이산화탄소 이용 바이오 플라스틱 생산효율 20배로 높였다


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▲ 이현주 교수와 이상엽 특훈교수

이산화탄소로부터 바이오 플라스틱을 생산하는 기술의 효율을 국내 연구진이 20배로 높였습니다.

한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 이현주 교수와 이상엽 특훈교수 연구팀이 높은 효율로 이산화탄소로부터 바이오 플라스틱을 생산할 수 있도록 전기화학적 이산화탄소 전환과 미생물 기반 바이오 전환을 연계한 하이브리드 시스템을 개발했다고 오늘(30일) 밝혔습니다.

연구팀은 전기화학 전환반응이 일어나는 전해조에서 이산화탄소가 탄소 1개로 이뤄진 포름산으로 전환되면 이 포름산을 미생물 배양이 이뤄지는 발효조에 공급해, 커프리아비더스 네케이터(Cupriavidus necator)라는 미생물이 섭취한 뒤 바이오 플라스틱을 생산하도록 했습니다.

이 같은 하이브리드 개념은 전기화학반응의 낮은 효율과 미생물 배양 조건 차이 등 문제로 생산성이 매우 낮거나 비연속적 공정에 그친다는 단점이 있었습니다.

이를 극복하기 위해 연구팀은 전해액인 동시에 미생물 배양 배지로 이용할 수 있는 '생리적 호환이 가능한 양극 전해액'을 개발하고, 기체 상태의 이산화탄소를 이용하는 기체 확산 전극을 사용해 높은 생산성으로 포름산이 만들어지게 했습니다.

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이산화탄소 이용 바이오 플라스틱 생산 기술

이어 개발한 전해액에 포름산을 포함시켜 발효조로 공급해 미생물 배양에 쓰이게 하고, 전해액만 다시 필터를 통과해 전해조로 순환되도록 했습니다.

이 시스템을 통해 연구팀은 4㎠ 전극에서 1.38 g의 바이오 플라스틱(PHB)을 생산하는 데 성공했습니다.

세계 최초의 그램 수준 생산이며, 기존 연구성과보다 생산성이 20배 이상 높은 것입니다.

이현주 교수는 "바이오 플라스틱뿐만 아니라 다양한 화학물질 생산에 응용될 수 있는 기술"이라며 "앞으로 탄소 중립을 위한 핵심 기술로 많이 활용될 것으로 기대한다"고 말했습니다.

이 같은 연구 성과는 국제 학술지 '미국국립과학원회보'(PNAS)에 지난 27일 온라인 게재됐습니다.

(사진=KAIST 제공, 연합뉴스)

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