탄소를 먹고 유익균을 배출하는 세균 아세토젠은 무엇인가?

얼마 전 우연히 뉴스를 접하다 아세토젠이라는 이산화탄소를 먹어치우고 환경에 따라 적절한 유익균을 재배출하는 세균에 대한 기사내용이 나온 적이 있습니다. 미래 에너지원으로 중요한 역할을 할 수 있겠다는 기대치와 국내에 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다는 내용의 기사였던 것으로 기억합니다. 이에 이 아세토젠에 대해 궁금해서 구글링 및 챗GPT 내용을 참조하여 간략히 정리해 보았습니다. 뉴스 원문은 글 하단에 있으니 참고하세요~

 

SBS 뉴스내용

세균 5천억 마리가 담긴 액체를 빠르게 회전시키면서 이산화탄소를 주입합니다. 곧바로 세균들이 이산화탄소를 먹는 발효 과정이 시작되는데 1g 무게 세균 2억 마리가 하루 동안 탄소 20g을 먹어치웁니다. 아세토젠 미생물은 이산화탄소를 먹어 먹고 저희가 원하는 다양한 유용한 화학물질들을 내놓게 됩니다. 탄소 먹는 세균 기술은 미국과 유럽에선 이미 상용화가 시작됐습니다.

벨기에의 한 철강회사는 지난해 제철 공정에서 발생한 탄소를 세균으로 발효시키는 설비를 구축했습니다. 이 과정에서 새로운 원료인 에탄올도 나옵니다. 내년부터 유럽 항공사들은 친환경 저탄소 항공유 saf를 2% 이상 섞어 써야 하는데, 세균이 만들어낸 에탄올을 saf의 원료로 쓸 수 있습니다. 식량의 에너지화라는 한계와 전환 공정 단계에서 이산화탄소가 오히려 발생하는 문제가 있는데 아마 이러한 문제를 극복할 수 있을 것이라 생각합니다.

국내에서도 기술 개발이 본격화됩니다. 특히 탄소 분해 속도와 양을 늘리는 데 주안점을 두고 있습니다. 국내 연구진이 한우의 분변에서 찾아낸 세균은 상용화된 해외 균주보다 탄소 분해 능력이 2배나 높고 성장 속도도 빠른 걸로 확인됐습니다. 연구진은 또 탄소 먹는 세균의 유전자를 변형시켜 에탄올 외에도 플라스틱, 대체 물질 등을 개발하는 연구에도 힘을 쏟고 있습니다.

 

아세토젠이란 무엇인가?

아세토젠(acetogen) 미생물은 이산화탄소(CO2)와 일산화탄소(CO)와 같은 1탄소 화합물을 에너지원으로 사용하여 아세트산(CH3COOH)을 생성하는 세균을 지칭합니다. 이 미생물들은 독특한 메타볼릭 경로인 우드-융달 경로(Wood-Ljungdahl pathway)를 통해 이러한 화합물들을 아세트산으로 전환합니다. 

아세토젠의 주요 특징

1. 에너지 대사: 아세토젠은 혐기성 조건(산소가 없는 환경)에서 CO2와 CO를 환원시켜 아세트산을 생산합니다.
2. 우드-융달 경로: 이 경로는 CO2를 2분자의 CO로 전환한 후, 이를 결합하여 아세트산을 생성하는 일련의 효소 반응을 포함합니다.
3. 생태적 역할: 아세토젠은 자연계에서 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 퇴적물, 소화기관, 해양 환경 등 다양한 환경에서 발견됩니다. 이들은 탄소 순환 과정에서 중요한 역할을 하며, 유기물 분해 및 메탄 생성과 같은 과정에서 중요한 부분을 차지합니다.
4. 산업적 응용: 아세토젠 미생물은 바이오연료 및 바이오화학 물질 생산에 활용될 수 있습니다. 이산화탄소를 아세트산으로 전환하는 능력 때문에, 기후 변화 완화 및 지속 가능한 에너지 생산에 기여할 잠재력이 있습니다.

