[데일리비즈온 김소윤 기자] 버린 택배 박스가 국내 연구진에 의해 바이오 디젤연료로 탄생됐다. 한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 이선미 박사팀은 버려지는 농업부산물, 폐지, 택배박스 등 목질계 바이오매스로부터 바이오디젤 원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발했다고 밝혔다. 이 미생물은 기존대비 2배의 생산 수율을 보였다는 설명이다. 

◇ 바이오연료로 바꿔 주는 미생물

이에 따르면 화석연료를 사용하는 자동차, 특히 경유차가 내뿜는 배기가스는 미세먼지와 온실가스의 주요 원인으로 알려졌다. 디젤이 아닌 바이오디젤을 사용하면 온실가스에 의한 기후변화 대응 및 미세먼지 저감에 효과적인데 최근 많이 쓰이는 팜유, 대두유 같은 식물성 기름 또는 폐식용유를 화학적으로 처리하여 생산하는 방식은 원료수급이 원활하지 못하다.

이 가운데 식량 작물 원료가 아닌 농사 또는 벌목 과정에서 부산물로 생성되는 목질계 바이오매스를 이용하여 바이오연료를 개발하려는 노력이 꾸준하다. 목질계 바이오매스는 경제적이고 지속가능한 원료인데 미생물 대사과정을 거치는 동안 친환경 수송용 연료로 전환될 수 있다.

이 미생물은 목질계 바이오매스에 포함된 당 성분을 먹이로 하여 대사하는 과정에서 바이오 디젤 원료를 생산할 수 있다. 목질계 바이오매스에 포함된 당은 일반적으로 약 65~70%의 포도당과 약 30~35%의 자일로스로 구성된다.

자연계에 존재하는 미생물들은 포도당을 이용하여 디젤원료를 만드는데 효과적지만 자일로스는 이용할 수 없어 디젤원료 생산 수율을 제한하는 한계를 가지고 있었다고 연구팀은 설명했다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 포도당뿐만 아니라 자일로스도 효과적으로 이용하여 디젤원료를 생산할 수 있는 신규 미생물을 개발했다.

◇ 기존 연구보다 생산 수율 2배 높여

특히 미생물이 디젤원료를 생산하는데 필수적인 보조효소의 공급을 방해하지 않도록 유전자 가위를 이용하여 대사경로를 재설계했다는 설명이다. 이 중 능력이 우수한 개체만을 선택하여 재배양하는 방식 등 진화의 과정을 실험실에서 효과적으로 통제하는 공법을 통해 자일로스 이용능력을 올렸다.

연구팀은 이 과정에서 목질계 바이오매스 유래 자일로스를 포함한 당 성분을 모두 사용하여 디젤원료를 생산할 수 있는 가능성을 확인했다. 보조효소 문제가 있는 대사경로를 활용한 기존의 연구와 비교하여 생산수율을 2배 가까이 향상시켰다.

연구팀 관계자는 “바이오디젤은 기존 디젤차량 운행을 제한하지 않으면서 온실가스와 미세먼지를 줄일 수 있는 효과적인 대체 연료다. 바이오디젤 생산의 경제성을 높일 수 있는 핵심기술을 확보했다”고 했다.

덧붙여 “잦은 태풍과 이상기후와 같이 이제 기후변화가 피부로 와닿고 있는 시점에서 가장 빠르고 효과적으로 기후변화에 대응할 수 있는 바이오연료 보급 확대가 이뤄진다면 관련 산업 확대 및 기술 개발이 더욱 속도를 낼 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 

◇ 이선미 키스트 KIST 박사 연구팀 주도

지난해에도 고농도의 바이오연료를 생산할 새로운 미생물을 키스트 연구팀이 개발했다. 이 대학 청정에너지연구센터 고자경, 이선미 박사팀은 당시 식량이 아닌 목질계 바이오매스를 이용해 고농도의 바이오연료를 생산할 수 있는 새로운 미생물을 개발했다.

연구팀은 기존의 목질계 바이오연료 전환 미생물의 유전체를 편집하고 진화시켰고 바이오연료 전환효율을 극대화시키는 데 성공했다. 바이오연료 수율을 올리기 위해 바이오매스 내에 가용한 모든 당의 완전 활용이 가능하다. 또 바이오매스 전처리 과정에서 발생하는 저해물질로 인해 성능이 저하되지 않는 균주의 개발이 필요하다.

연구팀은 이를 위해 새로운 미생물을 개발했다. 유전자 가위를 이용해 바이오연료 생산 미생물의 유전체를 편집하는 한편 자연계에서 발생하는 진화의 과정을 실험실 안에서 단시간 내에 효과적으로 유발하는 공법(적응진화공법)을 적용했다. 

연구팀 관계자는 “이 미생물을 활용하면 기존 바이오연료 생산시 버려지던 성분으로부터 이론적 최대치의 98% 수율로 바이오연료를 생산할 수 있다. 설탕을 추출하고 버려지는 사탕수수 부산물로는 세계최고의 수율로 바이오연료를 생산했다”고 말했다.