이산화탄소 이용 바이오 플라스틱 생산효율 20배로 높였다

과학기술

이산화탄소 이용 바이오 플라스틱 생산효율 20배로 높였다
KAIST, 4㎠ 전극에서 1.38ｇ 생산…세계 최초 ｇ 수준 생산

2023.03.30 07:00 연합뉴스

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

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 30일 밝혔다.

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 했다.

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

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 했다.

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

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

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

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

이 같은 연구 성과는 국제 학술지 ‘미국국립과학원회보’(PNAS)에 지난 27일 온라인 게재됐다.

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