EU 지원 CaBiS 프로젝트는 합성 효소에 자연적 과정을 응용할 수 있는 가능성을 모색
- 전기로 수소를 생산하는 것은 탄소 배출을 줄이는 데 가장 유망한 접근 방식 중 하나이지만, 대규모 생산은 어려운 것으로 알려져 있음
- 한 가지 문제는 촉매 역할을 하는 희귀 금속이 필요하다는 것에 있음
재생 가능 수소 연료는 수년 동안 궁극의 청정에너지 운반체로 기대를 받아 옴
- 전기를 사용하여 수소를 물에서 분리하면 태양열과 풍력과 같은 재생 에너지에서 간헐적으로 생성되는 에너지를 포집하여 저장하고 쉽게 운반할 수 있음
- 이를 통해 석탄, 석유 또는 가스에 대한 세계의 의존도를 줄이는 동시에 지구 온난화 문제를 해결할 수 있음
- 환경친화적이면서 경제적으로 실행이 가능한 방식으로 대규모 수소 생산을 달성하려면 어떻게 해야 할 것인가라는 질문에 답하는 것은 지속 가능하고 기후 중립적인 경제라는 EU의 목표를 달성하는 데 필수적
스웨덴 Uppsala 대학교에서 CaBiS 프로젝트 코디네이터인 Gustav Berggren은 혁신적인 솔루션을 개발하고 있음
- 백금과 이리듐과 같이 전기 분해에 사용되는 촉매에 필요한 희귀 금속을 자연 생물학적 과정과 합성 화학을 혼합한 대체 방법으로 대신하는 것
- 이 접근법의 핵심은 반합성(semi-synthetic) 금속 효소로, 살아있는 세포에서 수소가 생성되는 작용을 복제
- 이 분야는 최근 Frances Arnold에게 유도 진화를 사용하여 효소를 설계한 공로로 2018년 노벨 화학상을 수여하면서 더욱 발전
- "우리는 합성 화학 도구를 사용하여 효소 제조를 간소화하고, '유기 금속 돌연변이체'라고 부르는 이 효소의 변형된 버전을 생성한다." (Berggren)
- 이 방법론은 종종 처음부터 수소 처리 효소를 만드는 다른 시도와 대조됨
Berggren의 팀은 박테리아의 세포질에 기능성 인공 금속 효소를 통합할 수 있었음
- 이것은 살아있는 세포 내에서 기능하는 인공 효소의 보기 드문 예로, 이러한 발전은 연구 속도를 가속화하고 광생물학적 수소 생산 시스템 탐색을 위한 새로운 길을 열었음
- "고전적인 생물학적 방법에 비해 훨씬 더 빠른 속도로 이 작업을 수행할 수 있다."(Berggren)
- 이러한 능력은 수소 대사에 대한 이해를 향상시켰을 뿐만 아니라 다양한 유기체에서 새로운 수소 효소를 발견하는 데 기여
이 연구 결과는 광생물학적 수소 생산, 즉 광합성 박테리아를 사용하여 햇빛에서 수소 생산을 최적화하는 방법을 열어주었음
- "우리는 이 강력한 도구를 사용하여 수소 분해 효소를 포함하는 세포에서 수소 생산 효율을 최적화하고 있으며, 효소 촉매 자체와 세포 전자 흐름에서의 통합을 최적화하는 데 중점을 두고 있다." (Berggren)
- 그러나 이 작업의 의미는 재생 가능 연료에만 국한되지 않음. 수소효소 기술 분야에서 이 팀의 획기적인 발전은 의학을 포함한 다양한 분야에 잠재적으로 적용될 수 있음
- 예를 들어, CaBiS에서 개발된 방법론은 현재 인간 장에서 수소 대사를 연구하는 데 적용되고 있음
- Berggren은 잠재적 영향을 강조, "이 맥락에서 가스 대사에 대한 이해가 향상되면 생명 과학에 상당한 영향을 미칠 것으로 예상되며, 잠재적으로 신약 및 의학적 치료법을 설계할 수 있을 것이다.“
이러한 유망한 개발에도 불구하고 Berggren은 이러한 획기적인 기술을 실용적인 응용 분야로 전환하려면 추가 연구와 최적화가 필요하다는 것을 인정
- "이러한 기술이 도약하기 위해서는 높은 안전성과 효율적인 광 포획을 위한 생물 반응기 설계와 생산되는 수소 가스의 효율적인 다운스트림 수확 및 처리를 최적화해야 한다." (Berggren)
- 유럽연구위원회(ERC)에서 자금을 지원한 CaBiS 프로젝트는 지속 가능한 수소 생산을 위한 탐구에서 의심할 여지 없이 중요한 진전을 나타냄
- Berggren과 그의 팀은 최첨단 합성 화학과 자연적으로 발생하는 생물학적 시스템을 결합하여 미래 혁신을 위한 강력한 플랫폼을 만들었으며, 현재도 이를 계속 개선하고 있음
CaBiS 프로젝트
- 기간 : 2017.02.01.∼01.31.
- 예산 : 약 1,494,880.00 유로 (EU 100% 지원)
- 총괄 : UPPSALA UNIVERSITET (스웨덴)
SOURCE : EU R&I Success Stories
