이산화탄소를 발효시킬 수 있을 것 같다.
미국 노스웨스턴대(NU)에서 열린 연구에 따르면, 공기 중의 이산화탄소를 인공세균을 이용해 "발효"시킴으로써, 아세톤 알코올류(이소프로판올)등의 유기용매를 매우 높은 효율로 생산하는 데 성공했다고 밝혔다.
우리가 흔히 볼 수 있는 흔한 발효는 보통, 전분이나 단백질 등 다수의 탄소 원자를 포함한 분자를 세균들이 분해함으로써 진행된다.
그러나 새롭게 개발된 인공세퓬은, 탄소가 1개 밖에 포함되지 않는 이산화탄소(CO2 분자)를 탄소원으로서 공기중에서 흡입해, 빛에너지를 사용하지 않고 분해(발효)시켜, 공업적인 가치가 높은 유기 용매로 변환하는 것이 가능하다.
실용화가 진행되면, 대기 중의 이산화탄소를 제거하면서 값비싼 화학약품을 만들 수 있게 될 것이다.
하지만, 이산화탄소를 발효시키는 "인공세균"이란 대체 어떤 존재일까?
연구내용의 자세한 것은 2월 21일에 "Nature Biotechnology"에서 공개되고 있다.
인류는 예로부터 미생물이 하는 방효를 이용해, 술이나 치즈 등의 식품을 만들어 왔다.
당분이나 단백질, 지질은, 무수한 탄소 원자가 이어진 거대 분자로, 이것은 많은 에너지를 보유하고 있고, 분해함으로써 그 에너지를 방출시킬 수 있다.
우리의 지방이 에너지 저장 역할을 하는 것도 이런 이유에서다.
그래서 많은 세균들은, 유기 분자가 분해될 때 방생하는 에너지를 얻기 위해 발효를 도와준다.
그리고 지구상에 서식하는 세균들은 분해하는 데에, 좋아하는 탄소 수가 있다고 알려져 있다.
전분이나 단백질 등 많은 탄소를 포함한 분자를 분해하는 것을 좋아하는 세균이 있는가 하면, 단지 몇 개의 탄소 밖에 포함하지 않는 소분자의 분해를 좋아하는 세균도 존재한다.
그렇다면 1개의 탄소밖에 포함하지 않는 이산화탄소(CO2)의 분해를 좋아하는 생물은 존재할까?
놀랍게도, 몇개의 세균(혐기성 아세토젠 등)은 빛을 사용하지 않고, 식물과 같이 이산화탄소를 분해하고 에너지를 생산할 수 있다.
즉 통상의 미생물이 전분이나 단백질을 먹는 반면, 일부의 세균은 이산화탄소를 "먹는"것이 가능하다.
또 이들 기묘한 세균은, 이산화탄소를 "먹는다"와 아세톤이나 알코올의 일종인 이소프로파놀이라고 하는, 소독약이나 보존약에 이용하는 가치있는 화학약품을 "배출"한다.
이소프로파놀은 에탄올보다 신종 코로나 바이러스에 더 효과가 있는 발바이러스 제로서, 현대사회에 없어서는 안될 소독약으로 알려져 있다.
또 아세톤도 공업적인 이용 가치가 높은 화학물질이며, 플라스틱, 합성 섬유등의 생산에 필수적인 약품으로 되어있다.
단지 자연계에 존재하는 세균이 화학약품을 생산하는 효율은 그다지 높지 않고, 상업에의 이용은 진행되지 않았다.
그래서 이번에, Lanza Tech사의 연구자들은, 약품의 생산효율을 높이기 위해, 복수의 세균에서 우수한 유전자를 추출하고 합성함으로써, 자연계에는 존재하지 않는 합성생물(인공세균)을 만들어냈다.
새롭게 창조된 합성 생물은, 얼마나 많은 이산화탄소를 흡입하고, 얼마나 화학 약품을 만드는 능력이 강화되었을까?
■ 생산효율이 종래의 800배
개발된 합성 생물의 성능을 검증하기 위해, 연구자들은 즉시 세균에 이산화탄소를 부여하고, 생산되는 약품의 양을 측정했다.
그랬더니 기존의 세균에 비해, 이 합성 생물은 생산 효율이 800배 가까이 상승했다는 것.
또한, 아세톤 1kg을 생산하는 데 1.78kg의 탄소가, 이소프로판을 1kg 생산하는데 1.17kg의 탄소가 소비된다는 사실을 알게되었다는 것.
이것은 현대의 탄소 배출량을 걱정하는 사회에 있어서는 획기적인 일이라는 것이다.
왜냐하면 종래의 방법으로는, 아세톤이나 이소프로파놀의 생산에는 석유가 사용되고 있고, 이것들을 생산하면 이산화탄소가 배출되는 상황으로 되어 있었다. 석유를 재료로 제조할 때, 아세톤 1kg을 만들려면 2.55kg, 이소파놀 1kg을 만들때는 1.85kg의 이산화탄소가 방출...
연구자들은 합성생물을 이용한 제조법이 보급될 경우, 이들 화학약품의 제조 시 배출되는 온실가스의 양은 석유 생산 시의 -160%가 된다고 산출했다.
즉, 지금까지 약품 생산으로 배출되고 있던 이산화탄소량의 60%분이, 반대로 대기중에서 없어져 버리게 되는 것이다.
■ 공기를 재료로 플라스틱을 만들 수 있게 됨
이번 연구를 통해, 공기 중의 이산화탄소의 흡수, 분해를 통해, 추출한 탄소를 화학약품의 재료로 삼아 방출하는 합성생물이 개발됐다.
연구자들은 이 합성생물의 배양조를 공장의 배기가스와 합체시킴으로써 공장에서 배출되는 이산화탄소를 0레벨로 하는 동시에, 유기화합물을 효율적으로 생산할 수 있다고 보고있다.
합성생물의 개발이 진행되면, 현재 석유를 재료로 만든 다른 플라스틱이나 비닐 같은 제품들도 대기로부터 흡수한 이산화탄소를 재료로 만들 수 있게 될 수도 있다.
실제로, 연구팀은 이미 공기 중의 이산화탄소를 발효시켜 에탄올(술)을 만드는 데 성공했다.
합성생물이 행하는 이산화탄소의 발효효율은, 식물이 하는 광합성보다 월등히 우수하기 때문에, 미래의 이산화탄소 제거 기술에 있어 주요한 역할을 하게 될 것이다.
