고농도 이산화탄소에서 안정적으로 자라는 미세조류 개발

다음은 대한민국 정부 부처에서 발표한 보도자료 '고농도 이산화탄소에서 안정적으로 자라는 미세조류 개발'에 대한 상세하고 포괄적인 요약입니다.

1. 핵심 요약

환경부 산하 국립낙동강생물자원관은 2025년 7월 23일, 산업 현장에서 배출되는 고농도 이산화탄소를 효과적으로 흡수할 수 있는 미세조류 생물소재 개발에 성공했다고 발표했습니다. 2024년부터 추진된 '고농도 이산화탄소 내성 미세조류 개량화 연구'의 성과로, 대기 중 농도(0.04%)의 약 750배에 달하는 30% 수준의 고농도 이산화탄소 환경에서도 안정적으로 생장하며, 탄소고정량이 개량 전보다 약 1.8배 향상된 '클로렐라 소로키니아나(Chlorella sorokiniana) KGH2-7' 개량종을 개발했습니다. 이 기술은 생물 기반의 탄소저감 기술로서 탄소중립 실현에 중요한 기여를 할 것으로 기대됩니다.

2. 주요 내용

• 고농도 이산화탄소 내성 미세조류 개발 성공: 국립낙동강생물자원관은 산업 현장에서 배출되는 고농도의 이산화탄소를 활용하여 안정적으로 자랄 수 있는 미세조류 생물소재 개발에 성공했습니다. 이는 기존 미세조류가 고농도 이산화탄소 환경에서 성장이 억제되는 한계를 극복한 것으로, 탄소중립 실현을 위한 핵심 생물소재로 주목받고 있습니다.
• 획기적인 이산화탄소 내성 확보: 개발된 미세조류는 '클로렐라 소로키니아나(Chlorella sorokiniana) KGH2-7'의 개량종으로, 대기 중 이산화탄소 농도(약 0.04%)보다 약 750배 높은 30% 수준의 고농도 이산화탄소 환경에서도 생장이 억제되지 않고 정상적으로 세포가 분열하며 활발히 성장하는 것이 확인되었습니다. 이는 대부분의 미세조류가 10%를 넘는 이산화탄소 환경에서 성장이 어려운 점을 감안할 때 매우 중요한 성과입니다.
• 탄소고정량 약 1.8배 향상: 개량종 미세조류는 개량 전 야생종과 비교했을 때, 고농도 이산화탄소 환경에서 일일 이산화탄소 고정량이 약 1.8배 향상된 결과를 보였습니다. 이는 산업체에서 배출되는 대량의 이산화탄소를 생물학적 탄소포집(생물의 광합성 등을 이용해 이산화탄소를 흡수하고 저장하는 방식) 방식으로 더욱 효율적으로 흡수하고 저장할 수 있음을 의미합니다.
• 적응진화 기법 활용 연구: 본 연구는 2024년부터 추진된 '고농도 이산화탄소 내성 미세조류 개량화 연구'의 일환으로 진행되었습니다. 연구진은 극한 환경에서 살아남는 야생종 미세조류를 발굴한 후, '적응진화 기법'(미생물이 특정 환경에 장기간 노출되어 적응하며 진화하는 특성을 이용해 원하는 형질을 갖도록 개량하는 방법)을 통해 이산화탄소 내성을 크게 개선했습니다.
• 높은 실용적 가치 및 탄소저감 기술로의 기대: 고농도 이산화탄소 환경에서도 잘 자라는 이 미세조류는 산업체에서 직접 배출되는 이산화탄소를 흡수하여 생물 기반의 탄소저감 기술로 이어질 수 있어 높은 실용적 가치를 가집니다. 이는 철강, 석유화학, 발전소 등 이산화탄소 다량 배출 산업의 환경 문제 해결에 기여할 잠재력을 가지고 있습니다.
• 연구 책임자의 비전 제시: 국립낙동강생물자원관 김의진 생물자원연구실장은 이번 개량종 개발이 생물소재 기반의 탄소중립 실현을 위한 중요한 첫걸음임을 강조하며, 앞으로도 산업 현장에서의 실용화를 목표로 기술 개발에 매진할 것이라고 밝혔습니다.

3. 배경 및 목적

전 세계적으로 기후변화의 심각성이 대두되면서, 이산화탄소와 같은 온실가스 배출을 줄여 기후변화를 완화하는 전략인 '탄소중립' 실현이 국가적, 전 지구적 과제로 부상하고 있습니다. 특히 산업 현장에서 배출되는 다량의 고농도 이산화탄소는 주요 온실가스 배출원으로 지목되고 있으며, 이를 효과적으로 저감하는 기술 개발이 시급한 상황입니다.

