국내 연구진이 농사 또는 벌목 과정에서 버려지는 부산물은 물론 폐지, 택배 박스 같은 목질계 바이오매스에서 친환경 연료인 바이오디젤 원료를 기존 미생물보다 2배 많이 생산할 수 있는 새로운 미생물을 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 청정에너지연구센터 이선미 박사팀은 13일 '크리스퍼/카스9'(CRISPR/Cas9) 유전자가위로 미생물 대사경로를 재설계, 기존 미생물은 활용하지 못하던 바이오매스 성분(자일로스)까지 이용할 수 있게 해 바이오디젤 원료 생산 수율을 2배 높였다고 밝혔다.
화석연료를 사용하는 자동차, 특히 경유차의 배기가스가 미세먼지와 온실가스의 주요 원인으로 지목되면서 바이오디젤 사용을 확대하는 움직임이 늘고 있다.
그러나 바이오디젤은 팜유나 대두유 같은 식물성 기름 또는 폐식용유를 화학적으로 처리해 생산되고 있어 원료수급이 원활하지 못하고 식량작물을 이용한다는 점에서 윤리적 논란도 있다.
이 때문에 식량 작물 대신 농사 또는 벌목 부산물로 발생하는 목질계 바이오매스를 이용해 바이오연료를 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
목질계 바이오매스는 경제적이고 지속가능한 원료로 미생물 대사과정에서 친환경 수송용 연료로 전환될 수 있다.
하지만 목질계 바이오매스에는 미생물이 활용하지 못하는 성분이 다량 포함돼 있어 바이오디젤 수율을 높이기 어려운 문제가 있다.
목질계 바이오매스는 셀룰로스와 자일로스 등 다당류 화합물이 60~80%, 리그닌 등 목질 성분이 20~40%를 차지하는데, 기존 미생물은 다당류 화합물의 65~70%를 차지하는 셀룰로스를 이용해 바이오디젤 원료를 만든다.
연구팀은 이 연구에서 유전자가위를 이용해 미생물 대사경로를 재설계하고, 그중에서 능력이 우수한 개체만 선택해 배양하는 방법으로 포도당은 물론 기존 미생물이 활용하지 못했던 자일로스 성분까지 바이오디젤 원료 생산에 활용하는 새로운 미생물을 개발했다.
이들은 크리스퍼/카스9 유전자가위를 이용해 미생물이 바이오디젤 원료를 생산하는데 필수적인 보조효소의 공급을 방해하지 않도록 유전자를 조작해 대사경로를 재설계했다.
새로 개발된 미생물은 기존 셀룰로스를 분해한 포도당은 물론 다당류 화합물의 30~35%를 차지하는 자일로스까지 모두 바이오디젤 원료 생산에 활용하는 것으로 확인됐으며, 바이오디젤 생산량은 전체적으로 기존 미생물보다 2배 정도 증가했다.
KIST 청정에너지연구센터는 이와 함께 바이오매스의 20~40%를 차지하고 있지만 현재 바이오연료 생산에 활용하지 못하는 리그닌 등 목질성분 활용 연구도 하고 있다.
목질성분 활용 효율이 높아지면 이번 성과와 결합해 바이오연료 생산 효율이 더욱 높아질 것으로 기대된다.
이선미 박사는 "바이오디젤은 디젤 차량의 온실가스와 미세먼지를 가장 빨리 효과적으로 줄일 수 있는 대체 연료"라며 "이 연구는 식량작물이 아닌 목질계 바이오매스를 이용한 바이오디젤 생산의 경제성을 높일 수 있는 핵심기술을 확보한 것"이라고 말했다.
이 연구결과는 기후변화 및 바이오에너지 분야 국제학술지 '글로벌 체인지 바이올로지 바이오에너지'(Global Change Biology Bioenergy) 최신호에 게재됐다.
