바이오인

산업 폐가스를 화학원료로 만드는 효소 개발

 대량의 개미산 생산으로 탄소선순환 산업 구축 이바지 기대

◈ 목차

⑴ 연구의 필요성
⑵ 연구내용
⑶ 연구성과/기대효과
⑷ 연구 이야기 

◈본문

1. 연구의 필요성

○ 다양한 폐가스와 갖가지 촉매 저해인자가 혼합되어 방출되는 산업 부생가스 중의 일산화탄소 (carbon monoxide, CO)는 분리공정에 상당한 비용이 들기에 고순도로 정제하여 다른 용도로 사용하는 것은 경제성이 없으며, 분리정제 없이 활용할 수 있는 기술의 개발이 필요한 상태임.

○ 본 연구팀에서는 정제되지 않은 CO 함유 부생가스를 바로 원료로 사용하여, 산업적으로 유용한 케미컬로 이용될 수 있는 일산화탄소 전환효소 CODH (CO dehydrogenase)를 개발하고 이를 대량의 개미산으로 무한정 생산할 수 있는 개미산 산업기술의 활로를 개척함.

○ 일반적으로 발견되는 자연형 CODH는 반응속도에 있어 완벽에 가까운 효소 (diffusion limited enzyme, 108–109 M-1·s-1)중 하나로 아주 빠르게 물질을 생산할 수 있는 촉매이나 산소에 매우 취약하여 학문적 소재로만 연구되었지만, 이를 인공적으로 분자 재설계하여 산소가 있어도 빠른 속도로 촉매반응을 할 수 있는 산업효소를 개발하여 산업 부생가스에 직접적으로 사용하는 경제성이 매우 우수한 기술로 제안함.

2. 연구내용

○ 자연계에 존재하는 모든 산소민감형 CODH에서 공통적으로 가진 산소전달 핵심부위 (substrate bottleneck)를 발견하여 이들 효소 촉매의 3D 입체구조 결정으로 산소취약성에 대한 메커니즘을 세계 최초로 규명함.

○ 이들 3D 입체구조를 기반으로 분자 재설계된 효소는 선택적으로 산소를 차단하여 안정성이 획기적으로 개선된 상업용 효소로, 전처리되지 않은 실제 제철산업 거의 모든 부생가스 종류에 적용하여 안정적인 CO가스 전환 성능을 확인함.

○ 연구 개발된 산소안정성 CODH는 CO전환뿐만 아니라 CO2 포집(fixation)을 위한 전기화학적 연구분야 및 혐기성 산업 미생물 (예, Lanza tech)의 성능개량 등의 생물촉매 분야 등 다양한 융합 바이오 촉매 원천기술개발로의 응용성도 크게 기대됨.

○ 또한 신개념 CO수화효소 (CO hydratase)로 촉매반응을 확장하여 CO이용 개미산 생산 공정 모델을 제시함. 이는 현재 산업용 저순도 폐가스 CO로부터 개미산 및 바이오폴리머를 경제성 있게 생산하는 기술로 고안되어 최근 현대제철 폐부생가스인 LDG (Linz–Donawitz converter gas) 가스로부터 전처리없이 개미산 고농도, 고생산성이 현장 반응기 운전으로 실증에 성공함.

...................(계속)

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