광합성만으로 '수소'를 생성하는데 성공! 유해 물질을 배출하지 않는 미래 에너지 실현에 가까워질까?

 

Credit:Prof Xin Huang, Harbin Institute of Technology

일반적으로 녹조류 세포는 빛을 받으면 이산화탄소 를 소모하여 산소를 만들어내는 광합성을 합니다.

그런데 영국 브리스틀대학과 중국 하얼빈공업대학 국제연구팀은 지난 11월 25일 오픈액세스저널 'Nature Communications'에서 발표한 논문에서

공기 중 햇빛에 노출되면 산소 대신 수소를 생성 하는 미생물 생성에 성공했다고 보고했습니다.

이는 차세대 에너지원으로서 많은 가능성을 내포 한 발견입니다.

미래 에너지로서의 수소의 가능성과 문제점

Credit:depositphotos

수소는 환경을 오염시키는 요인이 적고 기후에 대해서도 중립적인 연료로 여겨지고 있습니다.

따라서 연료 전지 등을 비롯한 미래의 에너지원 으로 주목받고 있는 원소입니다.

하지만 수소는 지구상에 순수한 그대로 존재하지는 않습니다.

다른 원소와 결합되어 있기 때문에 수소를 이용 하기 위해서는 일정한 양을 인공적으로 생성해야 합니다.

Credit:Wikipedia

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이과 수업에서 염산과 아연에서 수소를 만든다는 실험을 한 기억이 있을텐데, 이 방법으로 많은 양의 수소를 만들려면 많은 비용이 들고 현실적이지 않습니다.

그 때문에 현재로서는 저비용으로 대량의 수소를 제조 하게 된다면 천연가스나 석유로부터 만드는 방법이 주류를 이룰것입니다.

그러나 이 방법에서는 화석연료가 소비되어 이산화탄소 가 발생합니다.

또한 에너지 효율도 좋다고는 말할 수 없습니다.

물론,연료전지로 수소와 산소를 소비해서 물만 배출해서 전기를 만드는 기술의 존재를 알고 이미 청정한 에너지 가 있잖아 왜 더사용하지 않나라고 생각하는 사람도 있을 수 있습니다.

하지만 결국 수소를 깨끗하고 저렴하면서도 대량 으로 준비할 수있는 방법이 없다는 것이 걸림돌이 되고 있는 것입니다.

광합성으로 수소를 만드는 미생물

Credit:Zhijun Xu et al.,Nature Communications (2020)

그래서 등장한 것이 이번 연구입니다.

이 연구는 보통 산소를 생성하는 식물의 광합성 만으로 수소를 생성시키는데 성공했다고 합니다.

연구팀은 한 방울의 물속에 삼투압 압축을 통해 1만개 에 가까운 클로렐라 조류 세포를 집어 넣었 습니다.

물방울에 가득 갇힌 조류 세포는 산소 농도가 저하됨으로써 일반적인 광합성 회로를 빼앗겨 수소를 생성하는 하이드로게나아제라고 불리는 특수한 효소를 활성화 시킬 수 있습니다.

이렇게 하여 연구팀은 1 밀리리터의 물방울 안에 수소를 생성하는 25만의 세포를 압축해서 밀어넣은 미생물 반응기(마이크로 리액터)를 생성했습니다.

또한 팀은 이 살아있는 미생물 반응기를 박테리아 의 얇은 막으로 코팅 했습니다.

박테리아의 막은 물방울의 산소를 제거하기 때문에 하이드로게나제를 활성화하는 조류세포의 수가 더욱 증가하여 수소의 발생수준을 높이는 데 성공 한 것입니다.

이 연구는 초기 단계이지만 이번에 제안된 방법은 미생물을 사용하여 청정하게 에너지를 개발할 수 있을 가능성을 보여줍니다.

연구팀의 한 사람인 하얼빈 공업대학의 황 교수는

방법론은 매우 간단합니다.

살아있는 세포의 생존율을 해치지 않으면서 이 방법은 확장해 나갈 수 있을 것입니다.

또 다른 분야에도 응용할 수 있는 유연성이 있으며 이 마이크로반응기를 이용해 에탄올을 제조할 수도 있습니다라고 이야기를 하고 있습니다.

가까운 장래에 완전히 깨끗한 방법으로 에너지를 만들 수 있게 될지도 모르겠네요.

원문기사 아래링크를 참고하세요.

Photosynthetic hydrogen production by droplet-based microbial micro-reactors under aerobic conditions

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