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제목 [한국연구재단] 메탄을 에너지자원으로 전환하는 '자연계 효소 모방 촉매' 개발
  • - 금속유기구조체를 이용한 메탄전환효소 활성화 부위 모방 촉매 구현 -

 

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 이상엽 교수(연세대학교) 연구팀이 메탄을 메탄올로 직접 전환할 수 있는 자연 효소의 활성화 부위를 모방한 금속유기물구조체(Metal-Organic Framework)* 원리를 이용해 단원자 활성 촉매를 개발했다고 밝혔다.

* 금속유기물구조체(MOF, Metal-Organic Framework) : 다공성 고체로 기공 안에 기체를 가두거나 특정 기체만 잡아낼 수 있어 기체 저장장치, 센서, 촉매 재료로 주목받는 차세대 소재. 단위구조를 이루는 금속과 유기물의 조합이 바뀌면 단위구조의 모양이 바뀌거나 화학적 성질이 달라져 새로운 종류의 금속유기물구조체가 된다.

 

□ 메탄은 지구온난화를 일으키는 온실가스의 주성분으로 알려져 있지만, 천연가스의 주성분이기도 해 이를 미래의 연료로 활용하려는 노력이 활발하다.

○ 그러나 메탄을 에너지 자원인 메탄올로 변화시키는 촉매작용을 일으키려면 매우 높은 온도와 압력으로 진행되는 공정이 수반되어야 하기 때문에 많은 에너지와 비용이 필요하다는 한계가 있었다.

 

□ 이에 연구팀은 자연계에서 메탄을 메탄올로 전환시키는 pMMO(particulate Methane MonoOxygenase) 효소의 생물학적 구조를 모방한 촉매 시스템을 개발하면 보다 경제적인 메탄 전환 공정을 개발할 수 있을 것이라는 점에 착안, 효소의 활성화 부위를 모방한 금속유기구조체를 활용해 메탄 전환 효소 모방 촉매를 개발했다.

○ pMMO 효소의 활성화 부위는 히스티딘 아미노산에 구리 이온이 배위된 구조로 이뤄져 있는데, 이 부위에서 메탄올로의 전환 반응이 일어나게 된다.

○ 연구팀은 이 활성화 부위를 모방해 이미다졸 작용기와 금속 이온으로 구성된 제올라이트 형태의 금속유기물구조체를 형성, 이 구조체에 구리 이온을 담지하여 메탄 전환 효소를 모방한 촉매를 제작했다.

 

□ X-ray 분석을 통해 효소의 활성화 부위와 유사한 구조를 가진 단일 구리 원자 활성화 부위가 형성됐음을 확인한 연구팀은 이 부위에서 발현되는 메탄의 전환 반응에 대한 메커니즘을 제시할 수 있었다.

○ 개발된 촉매는 기존의 금속유기구조체 기반의 메탄 전환 촉매들과 비교해 향상된 메탄 전환 특성을 나타냈으며, 특히 기존 대비 손쉽게 제작할 수 있다는 특징을 나타냈다.

 

□ 연구팀은 이번 연구 성과에 대해 “부생가스 활용 및 탄소자원화 전략과 연계하여 활용될 수 있을 것으로 기대된다”며, “지속적인 연구를 통해 셰일 가스*의 상업화 가능 기술개발 및 기술이전 등으로 연계하여 화학 산업의 발전뿐만 아니라 국내 온실가스 저감에도 기여할 수 있을 것으로 예상하고 있다”고 밝혔다.

* 셰일 가스 : 흙이 수평으로 퇴적하여 굳어진 암석층(혈암, shale)에 함유된 천연 가스. 현재까지 확인 매장량은 약 187조 4,000억 m3로, 전세계가 59년 동안 사용가능한 양이다.

 

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 C1 가스리파이너리사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)’에 8월 3일 게재되었다.
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분류 국내 기술동향
Category Tech trends(Korea)
출처 한국연구재단
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