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ㅣ데일리포스트=김정은 기자ㅣ미국 시카고대 연구팀이 이산화탄소와 물에서 에탄올과 메탄 등의 연료를 합성하는 인공 광합성 시스템을 발표했다. 

연구팀은 효소를 이용한 새로운 인공 광합성 시스템이 기존의 10배 효율로 에너지를 생성할 수 있다는 연구결과를 화학·화공분야 국제학술지 '네이처 카탈리시스(Nature Catalysis)'에 발표했다. 

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인류는 지난 2세기 동안 화석연료에서 에너지를 얻어왔다. 하지만 이는 지구상의 생명이 수억 년에 걸쳐 광합성을 하며 쌓인 에너지로 인류가 직접 생산한 에너지가 아니다. 또 자연계 광합성으로 생성되는 탄수화물은 생물에게 중요한 에너지원이지만 자동차나 발전소 에너지원으로는 적합하지 않다.

웬빈 린(Wenbin Lin) 시카고대 박사는 "많은 사람이 깨닫지 못하는 가장 큰 문제는 자연에서도 인간이 사용하는 에너지량을 충당할 방법이 없다는 것이다. 광합성조차 역부족이기 때문에 우리는 자연계를 넘어선 것을 만들어야 한다"고 지적했다. 

광합성을 뛰어넘는 에너지를 인류의 손으로 만들어내기 위해 시카고대 연구팀은 우선 금속 유기 구조체(metal-organic framework:MOF) 개발에 착수했다. MOF란 유기분자로 결합한 금속이온으로 구성된 화합물로, 인공광합성에 필요한 화학반응을 일으키는 기본이 된다. 

이와 함께 연구팀은 기존 인공 광합성 시스템에는 없었던 효소, 즉 아미노산을 MOF에 더해 광촉매 기반의 화학반응 촉진 실험을 진행했다. 그 결과, 아미노산이 이산화탄소 환원 반응과 물 산화 반응을 보다 효율적으로 촉진시키는 것으로 나타났다.

연구팀은 이를 'MOZ(metal-organic framework-based artificial enzyme)'라고 명명했다. 연구팀에 따르면 MOZ는 기존 인공광합성 시스템의 10배 효율로 메탄을 합성할 수 있다. 

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하지만 연료로 사용하기에 충분한 양의 메탄 생성을 위해서는 추가 연구가 필요하다. 린 박사는 "이번 연구를 통해 지금까지 완전히 규명되지 못한 인공 광합성 시스템의 구조를 분자 수준에서 규명할 수 있었다. 인공광합성 과정의 이해를 높이는 것은 스케일업을 위한 중요한 단계"라고 언급했다. 

연구팀이 공개한 방법은 의약품 등 소량으로도 유용한 물질 생산에 도움이 될 수 있다. 린 박사는 "화학물질 합성의 기본적 과정에는 많은 공통점이 존재한다. 뛰어난 화학물질을 개발하는 기술은 다양한 시스템에 응용이 가능하다"며 "인공 광합성이 에너지 문제뿐만 아니라 의료물자 부족 등을 해결하는 단초가 되기를 기대한다"고 말했다.  

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