합성가스 발효는 탄소중립을 실현할 유망 기술로, 미생물을 생촉매로 사용해 바이오연료나 바이오화합물로 경제적 가치가 높은 초산, 에탄올, 부티르산, 부탄올 등을 생성할 수 있다.
또 이 같은 합성가스는 바이오매스 및 폐기물의 가스화 또는 산업 공정에서 발생하는 부생가스를 활용하기 때문에 지속적인 자원 확보가 가능한 것도 장점이다.
그러나 합성가스 발효를 상업화하려면 산물을 단일하게 생산할 수 있는 균주가 필요하다.
현재 단일화합물 생성 균주 개량을 위해 아세토젠의 최종 산물인 초산 생성 비활성화 방식이 시도되고 있지만, 이는 미생물 생장저하와 생산성 저하 등을 초래해 개선이 필요한 상황이다.
합성가스 미생물 발효 단일 화합물 생성
한국연구재단(이사장 홍원화)은 광주과학기술원(GIST) 환경·에너지공학부 장인섭 교수팀과 고려대 융합생명공학과 최인걸 교수팀이 공동연구로 합성가스나 C1가스 미생물 발효 상용화를 위해 필요한 단일 화합물 생성 및 고급화기술을 개발했다고 14일 밝혔다.
공동연구팀은 이산화탄소를 흡수해 대사물질인 아세트산을 만드는 미생물 아세토젠의 발효 특성을 분석한 결과 대사전환으로 에탄올 단일생산이 가능함을 확인했다.
아세토젠은 이산화탄소나 일산화탄소처럼 탄소원자 기반 기체를 ‘우드-융달 경로’를 통해 아세트산으로 전환할 수 있는 미생물이다.
우드-융달 경로는 일산화탄소나 이산화탄소를 고정시켜 ‘아세틸 조효소 A’를 합성하는 경로. 이산화탄소 대사회로 중 에너지 효율이 높은 대사회로다.
연구팀은 아세토젠에 에탄올 대사경로를 도입해 기존 대사경로로 아세트산을 만드는 과정인 ‘아세토제네시스’에서 에탄올을 단일 생산할 수 있는 ‘에탄올로제네시스’로 대사전환을 진행했다.
이 결과 초산 재흡수를 통한 에탄올 경로를 밝히고, 초산 재흡수에 영향을 미칠 수 있는 요인을 제시하고 단일 산물 에탄올 생산 균주를 확보하는 기술을 개발했다.
장 교수는 “이번에 개발한 균주는 미생물 발효 과정에서 혼합 산물이 생성되는 기존 한계를 극복한 것으로, 단일화합물 생산이라는 중요한 진전을 이뤘다”며 “이는 지속가능한 바이오에너지 생산의 핵심 기술로, 경제적이고 친환경적인 바이오에너지 대량생산 가능성을 크게 높일 것”이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 C1가스리파이너리사업 지원으로 수행됐고, 연구결과는 국제학술지 ‘트렌드 인 바이오테크놀로지’ 지난 9일자 온라인판에 게재됐다.
