바이오수소가 차세대 청정에너지로 부각되고 있는 가운데 국토해양부(장관 정종환)는 수중 1,650m 태평양 심해열수구의 고온(섭씨 70～90도)에서 서식하는 고세균(써모코커스 온누리누스, Thermococcus onnurineus NA1)^*1이 수소를 생산하는 대사작용을 규명하고 세계 최고의 과학기술전문지인 『네이처(Nature)』에 9. 16일자로 게재한다고 밝혔다. 이 논문은 네이처가 ‘주목할 만한 연구성과’로 선정해 더욱 관심을 모으고 있다.

 이번 연구결과는 단일 미생물이 개미산(formate)^*2을 먹이로 이용하여 수소를 생성하는 동시에 생체에너지(ATP)를 만들어 증식하는 것이 가능하다는 사실을 세계 최초로 규명한 것이다.

이는 열역학적으로 이러한 생명현상이 불가능하다고 여겨졌던 것을 반증하는 것으로^*3, 향후 고온, 고압 및 산소가 없는 극한 환경에 생존하는 생물의 특이현상을 규명하고 산업적으로 활용하는 연구에 획기적으로 기여할 것으로 기대된다.

 동 연구는 국토해양부 해양생명공학기술개발사업의 지원을 통하여 한국해양연구원(원장 강정극) 강성균, 이현숙, 김윤재, 이정현, 김은숙 박사, 배승섭 연구원 등 10여명의 해양바이오 연구센터 연구팀의 9년여에 걸친 노력의 결실로서 우리나라의 해양과학기술의 국제적 위상을 크게 높이게 되었다.

 특히, 우리나라의 종합연구선인 온누리호를 이용하여 남태평양 파푸아뉴기니 해역 심해 열수구^*4 탐사를 통해 NA1을  채집하고, 국토해양부 ‘해양·극한생물분자유전체연구단’^*5에 의해 배양 및 유전체 분석^*6이 이루어지는 등 원천생물자원 확보에서부터 핵심연구 결과까지 모두 국내 자체기술에 의한 것이어서 그 의의가 더욱 크다.

 또한, 고세균 NA1은 다른 미생물의 2배 이상인 8개의 수소화 효소군을 보유하여 수소생산 효율이 매우 높으며, 개미산 외에 일산화탄소를 먹이로 하기 때문에, NA1을 이용하여 수소를 생산할 경우 일산화탄소를 배출하는 기업의 획기적인 일산화탄소 저감방안이 되어 환경문제 해결에도 기여할 것이다.

 국토해양부는 2009년에 착수한 바이오수소생산기술개발사업^*7에 이를 적용하여 친환경에너지인 바이오수소 생산의 효율성을 높이고 2012년까지는 100리터 규모의 실증생산이 가능할 것으로 기대하고 있다. 

*1 63-90℃의 고온에서 성장이 가능한 고세균(archaea)의 일종으로 심해 1650m 깊이 열수구 근처에서 채취되었다.

*2 개미산은 가장 단순한 카복실산으로 처음 개미(Formica)로부터 증류하여 얻어 그 이름이 유래하게 되었다. 미생물의 탄수화물대사의 최종산물 중 하나로 다량 축적된다.

*3 [HCOO-(개미산) + H2O (물) →  HCO3- (중탄산염) + H2 (수소)] 반응은 상온, 상압 조건에서 에너지를 요구하는 반응이다. 이는 반응물과 산물의 에너지 상태차이를 나타내는 깁스 자유에너지 변화량, ΔG° = +1.3 kJ/mol이 0보다 큰 값이기 때문이다.

*4 열수구는 심해저의 화산활동 결과 튀어 올라온 바닥의 갈라진 틈으로부터 내부의 마그마에 의해 뜨거워진 바닷물이 분출되는 곳을 의미하며 2002년 '대양연구사업'을 통해 열수구 시료 채집에 성공하였다.

*5 2004년 시작된 ‘해양·극한분자유전체연구단사업’은 해양·극한 생물자원의 확보 및 관리를 통한 연구기반 구축, 유전체 해석을 통한 유용 유전자 대량 발굴, 해양극한생물자원 유래 원천 자원 및 핵심 기술 개발, 해양·극한 생명현상 규명, 해양바이오의약·바이오에너지·환경소재개발을 통하여 2013년 해양바이오R&D 세계 8위권 경쟁력 확보라는 비젼을 이루고자 하는 국토해양부 지원 사업이다.

*6 유전체 해독 및 분석 결과는 2008년 11월 국제권위지인 Journal of Bacteriology에 게재하였다.

*7 1단계사업(‘09～‘11)에서 수소생산 메커니즘을 규명하는 원천핵심기술 확보, 2단계(‘12～‘14)에서는 실용화기술 개발, 3단계(‘15～‘18)부터는 민간 주도로 산업화하기 위한 기술이전을 수행한다.