▲ 미세조류(YSL01, YSL16) 모두 산소 농도가 15%로 일정한 상황에서 이산화탄소 농도가 5%(빨간색 막대)에서 10%(검은색 막대), 15%(파란색 막대)로 높아짐에 따른 수소 발생량(a)과 CO2 농도가 10%로 일정한 경우 O2농도가 5%(빨간색 막대), 10%(검은색 막대), 15%(파란색 막대)로 높아짐에 따른 수소 발생량(b).

국내 연구진이 고농도 산소환경에서 활성을 띠는 수소화효소를 가진 수소생산 녹조류를 찾아내 친환경 수소 생산의 실마리를 얻었다.

미래창조과학부는 전병훈 연세대학교 환경공학과 교수를 비롯한 국내 연구진이 국내 호수나 늪 등 고인 물에서 쉽게 볼 수 있는 광합성 녹조류(blue-green alga)에서 대기조건과 같은 21% 산소 농도의 환경에서도 활성을 띠는 수소화효소를 찾아냈다고 11일 밝혔다. 이번 연구는 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐다.

수소화효소는 수소이온(proton, H+)을 합성해 수소 기체(H₂)를 생산하는 효소다. 그간 알려진 수소생산 미생물의 수소화효소는 대부분 산소 농도 2% 이하일 때만 활성을 띠었는데 미생물이 광합성을 하면서 지속적으로 산소를 만들기 때문에 응용에 한계가 있었다.

이번 연구 결과는 원핵생물인 박테리아를 이용한 유산소 조건의 수소생산 연구 등 친환경적 수소생산 연구가 활발한 가운데 보다 고등한 형태의 진핵생물인 녹조류의 생태학적 중요성을 시사한다.

연구팀은 산소농도를 21%이하로 제어하면 극소량이지만 4일간 지속적으로 수소를 발생시킨다는 사실을 발견했다. 녹조류가 광합성 등을 통해 만드는 산소 농도변화에 따라 이 녹조류가 만드는 수소량의 변화와 수소화효소의 활성 변화를 정밀 관측한 결과다.

발견된 미세조류는 국내에서 쉽게 확보할 수 있는 종으로 생체모방 촉매와 생체모방 태양광 등 다양한 응용에 유리하다. 연구팀은 수소화효소 유전자 규명 등 후속연구를 진행할 계획이다.

이번 연구를 주도한 전병훈 연세대학교 환경공학과 교수는 “극소량이지만 미세조류에서 차세대 연료인 수소를 직접 얻는 기술의 개발과 산소에 내성이 있는 수소화효소의 발견은 수소생산 응용과학에 한걸음 다가가는 계기가 될 것”이라고 밝혔다.

연구결과는 네이처 커뮤니케이션즈지(Nature Communications) 2월 4일자 온라인판에 게재되었다.