대표적인 아세토젠
- Clostridium ljungdahlii: CO2와 CO를 아세트산으로 전환하는 대표적인 아세토젠 미생물입니다.
- Moorella thermoacetica: 온천 등의 고온 환경에서 발견되는 아세토젠입니다.
- Acetobacterium woodii**: 해양 퇴적물과 같은 다양한 환경에서 발견되며, 아세트산을 생성합니다.

이와 같이, 아세토젠 미생물은 탄소 고정 및 아세트산 생성 능력으로 인해 생태계 및 산업적으로 중요한 역할을 담당합니다.

현재 아세토젠(acetogen) 미생물을 활용한 상업화된 제품은 아직 초기 단계에 있습니다. 그러나 연구와 개발이 활발히 진행 중이며, 몇몇 기업과 연구기관에서 아세토젠을 활용한 다양한 응용 분야를 탐구하고 있습니다. 특히, 지속 가능한 화학 물질 및 연료 생산에 대한 관심이 높아지면서 아세토젠의 상업적 응용 가능성이 주목받고 있습니다.

아세토젠을 활용한 상업적 응용 분야

1. 바이오연료 생산
   -에탄올: 아세토젠은 CO2와 CO를 에탄올로 전환할 수 있습니다. 이산화탄소를 원료로 사용하여 연료를 생산할 수 있는 기술은 탄소 배출을 줄이고 지속 가능한 에너지원으로서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 예를 들어, LanzaTech라는 회사는 산업 배출가스를 원료로 아세토젠을 사용하여 에탄올을 생산하는 기술을 개발하고 있습니다.

2. 바이오화학 물질
   - 아세트산: 아세토젠의 대표적인 산물인 아세트산은 식품 산업, 화학 공업 등 다양한 산업에서 중요하게 사용됩니다. 생물학적 방법으로 아세트산을 생산하면 화석 연료 기반의 생산 공정을 대체할 수 있습니다.
   - 2,3-부탄디올: 일부 아세토젠은 2,3-부탄디올을 생산할 수 있으며, 이는 합성 고무와 같은 화학 제품의 원료로 사용됩니다.

3. 플랫폼 화합물
   - 플랫폼 화합물: 아세토젠을 통해 얻은 아세트산과 에탄올은 다양한 화학 제품의 기초가 되는 플랫폼 화합물입니다. 이러한 화합물은 플라스틱, 용매, 합성 섬유 등 다양한 제품의 원료로 사용될 수 있습니다.

 

연구 및 개발 사례

LanzaTech: LanzaTech은 산업 배출가스를 활용하여 아세토젠을 통해 에탄올을 생산하는 기술을 상용화하고 있습니다. 이 회사는 이미 여러 파일럿 플랜트와 상용화 플랜트를 운영 중이며, 이를 통해 지속 가능한 바이오연료와 화학 물질을 생산하고 있습니다.
C1 가스 생물학적 전환: 여러 연구기관에서 CO2 및 CO와 같은 C1 가스를 생물학적으로 전환하여 유용한 화학 물질을 생산하는 연구를 진행 중입니다. 이 분야는 아직 상업화 초기 단계에 있지만, 미래에 큰 잠재력을 가지고 있습니다.

 

상업화의 도전 과제

현재 상업화된 제품의 경제성은 아직 완전하지 않습니다. 기존 화석 연료 기반 제품과 경쟁하기 위해서는 생산 비용 절감과 효율성 향상이 필요합니다. 실험실 수준의 연구를 대규모 산업 생산으로 확장하는 과정에서 여러 기술적 도전이 존재합니다. 이를 해결하기 위해서는 지속적인 연구와 개발, 그리고 투자가 필요합니다. 아세토젠을 활용한 상업화 제품은 아직 초기 단계에 있지만, 탄소 배출 저감과 지속 가능한 생산 방법에 대한 필요성이 높아짐에 따라 그 가능성은 매우 큽니다. 앞으로의 연구와 기술 개발에 따라 더 많은 상업화 사례가 등장할 것으로 기대됩니다.

 

원문영상 - SBS뉴스

https://www.youtube.com/watch?v=OVpHWyvkdkI

 

 

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