이석원 기자
미국 시카고대학 연구팀이 이산화탄소와 물에서 에탄올과 메탄 등 연료를 합성하는 인공 광합성 시스템을 발표했다. 효소를 이용한 새로운 인공 광합성 시스템은 기존보다 10배 효율로 에너지를 생산할 수 있었다고 보고됐다.
인류는 지난 2세기에 걸쳐 화석연료로부터 에너지를 얻어왔지만 이는 지구상 생명이 수억 년에 걸쳐 광합성을 하면서 축적해온 에너지이며 인류 손으로 생산된 에너지가 아니다. 또 자연계 광합성으로 만들어지는 탄수화물은 생물에 있어 중요한 에너지원이지만 자동차나 발전소 에너지원으로는 적합하지 않다.
이런 과제에 대해 연구팀은 많은 이들이 알아차리지 못한 가장 큰 문제는 자연계조차 인간이 사용하는 에너지량을 충당하는 방법이 없다는 것이라며 광합성조차도 힘이 부족하기 때문에 자연계를 넘어선 걸 만들어야 한다고 지적했다.
광합성을 넘는 에너지를 사람 손으로 만들어 내기 위해 연구팀은 먼저 금속 유기 구조체 MOF(metal-organic framework) 개발에 착수했다. MOF는 유기 분자로 결합한 금속 이온으로 이뤄진 화합물로 인공 광합성에 필요한 화학 반응이 일어나는 발판이 되는 소재다.
더구나 연구팀은 지금까지 인공 광합성 시스템에는 없었던 효소 그러니까 아미노산을 MOF에 첨가해 광촉매에 의한 화학 반응을 촉진시키는 실험을 실시했다. 그 결과 아미노산이 이산화탄소 환원 반응과 물 산화 반응을 더 효율적으로 촉진시키는 걸 확인했다고 한다. 연구팀은 이 소재를 유기 금속 골격형 인공 효소 MOZ(metal-organic framework-based artificial enzyme)라고 부른다. 발표에 따르면 MoZ는 기존 인공 광합성 시스템 10배 효율로 메탄을 합성하는 게 가능하다고 한다.
하지만 연료로 사용하기에 충분한 양으로 메탄을 만들려면 추가 연구가 필요하다. 연구팀은 이를 위해선 몇 자리수를 스케일업해야 한다면서 한편 이번 연구에선 지금까지 완전히 해명되지 않았던 인공 광합성 시스템 방법을 분자 수준으로 밝힐 수 있었다며 인공 광합성 공정 이해를 높이는 건 스케일업을 위한 중요 단계라고 강조했다.
또 이번에 개발한 방법은 의약품 등 소량으로도 유용한 물질 생산에 도움이 될 가능성도 있다. 화학물질을 합성하는 기본 과정에는 많은 공통점이 있다. 뛰어난 화학물질을 개발하는 기술은 많은 시스템에서 응용이 가능할 수 있다. 인공 광합성은 에너지 문제 뿐 아니라 의료 물자 부족 등 문제를 해결할 실마리가 될 수도 있다는 견해를 보인 것이다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
정용환 기자
