▲ 전병훈 교수

연세대학교 원주캠퍼스 환경공학과 전병훈 교수팀이 '산소내성 자가 수소 생산기용 미세조류'를 발견해 화제가 됐다. 그동안 산소가 없는 조건 즉, 혐기성 조건에서 수소를 생산하는 미세조류는 있었지만 대기와 유사한 정도의 산소가 존재하는 일반적인 환경에서 수소를 생산하는 미세조류는 발견된 적이 없었다.

이번 연구를 통해 전 교수팀은 우리나라 담수 즉 일반적인 산소환경에서도 활성을 띠는 수소화효소를 지닌 수소생산 미세조류를 발견한 것. 기존 미세조류가 지닌 수소화효소는 산소농도에 민감해 2%이하의 산소농도 조건에서만 수소를 합성했다.

일반적인 산소환경에서 광합성 미세조류를 이용한 수소생산은 어려운 실정이었다. 하지만 연구팀은 국내 호소수(湖沼水)에서 쉽게 볼 수 있는 광합성 미세조류에서 대기조건(산소농도 21%)과 비슷한 고농도의 산소환경에서 활성을 띠는 수소화효소를 규명했다.

▲ 황재훈 박사

이어 다양한 산소조건(산소농도 5~21%)에서 가스크로마토그래피 분석을 통해 미세조류로부터 수소발생 여부를 확인했다. 이번에 발견한 미세조류에서 수소를 얻는 메커니즘의 규명을 통해 전 교수는 "극소량이지만 미세조류로부터 차세대 연료인 수소를 직접 얻는 기술개발과 산소에 내성이 있는 수소화효소의 발견은 수소 생산 응용과학에 한걸음 다가가는 계기가 될 것"이라고 밝혔다.

학계에서는 이 미세조류에서 생물학적 수소생산방법을 통해 생산한 수소를 공학적으로 응용할 수 있다는 점에서 큰 기대를 걸고 있다. 전 교수는 "생체모방 촉매 및 태양광 두 가지 분야에 원천기술로 접목할 수 있을 것으로 생각된다."고 밝혔다. 특히 이번에 발견된 미세조류는 원주캠퍼스 매지호수에서 분리배양된 것으로 국내 호소수(湖沼水)에서 쉽게 확보할 수 있어 응용에 유리한 점이 장점이다.

이번 연구는 그동안 전 교수가 비산유국인 우리나라의 에너지 안보에 관심을 갖고 수소생산기술에 대해 연구하게 됐으며, 바이오 에너지 연료생산에 적합한 바이오매스를 연구하던 중 광합성 미생물 메커니즘에서 수소를 생산할 수 있는 가능성을 확인하고 본격적인 연구를 시작했다.

한편 현재 수소화효소의 잠재성에 비해 관련 연구가 미흡한 실정으로 실용화를 위해서는 산소 내성과 산소 조건하에 활성도가 탁월한 수소화효소를 찾아 바이오수소를 대량생산할 수 있는 연구가 진행돼야 하며 다년간의 실증연구와 대규모 연구가 이뤄져야 할 것으로 내다보고 있다.

전 교수가 주도하고 같은 과 황재훈 박사 등이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 세계적 권위의 네이처 커뮤니케이션즈지(Nature Communications) 2월 4일자 온라인 판에 게재됐다.

▷수소화효소: Hydrogenase, H2ase로 명명되며 미생물의 광합성 작용시 발생되는 proton(H+)을 합성해 수소를 생산하는 효소. ▷호소수: 내륙의 와지에 있는 정수괴를 총칭하는 말로 호수, 늪, 소택, 습원 등에 고인 물. ▷생체모방촉매: 반응과정에서 소모되지 않고 반응속도를 변화시키는 생화학적 작용을 모방한 물질. ▷생체모방태양광: 태양에너지를 전기에너지로 변환하는 생화학적 작용을 모방한 물질