한국에너지기술연구원은 민경선 박사 연구팀이 농업 폐기물로부터 바이오 연료·플라스틱을 만드는 효소 공정을 개발했다고 14일 밝혔다.

최근 기후 위기에 대응해 석유 대신 바이오매스(녹색 연료)를 원료로 화학물질을 생산하는 공정기술인 바이오 리파이너리가 주목을 받고 있다.

특히 비식용 바이오매스는 전분이나 포도당류를 활용한 1세대 바이오 리파이너리와 달리 식량자원 고갈 이슈가 없어 관련 연구가 활발히 진행되고 있다.

연구팀은 구조 기반 분자 모델링과 단백질 공학을 통해 개량된 신규 효소를 적용, 볏짚과 옥수숫대 등 비식용 농업폐기물 바이오매스로부터 바이오 연료와 바이오 플라스틱의 중간 원료인 '4-하이드록시 발레르산'을 생산할 수 있는 효소 공정을 개발했다.

4-하이드록시 발레르산은 바이오매스에서 직접 얻을 수 없고 바이오매스를 산화시킨 뒤 레불린산을 얻어 다시 수소화하는 과정을 거쳐야 하는데, 자연계에서 레불린산을 수소화시키는 효소는 없다.

연구팀은 레불린산과 유사한 구조를 가진 아세토아세트산을 수소화하는 효소의 3차원 분자 구조를 개량해 레불린산을 수소화할 수 있도록 설계했다.

개발한 효소는 기존 루테늄 기반 화학 촉매보다 반응 온도와 에너지 요구량이 적으며, 외부에서 고압의 수소를 공급할 필요 없이 레불린산의 부산물로 얻어지는 개미산을 통해 반응에 필요한 수소를 얻을 수 있다.

바이오 항공유뿐만 아니라 바이오 플라스틱, 바이오 의약품 등으로도 생산이 가능하다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '바이오리소스 테크놀로지'(Bioresource Technology) 이달 호에 실렸다.