[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = 국내 연구진이 볏짚이나 옥수수대를 이용해 석유를 대신하는 효소 개량 기술을 개발했다.

한국에너지기술연구원은 광주바이오에너지연구개발센터 민경선 박사 연구팀이 농업폐기물(볏짚, 옥수수속대)로부터 바이오연료 및 바이오플라스틱의 중간 원료인 4-하이드록시 발레르산(4-hydroxyvaleric acid)을 생산하는 신규 효소 공정을 개발하는 데 성공했다고 14일 밝혔다.

농업 폐기물 산처리 반응기 운전(사진 왼쪽) 및 개량된 효소를 선별하는 모습(오른쪽) [자료=한국에너지기술연구원] 2021.10.14 biggerthanseoul@newspim.com

4-하이드록시 발레르산은 바이오매스 유래 당 성분을 산화시켜 얻은 레불린산이 수소화 된 형태로, 수송용 바이오연료 및 바이오플라스틱의 중간 원료로 활용이 가능하다.

최근 들어 석유 자원의 유한성은 물론 온실가스를 비롯한 각종 환경오염이 기후위기를 불러오고 있다. 이를 극복하기 위해 석유 자원을 대체해 바이오매스로부터 연료와 화학연료를 생산하는 바이오리파이너리가 주목을 받고 있다.

다만 1세대 바이오리파이너리에서는 전분이나 포도당 류를 활용했기 때문에 '에너지자원 vs 식량자원' 논란이 빚어졌다. 

이에 대응해 연구팀은 구조 기반 분자 모델링 및 단백질 공학을 통해 개량된 신규 효소를 적용해 볏짚, 식용 불가능한 옥수수대와 같은 비식용성 농업폐기물을 활용해 바이오항공유, 바이오플라스틱의 중간 원료인 4-하이드록시 발레르산을 생산할 수 있는 새로운 바이오공정을 개발해낸 것이다.

보통 바이오매스를 산화시켜 레불린산을 만들어내고 레불린산을 수소화하는 과정을 거쳐 4-하이드록시 발레르산을 얻는다. 하지만 자연계에서 레불린산을 수소화시키는 효소는 존재하지 않는다는 문제도 있다.

연구팀은 레불린산과 유사한 구조를 가진 아세토아세트산을 수소화하는 효소는 자연계에 널리 존재한다는 점에 착안했다. 아세토아세트산을 수소화하는 효소의 3차원 구조를 바탕으로 분자 모델링을 통해 기질 특이성을 유사 구조인 레불린산까지 확장 적용해 레불린산을 수소화하는 신규 효소 개량 기술을 개발할 수 있었다는 게 연구팀의 설명이다.

이번에 연구팀이 개발한 기술은 식량 자원에 비해 원가가 저렴하고 전 세계적으로 널리 분포하는 비식용성 바이오매스를 활용해 고부가 물질 생산과 이산화탄소 절감을 동시에 달성할 수 있다는 장점을 보여준다. 이번 연구는 자연계에 존재하지 않는 효소를 구조 기반 계산 과학을 통해 개량 후 실제 농업폐기물을 원료로 하는 바이오공정에 적용했다는 점에서도 과학기술계의 시선을 모은다.

민경선 박사는 "성장 과정에서 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하기 때문에 탄소 중립형 원료로 주목받고 있는 바이오매스 중 농업폐기물을 바이오리파이너리의 중간 원료로 전환하는 효소기반 바이오 공정 개발 연구는 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 강조했다.

biggerthanseoul@newspim.com