지오박터 벤젠, 우라늄 등 유해물질 생분해력 월등
김영훈 회장 "에너지 산업분야 혁신, 곧 혁명"밝혀
바이오산업, 미생물서 에너지로 화학물질 전환 관건
유기성 물질 미생물 활용 지속가능 전기 생산 가능
똑똑한 미생물 숙주 선택 따라 최종 생산품 달라져
글리세롤 미세조류 친환경적 에너지문제 해결 가능
"정부 규제로 폭넓은 연구 이뤄지지 않았다" 호소

대성그룹, 미생물 석학과 미래 에너지원 발굴 성큼

김영민 기자 | news@ecoday.kr | 입력 2019-06-20 18:30:24
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▲대성그룹 김영훈 회장이 주최한 대성해강미생물포럼(Daesung HAEGANG Microbes Forum'에서 미래 먹거리 환경 및 에너지산업의 지향점을 살펴보는데 중요한 때가 오고 있다고 과감한 투자의 필요성을 강조했다. 

[환경데일리 김영민 기자]대성그룹이 주최한 대성해강미생물포럼(Daesung HAEGANG Microbes Forum'에서 미래 먹거리 환경 및 에너지산업의 지향점을 살펴보는 자리가 마련됐다.

20일 조선호텔 오키드홀에서 열린 포럼에서 오세정 서울대 총장은 축사를 통해 "미생물로 접근하는 미래 산업은 환경, 에너지, 의학, 식품 등 새로운 창조에 가까운 프로젝트다."며 "다양한 미지의 미생물을 통한 바이오 에너지화하는, 새로운 녹색에너지로 인간이 찾고자하는 4차산업혁명시대와 융복합의 나침반이 될 것"이라고 했다.

김영훈 대성그룹 회장은 인사말을 통해 "해를 거듭할수록 우리가 토론하는 미생물 분야는 지구촌에서 가지고 있는 기후변화, 에너지 고갈 등 여러가지 당면과제를 풀어가는데 부상될 수 밖에 없다."고 말했다.

김 회장은 "피해갈 수 없는 화석연료 고갈을 이겨낼 해법은 화이트 바이오"라며 "고부가가치 산업을 모든 산업에 결합된 기술로 태어날 것"이라고 말했다.

또한 적색, 녹색을 넘어 화이트 바이오분야는 석유화학을 대체할 수 있는 중요한 핵심이다. 굴뚝에 연기없는 청정한 산업이지만, 다만 천문학적인 투자가 뒤따라야 하지만 글로벌 화이트 시장은 7.5% 성장치 전망을 밝히기도 했다.

대성그룹은 3년간 꾸준하게 투자해, 계열사인 대성에코에너지에서 매립지 메탄가스로 1만5000가구에 에너지공급역할을 하고 있다.


이날 미생물 분야 국내외 석학들이 한 자리에 모인 가운데 신재생에너지를 환경적인 차원에서 자유로울 수 없듯이 미생물분야의 잠재력과 지속가능한 발전에는 산학연이 함께 만들어 가야 한다는데 공감대를 이끌었다.

글로벌 에너지 기업인 대성그룹은 빠르면 10년 내 화이트 바이오(White bio)기술이 일상화될 수 있다고 판단, 국내외 연구 투자에 집중하고 있다.

첫 발제자인 매사추세츠 주립대 데렉 러블리(Derek R. Lovley) 교수는 '미생물의 전기전도성 활용 지속가능한 에너지'라는 주제로 발표했다. 지난 30년간 지오박터(Geo bacter)의 전자전도성 연구 전문가로 미생물 이용한, 전력 생산 방법을 다양한 문제 해결 접근으로 주력했다.

그는 "지오박터는 시토크롬(Cytochrome)이라는 색소단백질을 많이 가진 붉은색의 미생물로 토양 속에 많이 존재하는 산화철(Fe(III)) 이용한 산화환원 반응하는 전기전도성이 뛰어난 미래 에너지원"이라면서 "지오박터는 3 나노미터(nm)에 불과한 나노와이어에서 전기전도성 반응을 확인됐다."고 밝혔다.

러블리 교수는 나노와이어의 높은 전기전도성, 그리고 지오박터의 이산화탄소(CO2)를 이용한 메탄의 생산과 관련한 연구결과를 발표했다. 그는 동료교수와 함께 지오박터의 단백질 나노와이어를 이용한 얇은 필름을 제작, 공기 중의 CO2를 재료로 전기 생산 실험 진행중이다.


러블리 교수는 지오박터는 벤젠, 우라늄 등의 유해물질을 친환경적인 생분해력이 뛰어나고 이러한 생물정화에 관한 연구에 대해서도 언급해 주목을 받았다. 반면 미생물 상업화를 위한 에너지 문제 해결은 아직 어려워 부단한 연구이 필요하다고 덧붙었다.

 
박성훈 교수 울산과학기술원(UNIST) 교수는 특이하게 '3-하이드록시프로피 온산(3-HP)'을 생산하는 미생물 균주 및 공정을 개발한 연구결과를 선보였다. 대성그룹이 지향하는 미생물 개척과 매우 흡사한 로드맵을 오픈했다.

박 교수는 2005년 정부의 소규모 프로젝트 연구는 E.coli, Pseudomoniae sp와 같은 미생물의 유전자 발현을 증폭시켜 3-HP의 생산량 증대 연구에 몰입했다.

그는 "3-HP의 상업화, 나아가 화이트 바이오(에너지, 소재 바이오공학), 미생물 이용 에너지 문제 해결을 위한 연구중"이라면서 "뿐만 아니라 3-HP 생물학적 생산에 필요한 글리세롤(Glycerol)은 미세조류 내에서 합성이 가능하며 재가공이 필요하지 않은 친환경적인 에너지문제 해결방법이 될 수 있다."고 강조했다.

