이산화탄소를 수소 저장물질로 전환하는 새 효소 찾았다

에너지연, 수소저장 물질 '개미산' 생산 신규 효소 3종 발굴

CO₂ 환원효소 확장하고 생촉매 기반 온실가스 자원화…국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 에너지연구원 연구진이 이산화탄소 반응실험을 하는 모습. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국에너지기술연구원은 광주친환경에너지연구센터 민경선 박사 연구팀이 이산화탄소(CO₂)로부터 수소저장물질인 '개미산(formic acid)'을 생산하는 새 효소를 찾았다고 15일 밝혔다.
 
개미산은 개미에서 발견된 천연물질로, 세균억제와 수소이온지수를 조절하는 효과를 가져 식품가공이나 보존제, 제설제 등 여러 산업에서 사용되고 있으며 최근에는 제3의 물질과 결합해 수소를 저장하는 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)에서의 활용도로 주목받고 있다.

개미산 생산법 중 화석연료의 열화학반응에 의한 생산은 이산화탄소가 발생하며 이산화탄소 전기화학반응은 성능향상과 내구성 확보가 필요하다.
 
이에 비해 자연계에 존재하는 이산화탄소 환원 효소 기반의 개미산 생산방식은 이산화탄소의 직접 활용이 가능하고 부산물 없이 100% 개미산만 선택적으로 생산할 수 있는 장점이 있으나 지금까지 자연계에 존재하는 이산화탄소 환원 효소는 15종에 불과할 정도로 매우 제한적이다.

이에 따라 연구팀은 유전자 데이터베이스 기반 유전체 마이닝(genome-mining)을 통해 이산화탄소를 개미산으로 저장하는 신규 이산화탄소 환원 효소를 발굴, 온실가스로부터 수소저장 물질을 생산하는 원천기술을 개발하는데 성공했다.

이번 연구서 민 박사팀은 기존에 알려진 이산화탄소 환원 효소의 단백질 서열을 분석해 유전자 데이터베이스에서 서열과 유사도를 분석하고 활성부위 구조를 예측·분석, 신규 이산화탄소 환원효소 3종을 발굴했다.

또 발굴된 효소로 이산화탄소 환원 활성 및 반응 특성을 분석해 이산화탄소로부터 수소저장 물질인 개미산을 생산하는 효소 반응 시스템을 구축했다.

새롭게 발굴한 3종의 이산화탄소 환원 효소는 재조합 단백질 발현 시스템을 통해 대량 생산이 가능하고 이산화탄소로부터 수소저장 물질로 활용 가능한 개미산을 손쉽게 생산할 수 있어 이산화탄소 자원화를 통한 고부가물질 생산에 핵심이 되는 원천기술이다.

특히 생촉매인 효소는 이산화탄소로부터 개미산을 생산하는 기존 전기화학적 전환, 화학촉매 전환기술에 비해 반응온도와 에너지 요구량이 낮고 일산화탄소 등의 부산물 없이 100% 선택적으로 개미산을 생산할 수 있는 장점이 있다.

이번 연구결과는 국제 학술지 '바이오리소스 테크놀로지(Bioresource Technology)'에 지난 3월 게재됐다.(논문명:Newly explored formate dehydrogenase from Clostridium species catalyze carbon dioxide to formate)

민경선 박사는 "유전자와 구조정보는 그동안 자연계에서 찾기 어려웠던 활성을 찾아내는데 아주 중요한 기술"이라며 "이산화탄소를 직접 활용해 에너지 저장물질로 전환할 수 있는 효소기반 생물 공정 연구는 이산화탄소 자원화를 통한 탄소중립 실현에 크게 기여할 것"이라고 말했다.


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