▲ 에너지기술연구원 연구진이 효소 활성 측정을 하고 있는 모습

국내 연구진이 이산화탄소를 환원해 수소저장물질인 개미산으로 전환하는 새로운 효소를 발굴하는 원천기술을 개발해 친환경 저에너지 공정에 기여가 기대된다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 광주친환경에너지연구센터 민경선 박사 연구진이 이산화탄소로부터 수소저장물질인 개미산(formic acid)을 생산하는 새로운 효소를 발굴하는데 성공했다고 15일 밝혔다.

개미산은 개미에서 발견된 천연물질로 세균억제와 수소이온지수를 조절, 식품가공이나 보존제, 제설제 등 여러 산업에서 사용되고 있다. 최근에는 수소 저장 물질로, 대형 특수용기가 아닌 제3의 물질과 결합해 저장·수송하는 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier) 활용에도 주목받고 있다.

개미산 생산방식 중 화석연료의 열화학 반응에 의한 생산은 이산화탄소가 발생하며 전기화학 반응은 성능향상과 내구성 확보가 필요하다. 그러나 자연계에 존재하는 이산화탄소 환원 효소 기반의 개미산 생산방식은 이산화탄소 직접 활용이 가능하며 부산물 없이 100% 개미산만 선택 생산할 수 있다. 하지만 지금까지 자연계에 존재하는 이산화탄소 환원 효소는 15종에 불과할 정도로 매우 적다.

연구진은 유전자 데이터베이스 기반 유전체 마이닝을 통해 이산화탄소를 개미산으로 저장하는 신규 이산화탄소 환원 효소를 발굴, 온실가스로부터 수소저장물질을 생산하는 기술을 개발했다.

기존 활성이 알려진 이산화탄소 환원 효소의 단백질 서열과 유전자 데이터베이스 서열의 유사도를 분석하고 활성 부위 구조를 예측 및 해석해 신규 이산화탄소 환원 효소를 발굴했다. 이 효소로 이산화탄소 환원 활성 및 반응 특성을 알아내고 이산화탄소로부터 수소 저장 물질인 개미산을 생산하는 효소 반응 시스템을 구축했다.

발굴한 3종의 이산화탄소 환원 효소는 재조합 단백질 발현 시스템을 통해 대량 생산이 가능하고, 개미산을 생산할 수 있어 이산화탄소 자원화를 통한 고부가물질 생산에 핵심이 되는 원천 기술이다.

효소는 화학촉매 전환 기술에 비해 반응온도와 에너지 요구량이 낮아 친환경 저에너지 공정 개발이 가능하다. 또 높은 기질특이성을 기반으로 일산화탄소 등의 부산물 없이 100% 선택성으로 개미산을 생산할 수 있는 장점이 있다.

연구책임자인 민경선 박사는 “유전자와 구조 정보는 그동안 자연계에서 찾기 어려웠던 활성을 찾아내는데 아주 중요한 기술”이라며 “이산화탄소 자원화를 통한 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국에너지기술연구원의 기본사업과 과학기술정보통신부 집단연구사업의 일환으로 수행됐으며, 연구결과는 저명 학술지인 ‘바이오리소스 테크놀로지(Bioresource Technology)’에 게재됐다.