"온실가스가 항산화 항암 물질 된다"

에너지연, 이산화탄소로 카로티노이드로 만드는 기술 개발

한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 광주친환경에너지연구센터 이수연 박사팀이 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 항산화·항암 효과를 갖는 ‘카로티노이드’로 전환하는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

카로티노이드는 탄소 40개로 구성된 탄화수소 화합물로 프로비타민A, 항산화, 항염증, 항암 등에 효과가 있는 생리활성물이다.

이산화탄소를 먹이로 사용해 생산한 카로티노이드 추출물. 한국에너지기술연구원

온실가스 배출 억제

국제에너지기구에 따르면 지난해 세계에서 에너지 관련 이산화탄소 배출량은 374억 톤으로 전년대비 1.1%나 늘며 역대 최고치를 경신했다.

이에 따라 세계적으로 지구온난화를 막기 위해 이산화탄소 전환기술을 연구 중으로, 특히 이산화탄소를 에틸렌, 프로필렌 등 고부가 화학물질로 전환하는 기술은 탄소 감축과 더불어 산업에 필요한 물질을 생산할 수 있어 탄소중립 실현 핵심기술로 각광받고 있다.

최근에는 미생물전기합성(MES) 이산화탄소 전환기술이 주목받고 있다.

미생물전기합성은 미생물이 포함된 물을 전해액으로 만들고 여기에 이산화탄소를 녹여 미생물 양분으로 활용하는 방식이다.

미생물전기합성 개념도. 한국에너지기술연구원

하지만 미생물이 성장하는 상온이나 상압 환경에서는 물에 녹는 이산화탄소 양이 매우 적기 때문에 미생물 양분 부족현상이 발생, 최종 전환 물질의 생산성이 떨어지는 문제가 있다.

이산화탄소를 항산화 물질로 

에너지연 연구팀은 이산화탄소 흡수제 ‘모노에탄올아민’을 전해액에 녹여 로도박터 스페로이드 미생물이 활용할 수 있는 이산화탄소 양을 증가시켰다. 

이를 통해 미생물의 이산화탄소 소모량을 늘리고 에너지 생산과 생장, 대사활동까지 촉진시켜 전환되는 물질의 생산효율을 높였다.

아울러 연구팀은 전환물질의 범위도 넓혔다. 

기존 미생물전기합성법은 낮은 이산화탄소 농도로 인해 부탄올, 에탄올 등 낮은 탄소수를 지닌 물질만 생산할 수 있었다.

반면 연구탐이 개발한 기술은 높은 탄소수를 지닌 카로티노이드를 생산할 수 있다. 

습식 이산화탄소 흡수제 기반 음극 전해액을 적용한 미생물전기합성 기술 모식도. 한국에너지기술연구원

카로티노이드는 세포 노화를 억제하는 효능을 가져 화장품, 보충제 등에 사용된다. 하지만 카로티노이드는 일반적으로 미생물 발효로 생산하는데, 안전성과 원료수급 등의 문제로 제한적 생산만 가능했다. 

또 카로티노이드는 40개의 탄소원자로 구성된 특성 때문에 미생물이 다량의 이산화탄소를 섭취해야 생성된다.

이에 연구팀은 높은 이산화탄소 농도로 기존 기술대비 생산성을 4배 향상시켜 미생물전기합성 분야에서 카로티노이드 생성의 길을 열었다.

이 박사는 “이번 연구결과는 미생물전기합성법으로 이산화탄소를 고부가가치 물질로 전환하는 새로운 접근법을 제시했다”며 “바이오에너지와 바이오화학 분야에서 온실가스 감축과 재활용을 통한 탄소중립 달성에 기여할 것”이라 말했다.

이수연 박사팀(아래 왼쪽부터 우상혁 선임연구원, 이지예 기술원, 이수연 책임연구원, 가운데 왼쪽부터, 김유리 학생연구원, 정휘종 학생연구원, 김희수 학생연구원, 고건영 인턴, 위 문명훈 책임연구원). 한국에너지기술연구원

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com