▲ 옥살로아세테이트와 탄산칼슘 연속생산 모식도.

국내 연구진이 지구온난화와 이상기후의 주범인 이산화탄소(CO₂)를 이용해 산업적으로 유용하게 활용 가능한 시스템 개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 1일 구만복 교수(고려대) 연구팀이 이산화탄소를 통해 산업계에 유용한 합성물을 생산할 수 있는 다단계 연속생산 시스템을 개발하였다고 밝혔다.

이산화탄소는 지구온난화 및 이상기후 변화의 주범이다. 이산화탄소를 친환경 소재로 전환하기 위해 탄산무수화 효소를 이용해 이산화탄소를 탄산수소이온으로 변환시키는 연구는 현재 전 세계적으로 다양하게 진행 중이다.

반면에 기존 이산화탄소 전환법은 단순히 탄산수소이온을 변환하는 데까지만 그쳤기 때문에, 이산화탄소를 재료로 하여 산업현장에서 활용 가능한 유용합성물을 생산하는 것에는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 탄산무수화효소와 포스포에놀피루브산카르복실화효소 비드를 이용해 이산화탄소에서 직접 유용합성물인 옥살로아세테이트와 탄산칼슘의 생산을 가능하게 하는 효소 및 화학 합성반응 기반의 다단계 연속생산 시스템을 개발했다.

연구진은 시스템 개발과정에서 광합성 생물의 이산화탄소 고정과정을 기반으로 해 옥살로아세테이트 합성을 구현했다. 또한 조개류와 같은 생물군이 뼈나 껍데기를 합성하는 과정을 착안하여 탄산칼슘 합성도 구현했다.

개발된 시스템을 통해 옥살로아세테이트는 24시간 동안, 탄산칼슘은 6시간 동안 연속 생산이 가능하다. 이는 최초로 비드의 양으로 반응속도를 조절하는 방법을 통하여 처음으로 이산화탄소를 사용하여 구현한 연속교반반응 시스템이다.

모듈화된 효소비드 시스템을 통해 지구온난화의 주범인 이산화탄소저감 및 이산화탄소를 이용한 고효율 산업원료 물질 생산이 가능할 것으로 보고 있다.

또한 이산화탄소 변환 과정에서 미생물 및 식물들의 대사과정을 모사해 새로운 생체외 기반 모델을 제안하거나, 다단계 효소 합성반응과 화학효소 합성반응 관련 연구 등 생촉매 분야로의 응용연구를 가속화 시킬 수 있을 것으로 전망된다.

더불어 다단계 효소 및 화학반응(이산화탄소 전환 등을 포함)으로 생산되는 실제 고부가가치 물질의 산업적 생산에 적용 가능한 기반기술로서 활용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.

구만복 교수는 “온실가스의 주범인 이산화탄소를 재료로 사용해 향후 산업적으로 활용이 가능한 생산물을 직접 합성할 수 있게 된 것은, 실제 고부가가치 물질의 산업적 생산에 적용 가능한 기반기술의 개발을 의미하는 것”이라며 연구의 의의를 밝혔다.

미래창조과학부 해양극지기초원천기술개발 사업의 지원을 통해 거둔 이번 연구성과는 세계적인 과학 학술지 ‘에이씨에스 캐탈리시스 (ACS Catalysis)’에 8월17일자로 게재됐다.