이산화탄소를 이용해서 녹말 (전분)을 만들다

(Starch synthesis via artificial starch anabolic pathway (ASAP) from carbon dioxide. Credit: TIBCAS)

녹말 (starch)은 포도당 분자가 길게 연결된 고분자 물질로 인간이 섭취하는 가장 기본적인 탄수화물입니다. 따라서 여러 가지 식품 및 첨가물의 기본 재료가 됩니다. 식물의 광합성에 의해 생성되기 때문에 제조 방법 역시 곡물을 가공해 순수한 녹말을 추출하는 방식으로 이뤄집니다. 그런데 이 과정은 상당히 많은 양의 에너지와 물을 소비합니다. 곡물을 키우는데도 막대한 물과 토지, 그리고 각종 농약이 필요하다는 점을 생각하면 녹말 자체는 저렴해도 이로 인해 치르는 대가는 만만치 않습니다.

따라서 과학자들은 생물학적인 방법이 아니라 화학적인 방법으로 녹말을 만드는 연구를 진행해왔습니다. 포도당 역시 쉽게 만들 수 있는 물질이고 포도당들을 연결해서 고분자 물질을 만드는 일 역시 어려운 문제는 아니지만, 항상 그렇듯이 문제는 효율성과 경제성이었습니다. 물과 이산화탄소를 이용해서 포도당과 산소를 만드는 과정은 인간이 식물을 따라잡기 힘들었습니다.

중국 과학원의 과학자들은 불과 11단계의 핵심 공정을 이용해서 이산화탄소를 녹말로 만드는 공정을 개발했습니다. 광합성을 거쳐 생산된 녹말이 60가지 과정을 거쳐 생성되는 것보다 훨씬 단계가 짧기 때문에 에너지 효율 면에서도 훨씬 우수하다는 것이 연구팀의 설명입니다. (과정은 사진 참조)

연구팀에 따르면 1 입방미터의 바이오 리액터에서 생산할 수 있는 녹말의 양이 1/3 헥타르의 옥수수 밭에서 생산할 수 있는 녹말과 비슷한 수준입니다. 따라서 만약 상업적 대량 생산이 가능해지면 엄청난 양의 토지와 물, 그리고 에너지를 절약할 수 있을 것으로 기대됩니다. 다만 경제성이 있어야 상업 생산이 가능한 만큼 아직 당장에 합성 녹말 생산을 기대하기는 어려울 것입니다.

만약 가까운 미래에 합성 녹말이 나온다면 과연 사람들이 거부감 없이 섭취하게 될지도 궁금합니다.

참고

https://phys.org/news/2021-09-chinese-scientists-starch-synthesis-carbon.html

Cai Tao et al, Cell-free chemoenzymatic starch synthesis from carbon dioxide, Science (2021). DOI: 10.1126/science.abh4049

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