수소 질산염 이용 암모니아 생산 박테리아 분리 성공
탄소배출저감 및 수계 녹조현상 방지 기술 활용 기대
[환경데일리 김영민 기자]다시한번 생물자원에서 에너지원 생산이 가능하고 한발 더 나아가 친환경적인 비료까지도 생산할 수 있는 가능이 재확인됐다.
국립생물자원관은 수소(H2) 기체와 물속의 질산염(NO3)을 이용해 암모니아(NH4)를 만들 수 있는 박테리아 2종을 최근 분리 배양하는 데 성공했다고 밝혔다.
이번 연구 성과를 위해 국립생물자원관을 비롯해 한국과학기술원(한국연구재단 기초연구실) 윤석환 교수진과 공동으로 올해 초부터 물속의 질산염을 제거할 수 있는 생물자원을 찾던 중 대전시의 하수처리장에서 질산염을
암모니아로 전환하는 박테리아 2종을 확보했다.
이들 박테리아 2종은 '아크로박터 속'과 '설푸로스피릴룸 속'으로 수소 기체를 이용해 물속의 질산염을 암모니아로 전환하는 능력을 갖춘 것으로 나타났다.
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| ▲암모니아를 생산하는 박테리아 2종 분리배양 |
연구진은 이번에 분리한 박테리아 종이 국내외 최초로 자연환경 조건에서 별도의 유기물을 공급하지 않아도 수소 기체로 호흡(혐기성 미생물)해 질산염을 암모늄이온(NH4+)으로 전환할 수 있는 것으로 확인했다.
박테리아를 이용해 초소량의 수소로 질산염을 제거하면서 암모니아를 만들어내 질소비료를 지속적으로 생산할 수 있다.
과거 전기촉매 방식이나 미생물을 이용해 질산염을 암모니아로 변환해 질소비료를 생산하는 방법들이 시도됐으나 복잡한 반응 조건(극산성, 고질산염 등) 별도의 유기물을 지속적으로 공급해야 하는 문제 등으로 현장에서 활용하기 어려웠다.
연구진은 이번 박테리아 2종이 기존 질소비료를 대체하기 위한 원천 소재로 활용될 수 있다고 보고 관련 특허출원도 앞두고 있다.
이번 연구는 태양광 등 재생에너지로 생산된 수소(그린수소)와 박테리아를 이용해 물속의 질산염을 제거하면서 질소비료를 생산할수 있다는 가능성을 제시했다. 이는 탄소배출저감 및 수계 부영양화 방지에 도움을 주며 자연계에서 활용성이 높은 기술을 찾았다는 의의가 있다.
국립생물자원관은 화학적 산업공정으로 생산된 질소비료와 박테리아에 의해 생산된 질소비료의 차이점을 다음과 같이 설명했다.
화학적 산업공정(하버 보슈) 공정에 따른 암모니아를 기반으로 생산된 질소비료는 생산과정에서 온실가스가 배출되고 수계에 침출되면 질산화반응을 통해 질산염으로 전환돼 하천이나 호소에서 녹조 현상이 나타날 수 있다.
하지만 수소와 질산염을 이용해 암모니아를 생산하는 박테리아는 태양광 재생에너지가 생산하는 초소량의 그린수소로 물속의 질산염을 암모니아로 전환해 질소비료를 생산할 수 있다. 생산 과정에서 기존 질소비료에 비해 탄소 배출을 줄일 수 있고 수계 녹조현상을 최소화할 수 있다.
이병희 국립생물자원관 유용자원분석과장은 "우리나라 생물자원이 가지고 있는 유용한 가치를 탐색 확보된 생물자원이 저탄소 녹색기술 개발에 활용될 수 있도록 연구에 박차를 가하겠다."고 밝혔다.
