제철산업에서 발생하는 60% 이상 고농도 일산화탄소 활용
일산화탄소 내성 가진 ‘아세토젠 미생물’로 아세트산 생성

국내 연구진이 산업 활동의 부산물로 나오는 일산화탄소를 고부가가치를 지닌 생명공학 물질로 바꾸는 방법을 개발해 주목받고 있다.

카이스트 생명과학과 연구팀은 산업 부생가스로 대량 발생하는 고농도 일산화탄소를 고부가가치의 바이오케미컬 물질로 전환할 수 있는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘화학공학 저널’에 실렸다.

화석연료나 바이오매스, 폐기물 등을 가스화 하거나 제철공정 같은 산업공정에서는 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄처럼 탄소 1개로 구성된 C1 가스가 발생한다. 전 세계 과학자들은 이 같은 C1 가스를 미생물 같은 생체촉매로 유용한 화학물질로 전환하는 C1가스 바이오 리파이너리 기술이 많이 연구되고 있다.

연구팀은 아세토젠 미생물이라는 생체촉매를 이용해 C1가스로 아세트산을 만드는 기술을 개발했다. 기존에도 아세토젠 미생물로 C1가스를 바이오케미컬로 바꾸는 기술이 있기는 했지만 고농도 부생가스에서는 활용하기가 어려웠다.

연탄이나 석탄을 때면 매케하게 발생하는 가스가 고농도 독성 일산화탄소이다. 아세토젠은 60% 이상 일산화탄소에서는 활동이 저해되기 때문에 산업 현장에서 발생하는 최대 70% 고농도 C1 가스에서는 사용이 어렵다. 특히 철강산업 공정에서 발생하는 가스에는 60% 이상의 고농도 일산화탄소가 포함돼 있다

연구팀은 아세토젠 미생물 중 ‘유박테리움 리모좀’이라는 균주를 고농도 일산화탄소 조건에 지속적으로 노출시켜 일산화탄소 내성을 가진 돌연변이체를 만들었다. 이렇게 만든 돌연변이체는 일산화탄소가 60% 이상 포함된 합성가스 조건에서도 야생의 미생물보다 6배 정도 빠른 성장속도를 보였다. 이는 고농도 일산화탄소 조건에서 가장 빠른 속도이다.

연구팀은 일산화탄소 내성을 가진 돌연변이 미생물에 2,3-부탄다이올 합성 경로를 만들어 C1 가스를 C4 화학물질로 전환할 수 있는 생체촉매 시스템을 개발했다. 실제로 이번에 개발한 생체촉매는 야생 미생물 대비 약 6.5배의 생산성을 보여줬다.

연구를 이끈 조병관 카이스트 교수는 “산업공정에서 발생하는 C1 가스는 직접 미생물 촉매에 적용하기 어려워 일산화탄소 내성을 높이는 과정이 필수적”이라며 “이번에 개발한 기술과 생체촉매를 활용하면 C1 가스를 유용한 화학물질로 바꾸는 다양한 산업현장에 적용할 수 있을 것이다”라고 말했다.