▲미생물로 가는 자동차를 실험실에서 성공한 사례를 공개했다. 

3-HP는 $,300~2500/ton의 비교적 저렴한 생산가로 합성할 수 있는 플라스틱 합성의 기본 재료다. 실생활에 다방면의 도료, 안료, 기저귀와 같은 제품의 생산에 사용된다. 관련 제품들의 세계 시장 규모는 11조원에 달한다.

매사추세츠 공과대학(MIT) 크리스탈라 프래더(Kristala L. J. Prather) 교수는 '미생물 화학 공장'에 대해서 발표했다.그는 미생물 기반 바이오 에너지와 에너지 효율 개선 분야 전문가로 이번 해강포럼에서 상당한 기대감을 갖고 발표자로 나섰다.

프래더 교수는 미생물의 생체 반응을 이용해 다양한 화합물(연료, 화학물질 및 약품 등)을 생산할 수 있는데, 대사공학(Metabolic engineering)의 원리로 다양한 화합물의 생물학적 합성 경로 연구가 진행 중이다.

프래더 교수가 지향하는 화이트 바이오 시장에서 접근 목적을 "'Retro-biosynthetic design'(역생성 설계)이라 하고, 이는 합성생물학 이용해 원하는 물질의 생산량을 높이는데 있다."고 강조했다.


특히 "이스라엘 총리가 된 아세톤 발명자나 페니실린 등과 같은 미생물로부터 얻어지는 유용한 화합물의 상업화를 위한 합성 경로 설계하는데 탐험가의 길을 포기하지 않겠다."고 밝혔다. 바이츠만 총리는 녹말에서 아세톤을 뽑아내 고성능 탄약 원료 생산하는 기술을 찾은 인물이다.

토론에서 박성훈 UNIST교수는 "상용화 할려면 기준이 마련돼야 한다. 독성물질, 고밀도의 다양한 기준들이 있다. 경험을 해봐야 하는데 이거 문제다. 미생물은 우리보다 똑똑한다. 과소평가하게 되면 잘못 선택할 수 있다."고 했다.

또한 "쉬운 물질이지 결코 간단한 문제가 아니다. 제대로된 숙주 선택과 함께 최종 생산품이 무엇이냐에 따라 화장품이나 식품군의 선택도 달라진다."고 했다.

고백도 있었다. 박 교수는 "메탄가스(methane gas), 이산화탄소는 오랫 동안 연구했는데 가스 발효가 매우 어렵다. 어느 정도 소규모는 성과를 보여줄 수 있지만, 대량생산은 어렵다. 이산화탄소를 전환하는데 저렴한 벌크(bulk)단계에서 비용은 높아 빠르게 성장하지 못한 이유지만 꾸준한 연구는 해야 맞다."고 말했다.

이에 대해 프래더 교수는 "동의한다. 과학과 엔지니어링과 결합이 중요하다. 지체되고 시간이 걸리는 건 사실이지만 낙관적이다."고 응수했다.

러블리 교수는 "미생물을 활용한 연료전지의 미래, 상용화되기까지 다른 엔지니어들이 공조가 확장할 수 있고 형질전환 미생물들을 의약, 식품 등 바이오분야에서 다뤄졌는데, 그냥 환경에서 사용한다면 우려될 수 있다."고 고난의 길임을 지적했다.


김영훈 대성그룹 회장은 발제자들에게 "희귀물질인 코발트는 다양하게 사용되지만, 에너지 스토르지에서 안전성, 폐기물 재활용 문제를 안고 있다. 즉 지구의 반은 폐기물로 둘려 쌓여 있다. 따라서 에너지 스토르지를 확보하되, 동면하는 곰처럼, 최소 비용으로 미생물 활용한 화석연료 대체와 지오박테리아를 에너지박테리아 바꿀수 있는지."의 당면과제를 제차 물었다.


패널토론에서 발제자들은 생물학적 미생물은 많은 에너지를 보유하고 있는데 실제로 폐수처리과정에서 혐기성 세균과 함께 바이오폴리머(biopolymer)를 생성하는데 산소가 부족하면 스스로 저장된 에너지 배출 상용화 기술에 집중해야 한다고 했다.

다만 미생물로부터 에너지 저장해 풍력, 태양광발전으로 연결할 수 있지만 미생물에서 에너지를 저장 비용이 관건이다고 했다.

이정욱 포항공과대학 교수는 '태안 기름유출처럼 생태계 파괴됐는데 이를 깨끗하게 복원할 수 있을까.' 되묻으며 "자연의 복구 영역을 이용하는데 지금까지 슈퍼 미생물은 없다."면서 "정부의 규제때문에 폭넓은 연구가 이뤄지지 않았다."고 호소했다.

이 교수는 "정부 규제만 발못을 잡는 것이 아니다. 미생물 DNA 조절로 설탕을 발효되게 하는 것처럼, 간단한 합성해서 인공 조절할 수 있다."며 "또한 전기 스위치처럼 유전자 조절을 생존 스위치 여러개로 사용한다면 우리가 보호해야 할 미생물만 살아남게 해서 디바이스, 장치를 만들수 있고 결국 화이트 바이오의 유용한 기반이 될 수 있다."고 주장했다.

 

마무리에서 조원기 카이스트 박사는 "미생물안에는 엄청한 핵이 있다. 길이는 겨우 2m정도다. 이곳을 타깃으로 하나로 모여서 있는 미생물 핵을 보면 액상이라는 사실을 볼 때, 다양한 물질전환 활용, 환경과 에너지로 쓰이는데 놀라운 신세계를 볼 날이 멀지 않았다."고 말했다.


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