터 바이오디젤 원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발했다고 13일 밝혔다. 이 미생물은 기존대비 2배의 생산 수율을 보였다.
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| [서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 목질계 바이오매스를 원료로 바이오디젤 원료를 생산하기 위한 미생물 개발. [제공=KIST] 2020.10.13 swiss2pac@newspim.com |
화석연료를 사용하는 자동차, 특히 경유차가 내뿜는 배기가스는 미세먼지와 온실가스 주요 원인으로 알려져 있다. 디젤이 아닌 바이오디젤을 사용하면 온실가스에 의한 기후변화 대응 및 미세먼지 저감에 효과적이지만, 현재와 같이 팜유, 대두유 같은 식물성 기름 또는 폐식용유를 화학적으로 처리해 생산하는 방식은 원료수급이 원활하지 않은 문제점이 있었다.
이에 식량 작물 원료가 아닌 농사 또는 벌목 과정에서 부산물로 생성되는 목질계 바이오매스를 이용해 바이오연료를 개발하려는 노력이 활발하다. 목질계 바이오매스는 경제적이고 지속가능한 원료로, 미생물 대사과정을 거치는 동안 친환경 수송용 연료로 전환될 수 있다.
목질계 바이오매스는 지구상에 존재하는 가장 풍부한 탄소자원으로 2세대 바이오연료 생산의 원료가 된다. 연간 생산량이 약 1000억 톤에 달하며, 재배 및 조림사업 등을 통하여 지속적인 생산이 가능하다.
◆ 유전가 가위 이용 미생물 대사경로 재설계...생산수율 2배 향상
연구팀이 개발한 미생물은 목질계 바이오매스에 포함된 당 성분을 먹이로 해 대사하는 과정에서 바이오 디젤 원료를 생산할 수 있다. 목질계 바이오매스에 포함된 당은 일반적으로 약 65~70%의 포도당과 약 30~35%의 자일로스로 구성된다.
자연계에 존재하는 미생물들은 포도당을 이용하여 디젤원료를 만드는데 효과적지만 자일로스는 이용할 수 없어 디젤원료 생산 수율을 제한하는 한계를 가지고 있었다. 자일로스는 목재나 짚 등에 함유되어 있어서 목당(wood sugar)이라고도 한다. 설탕과 일정 비율로 섞어 자일로스 설탕으로 섭취하기도 한다.
KIST 연구팀은 이를 해결하기 위하여 포도당뿐만 아니라 자일로스도 효과적으로 이용해 디젤원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발했다.
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| [서울=뉴스핌] 김지완 기자 = 목질계 바이오매스를 원료로 미생물을 이용하여 바이오연료를 생산하는 개념도. [제공=KIST] 2020.10.13 swiss2pac@newspim.com |
특히 미생물이 디젤원료를 생산하는데 필수적인 보조효소의 공급을 방해하지 않도록 유전자 가위를 이용해 대사경로를 재설계했다. 그중 능력이 우수한 개체만을 선택해 재배양하는 방식 등 진화의 과정을 실험실에서 효과적으로 통제하는 공법을 통해 자일로스 이용능력을 향상시켰다.
이를 통해 목질계 바이오매스 유래 자일로스를 포함한 당 성분을 모두 사용해 디젤원료를 생산할 수 있는 가능성을 확인했으며, 보조효소 문제가 있는 대사경로를 활용한 기존 연구와 비교해 생산수율을 2배 가까이 향상시켰다.
이선미 KIST 박사는 "바이오디젤은 기존 디젤차량 운행을 제한하지 않으면서 온실가스와 미세먼지를 줄일 수 있는 효과적인 대체 연료로, 바이오디젤 생산의 경제성을 높일 수 있는 핵심기술을 확보했다"고 밝혔다.
이 박사는 "잦은 태풍과 이상기후와 같이 이제 기후변화가 피부로 와닿고 있는 시점에서 가장 빠르고 효과적으로 기후변화에 대응할 수 있는 바이오연료 보급 확대가 이뤄진다면 관련 산업 확대 및 기술 개발이 더욱 속도를 낼 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
한편 이선미 박사는 지난해 목질계 바이오매스를 이용해 가솔린 대체 바이오연료를 만드는 미생물을 개발한 바 있다. 본 연구는 과학기술정보통신부지원으로 KIST 주요사업과 한국에너지기술평가원 신재생에너지연구사업으로 수행됐으며, 연구결과는 'Global Change Biology Bioenergy' (JCR 분야 상위 0.55%) 최신 호에 게재됐다.
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