해양 고세균이용 바이오수소 생산 실용화 기술 개발〉 강성균 박사를 만나다

깊은 바다 미생물이 미래 에너지를 책임진다?

인류가 당면한 가장 시급한 문제는 고갈되어가는 화석연료에서 지속적인 공급이 가능한 다른 에너지원으로 어떻게 빨리 옮겨가는 가이다. 미래 청정에너지 매개체 중 하나로 촉망받는 수소는 연간 전 세계 약 6,000만 톤 이상, 국내에서만 130만 톤 이상이 산업원료로 소비되고 있는데, 아이러니한 것은 현재 생산량의 96%에 달하는 수소가 화석원료에서 생산되고 있다는 점이다. 바로 이러한 점에 주목하여 신재생 방식의 수소 생산을 위해 꾸준한 연구를 지속해 온 KIOST 해양생명공학센터 강성균 책임연구원은 최근 해양극한 미생물을 생촉매로 이용해 제철소 등에서 부생되는 일산화탄소(CO)를 수소로 전환하는 기술을 개발하는 연구팀을 이끌며 괄목할만한 성과를 거두고 있다.

써모코커스 온누리누스 NA1의 유전체 정보 탐색 도중
수소화효소 7종을 보유한 사실을 밝혀내다

2004년 KIOST 입사이후 연구선 온누리호가 남태평양의 심해 열수구에서 초고온성 해양 고세균 “써모코커스 온누리누스 NA1(Thermococcus onnurinues NA1)”을 발견한 자료를 바탕으로 해수에서 분리한 NA1의 180만 자의 유전 암호를 해석하던 도중 수소 생산의 가능성을 인식하게 된 강성균 책임연구원(이하 강성균 박사). 그는 해양 고세균의 수소생산에 대한 확신과 집념으로 NA1이 수소 생산의 필수효소인 수소화효소를 7종이나 가지고 있음을 밝혀냈는데, 이는 현재까지 알려진 수소 생산 미생물 중 가장 높은 수치라고 한다.

지속적인 생명공학 연구로 수소 생산성 100배 향상된 균주로 개량 및 원천기술 특허 확보

이렇듯 해양극한 유전체 연구와 해양극한 효소 개발 등 다수의 국책과제와 연구 과제를 수행해 온 강성균 박사는 미래부 국가사업 우수평가 유공자 포장(‘14년)과 국가연구개발 우수성과 100선(’11년,’15년)에 선정되기도 했다. 또한 이번 『해양 고세균 이용 바이오수소 생산 실용화 기술 개발』 연구과제의 책임연구자로써 NA1의 독특한 수소 생산 및 에너지 생성 기작을 밝혀 국제학술지인 Nature 지(‘10년) 및 PNAS지(’14년)에 게재하였고, NA1의 바이오수소 생산성 개선에 관한 원천 특허와 프로세스 기술의 특허를 확보했다.

“해양 고세균 NA1에 대한 연구는 기록 경신의 연속이었습니다. 유전체 염기 서열 분석으로 수소화효소 보유수가 현재까지 알려진 미생물 중에 최고치인 것이 밝혀졌고, 이외에도 상식을 깨는 특이한 생명현상을 보이는 NA1에 대한 논문은 Nature지에 게재되기도 했죠. 국제학회에서 발표하면 수차례 토론의 주제가 될 만큼 뜨거운 이슈였던 NA1은 기존에 보고된 수소 생산성 연구들의 수치를 능가하고 아니라 자체 생산성 기록도 계속해서 갱신하고 있는 중입니다.”

- 해양생명공학연구센터 강성균 박사 -

환경오염물질 저감과 신재생에너지 생산, 두 가지 효과 모두 충족하는
세계적 수준의 바이오수소 생산 실증 파일럿 플랜트 구축 완료

신기록 행진을 이어가고 있는 강성균 박사는 그간의 성과에 안주하지 않고 미생물 대사 경로 분석을 통해 NA1 유래의 개량 균주를 다수 개발하여 최초 생산성의 100배 향상된 균주로 만들어냈으며, 개발된 원천기술에 대한 1톤 규모의 파일럿 플랜트를 구축해 산업현장에서 실증연구를 진행하고 있다. 또한 2017년 초에는 세계 최초로 부생가스로 실제 바이오 수소를 생산하는 실증 실험을 성공시키겠다는 야심찬 포부를 가지고 산업체와의 협력을 통해 바이오수소 실용화 기술 개발을 본격화할 계획이다.

“『해양 고세균 이용 바이오수소 생산 실용화 기술 개발』 연구는 독가스인 일산화탄소를 다루기에 방독면 착용이 필수이고, 80도의 높은 온도, 산소가 없는 혐기 상태를 유지하는 등 극한의 실험 조건을 필요로 합니다. 또 실험을 위해 산업부생가스를 구하려고 여러 산업체를 방문하여 부탁하는 것도 쉽지 않았는데, 국내에서 처음 시도되는 실험들과 파일럿 플랜트의 반응기 설계 및 실증 실험에 수고를 마다하지 않고 힘써준 연구원과 동료들이 있었기에 좋은 성과를 얻을 수 있었습니다.”

- 해양생명공학연구센터 강성균 박사 -

해양 미생물을 활용한 연구와 선제적 기술 개발로 에너지 자원 다양화 기여할 것

이제까지의 과정이 연구자의 몫이었다면, 바이오수소 생산의 대량 생산 실용화 기술 개발은 해당 분야를 이끌 수 있는 기업체의 주도하에 진행될 수 있도록 협력 연구를 통해 지원하고자 한다는 강성균 박사는 그의 노력이 국가가 그려가고 있는 청정 기술 사회 실현에 작으나마 도움이 되길 바랄 뿐이라며 미소를 전했다. 극한 환경 속에서도 생존하는 미생물처럼 미지의 분야에 대한 끝없는 탐구를 이어갈 그가 해양 미생물의 잠재적 자원 가치를 널리 알리고 선제적 기술 개발을 촉진해 글로벌 기후변화 대응 및 에너지자원 다양화에 기여할 것을 기대해본다.