우리 연구진이 농업폐기물로 연료와 플라스틱을 만들어내는 기술 개발에 성공했다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남)은 민경선 광주바이오에너지연구개발센터 선임연구원팀이 농업 폐기물인 볏짚, 옥수수 속대로부터 바이오연료와 바이오플라스틱 중간 원료인 '4-하이드록시 발레르산'을 생산하는 신규 효소 공정을 개발했다고 14일 밝혔다.

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<연구진이 개량한 효소를 선별하는 모습.>

최근 바이오매스로부터 연료와 화학 원료를 생산하는 바이오리파이너리 연구 일환이다. 탄소중립 실현에 큰 역할을 한다. 기존 전분이나 포도당류를 활용하지 않아 식량자원 소모도 없다.

연구진은 구조 기반 분자 모델링, 단백질 공학으로 개량한 신규 효소를 적용했다. 비식용성 농업 폐기물로 바이오항공유, 바이오플라스틱 중간 원료인 4-하이드록시 발레르산을 생산하는 공정을 개발했다.

기존 4-하이드록시 발레르산 생산 공정은 루테늄 기반 화학 촉매를 사용하는 방법이 유일했다. 바이오매스를 산화시켜 레불린산을 얻고 이를 수소화해 4-하이드록시 발레르산을 얻는다. 자연에는 레불린산을 수소화 시키는 효소가 존재하지 않는다.

연구진은 레불린산과 유사한 아세토아세트산을 수소화하는 효소가 존재하는 것에 착안, 이를 분자 모델링 해 신규 효소를 구현했다. 이는 루테늄 기반 화학촉매 대비 반응 온도와 에너지 요구량이 낮다. 고압 외부 수소공급도 필요 없다. 광학선택적으로 4-하이드록시 발레르산을 생산할 수도 있다. 바이오항공유뿐 아니라 고부가 물질인 바이오플라스틱, 바이오의약품(백혈병 치료제) 시장에도 확장 적용이 가능하다.

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<농업폐기물 산처리반응기를 운전하는 연구원 모습.>

연구팀은 식량자원보다 저렴하고 널리 분포하는 비식용성 바이오매스를 활용해 고부가 물질 생산과 이산화탄소 절감을 동시에 달성할 수 있는 새로운 길을 열었다고 설명했다.

민경선 선임연구원은 “효소를 개량해 새로운 활성을 찾는 것은 인간이 진화를 조절할 수 있는 기술로 효소 개량 연구 선구자인 프란시스 아놀드 칼텍 교수는 노벨화학상을 수상하기도 했다”며 “농업 폐기물을 바이오리파이너리 중간 원료로 전환하는 효소 기반 바이오 공정 개발 연구는 탄소중립 실현에도 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편 이번 연구는 에너지연 기본사업인 '폐목재 부산물로부터 바이오연료 중간체를 생산하기 위한 생촉매 개발연구' 및 과학기술정보통신부 C1 가스 리파이너리 사업단 '생물학적 CO가스 활용 C2 제품 생산 공정시스템 개발' 과제 일환으로 수행됐다.

강릉원주대(연영주 생명화학공학과 교수), 덕성여대(박현준 바이오공학과 교수)와 공동연구로 진행됐으며, 연구결과는 농업공학 분야 저명 학술지인 '바이오리소스 테크놀로지' 10월호에 게재됐다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com