높은 에너지효율. 온실효과저감 등 친환경 미래기술로 주목
미국 연구진이 박테리아를 통해 이산화탄소를 청정 연료로 전환하는 연구결과를 발표해 화제가 되고 있다.
하버드 대학의 켈시 사키모토(Kelsey Sakimoto) 박사는 지난 22일(현지시간) 미국 워싱턴DC에서 8월 20~24일까지 열리는 ‘미국 화학학회’ 컨퍼런스에서 박테리아 표면에 초소형 반도체를 이식해 인공적으로 식물의 광합성 효과를 낼 수 있다고 밝혔다.
사키모토 박사는 "이번에 개발한 사이보그 박테리아로 햇빛, 물, 그리고 이산화탄소를 분해해 아세트산(acetic acid)을 생산하는 데 성공했다”고 발표했다. 아세트산은 식초의 주성분으로 섬유 가공 및 염색의 용도로 사용되며 부탄과 같은 청정연료나 의약품의 원료가 된다.
UC버클리 화학과 페이동 양(Peidong Yang) 교수와의 공동연구를 통해 사키모토 박사는 아세트산을 만드는 박테리아가 중금속 오염을 막기 위해 황과 중금속을 결합해 몸 밖으로 방출시킨다는 사실을 알아냈다.
실험을 통해 토양과 광물에서 아주 미량으로 존재하는 카드뮴(용액)을 이 박테리아에 표면에 뿌리자 황화카드뮴(cadmium sulphide) 결정 입자들이 생겨났다. 연구진은 이때 박테리아가 햇빛을 받고 황화카드뮴 입자들에서 방출하는 전자를 효소 단백질로 붙잡아 아세트산 합성의 에너지로 쓰는 것을 관찰했다.
식물은 광합성을 통해 이산화탄소와 물을 산소와 포도당으로 바꾼다. 이 때 필요한 에너지는 엽록소가 태양 에너지를 받고 방출하는 전자에서 나는데, 연구진이 제작한 ‘사이보그 박테리아’에서는 표면에 붙어있는 반도체 입자인 황화카드뮴이 식물의 엽록소 역할을 한 것이다.
컨퍼런스에서 사키모토 박사는 사이보그 박테리아는 황화카드뮴으로 태양에너지의 80%를 아세트산으로 전환했다고 밝혔다. 이는 일반 식물 광합성의 6배나 높은 수치이며, 기존 태양전지 에너지 효율의 4배가 된다.
이러한 인공광합성 기술은 태양에너지를 이용해 이산화탄소를 고부가가치의 연료 및 화학 소재로 전환하고, 기존 태양전지나 식물보다 에너지 효율이 월등해 친환경 미래기술로 주목받고 있다.
사키모토 박사는 "사이보그 박테리아는 자체적으로 번식이 가능하다. 또한, 제조법도 간단하고 이 박테리아가 만든 아세트산은 다른 대장균이 부탄올과 같은 연료나 의약품, 플라스틱 등으로 전환할 수 있다"며 "뿐만 아니라 공기 중 이산화탄소를 흡수 해 온실가스 감에도 도움을 줄 수 있으며, 농촌 지역이나 개발도상국에서 유용하게 쓸 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
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