연구성과

화공 정규열 교수팀, 제철소 부생가스의 화려한 변신…바이오 플라스틱 소재 만든다

2022-10-11 292

[한국·스페인 공동연구팀, 인공효소 이용한 이타콘산 대량 생산법 개발]

[“제철소 부생가스 발효산물·농수산 부산물 등 값싼 원료 활용…생산비용 대폭 낮춰”]

간편하고 맛있는 배달 음식. 하지만 음식을 먹고 난 뒤 쌓이는 플라스틱은 환경을 급속도로 오염시키며 우리의 미래를 위협하고 있다. 그 대안으로 떠오른 것이 일명 ‘썩는 플라스틱’이라고 불리는 바이오 플라스틱이다. 친환경 원료를 사용하는 바이오 플라스틱은 생산 과정에서 공해 물질을 적게 배출하거나 자연에서 잘 분해된다는 특징이 있다. 최근 한국·스페인 공동연구팀이 쓸모없는 제철소 부생가스 발효산물을 이 바이오 플라스틱으로 재탄생시켰다.

화학공학과 정규열 교수·박사과정 예대열 씨· 노명현 박사· 박사과정 문조현 씨 연구팀은 스페인 농업유전체학연구소(CRAG, Centre for Research in Agricultural Genomics)와의 공동연구로 대장균에서 인공효소를 생성하는 기술을 개발했다. 또, 대장균과 제철소 부생가스 발효산물인 아세트산을 결합해 바이오 플라스틱 소재인 이타콘산을 대량 생산하는 데 성공했다.

이 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 최근 게재, 우수성을 인정받아 저널 편집자가 선정한 영향력 있는 논문(Editors’ Highlights)으로 소개됐다.

막성 세포소기관을 가진 곰팡이에서 생산하는 이타콘산은 다양한 플라스틱뿐 아니라 화장품, 향균제의 원료로 쓰인다. 올해 세계시장규모가 약 1,300억 원에 이를 만큼 시장 가치가 매우 높지만, 복잡한 공정의 한계와 높은 생산 비용 때문에 생산과 활용이 제한적이었다.

이 때문에 대장균과 같은 산업용 미생물로 이타콘산을 생산하려는 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 대장균은 값싼 원료를 활용할 수 있고 배양이 쉽지만, 막성 세포소기관이 없어 이타콘산을 생산하기 위해선 추가적인 원료나 공정이 필요했다.

연구팀은 합성생물학 기술로 인공효소를 개발, 막성 세포소기관이 없는 대장균에서 대장균 성장에 필요한 추가적인 원료 공급 없이 이타콘산을 생산할 수 있는 길을 열었다. 연구 결과, 해당 대장균 내에서 만들어지는 신규 효소가 아세트산에서 부터 이타콘산을 합성하는 효율성을 더욱 높이는 것으로 조사됐다. 이 기술을 활용하면 값싸고 다양한 원료로 이타콘산을 손쉽게 생산하는 미생물 세포공장을 세울 수 있다.


이번 연구성과는 제철소 부생가스 발효산물을 비롯해, 해조류, 목질계 바이오매스(Biomass)*1와 같은 농수산 부산물인 아세트산을 비롯한 여러 부산물로 이타콘산을 생산할 수 있는 핵심 원천 기술로 평가받는다. 석유 화학 물질의 원료를 이타콘산으로 대체함으로써 탄소 중립 사회에 기여하고, 이타콘산 시장 규모를 대폭 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 이 연구는 한국연구재단의 C1가스리파이너리사업, 중견연구자지원사업, 이공분야 학문후속세대양성사업의 지원을 받아 이뤄졌다.


1. 바이오매스
생물로부터 얻은 에너지. 나무, 꽃, 풀, 고래기름, 조류와 같은 동·식물 자원에서부터 축산분뇨, 음식물쓰레기, 톱밥에 이르기까지 유기성 폐자원을 모두 포함하는 개념.