미세조류는 광합성을 통해 이산화탄소를 흡수하고 산소를 만들어내는 미생물로, 식물보다 뛰어난 이산화탄소 흡수 능력을 지녀 탄소중립 실현을 위한 핵심 생물소재로 주목받아 왔습니다. 산업 현장의 배출가스에 포함된 고농도 이산화탄소를 미세조류에 직접 공급하여 흡수시키는 기술은 많은 관심을 받고 있지만, 기존의 일반적인 미세조류는 대기 중 이산화탄소 농도(약 0.04%)보다 수백 배 높은 산업 현장의 고농도 이산화탄소(10~40% 이상) 환경에서 성장이 억제되는 근본적인 문제가 있었습니다. 이러한 한계를 극복하고 산업 현장에 실질적으로 적용 가능한 생물 기반 탄소저감 기술을 확보하는 것이 본 연구의 핵심적인 배경이자 목적입니다. 궁극적으로는 고농도 이산화탄소 환경에서도 안정적으로 생장하며 탄소 흡수 효율이 뛰어난 미세조류를 개발하여, 기후변화 대응 및 지속 가능한 사회 구축에 기여하고자 합니다.

4. 세부 추진 내용

국립낙동강생물자원관은 이러한 문제 해결을 위해 2024년부터 '고농도 이산화탄소 내성 미세조류 개량화 연구'를 체계적으로 추진해왔습니다. 연구는 크게 세 가지 단계로 진행되었습니다.

첫째, 극한 환경에서 환경 저항성이 높은 야생종 미세조류를 발굴했습니다. 오염된 하천, 탄산을 함유한 우물, 폐광 갱내수 등 일반적인 생물이 살기 어려운 극한 환경에서 탐사를 수행하여 미세조류를 채취했습니다. 연구실에서 채취한 미세조류를 순수하게 분리한 뒤, 유전자 분석(18s rRNA 유전자 분석)을 통해 총 30종의 미세조류를 동정(생물의 종류를 밝히는 작업)했습니다.

둘째, 개량을 위한 최적의 야생종 미세조류를 선정했습니다. 확보한 30종의 미세조류를 대상으로 실험실에서 다양한 온도와 빛의 세기(광도) 조건에서 성장 테스트를 실시했습니다. 그 결과, 다양한 배양 조건에서도 안정적으로 자라는 '클로렐라 소로키니아나 KGH2-7'을 고농도 이산화탄소 내성 개량 연구의 대상으로 최종 선정했습니다.

셋째, 이산화탄소 내성을 높이기 위한 '적응진화 기법'을 적용하여 미세조류를 개량했습니다. 선정된 '클로렐라 소로키니아나 KGH2-7'에 약 35% 수준의 합성 이산화탄소 가스를 점진적으로 공급하며, 고농도 이산화탄소 환경에서 생존력이 높은 개체를 선별하는 적응진화 과정을 반복했습니다. 각 단계에서 성장이 우수한 배양체만을 선별하여 다음 세대로 대를 이어 배양하는 전략을 통해, 최종적으로 이산화탄소 내성이 가장 뛰어난 단일 개량종 미세조류를 확보했습니다. 이후 선별된 개량종 미세조류들을 반복 실험하여 이산화탄소 내성이 실제로 개선되었는지, 그리고 고농도 이산화탄소 공급 조건(35±5% CO2)에서 개량 전 야생종과 비교하여 얼마나 활발히 성장하는지, 일일 이산화탄소 고정량은 얼마나 향상되었는지 등을 정밀하게 분석하고 검증했습니다.

5. 기대 효과

이번 고농도 이산화탄소 내성 미세조류 개발은 환경적, 기술적, 경제적으로 매우 큰 파급 효과를 가져올 것으로 기대됩니다. 환경적으로는 산업 현장에서 대량으로 배출되는 이산화탄소를 효과적으로 흡수하여 대기 중 온실가스 농도를 낮추고, 궁극적으로는 기후변화 완화 및 국가 탄소중립 목표 달성에 크게 기여할 것입니다. 이는 이산화탄소 다량 배출 산업체(예: 철강, 석유화학, 발전소 등)의 환경 규제 준수를 돕고, 친환경적인 생산 공정으로의 전환을 촉진할 수 있습니다. 기술적으로는 생물 기반의 혁신적인 탄소 포집 및 활용(CCU) 기술 상용화의 가능성을 열어, 기존의 물리화학적 포집 방식의 한계를 보완하고 더욱 지속 가능한 대안을 제시할 것입니다. 경제적으로는 새로운 생물소재 기반의 탄소저감 산업 생태계를 조성하고, 관련 기술 수출 및 일자리 창출에도 기여할 잠재력을 가지고 있습니다. 궁극적으로는 깨끗한 환경을 조성하여 모든 국민의 삶의 질을 향상시키는 데 이바지할 것으로 기대됩니다.

6. 향후 계획

국립낙동강생물자원관은 이번에 개발된 고농도 이산화탄소 내성 미세조류를 산업 현장에 실제로 적용할 수 있도록 기술 개발을 지속적으로 이어갈 계획입니다. 현재 산업체와의 실증 및 기술 적용을 위한 협의를 진행 중이며, 실제 산업 현장에서의 대규모 적용 가능성을 검증하고 최적화하는 데 집중할 예정입니다. 다만, 미세조류 기반 탄소 포집 기술의 상용화를 위해서는 초기 설비 투자와 경제성 문제, 그리고 기술 효율에 대한 추가적인 검증이 필요한 상황입니다. 따라서 연구진은 이러한 장벽을 극복하기 위한 추가 연구와 기술 보완에 매진할 것이며, 궁극적으로 생물소재 기반의 탄소중립 실현을 위한 실용화를 목표로 후속 연구 및 연계 사업을 적극적으로 추진해 나갈 것입니다.