일부 박테리아가 극한 조건에서 이산화탄소를 암석으로 변환하는 데 기여할 수 있다는 연구 결과가 발표됐다. 

미국의 과학 전문 매체 뉴스사이언티스트는 지난 14일(이하 현지시간) 미국 사우스다코타 연구팀의 박테리아 연구 결과를 인용, 이산화탄소를 신속하게 암석으로 전환시킬 수 있는 미생물이 폐유정이나 버려진 가스 저장소와 같은 깊은 지하 공간에 온실가스를 저장하는 데 활용될 수 있다고 전했다.

IFL사이언스는 지하 1250미터 깊이에서 발견된 특정 박테리아가 이산화탄소를 결정 형태로 변환할 수 있으며, 이러한 탄소 포집 기능을 가진 박테리아를 사용해 버려진 화석 연료 저장소에 온실가스를 안정적으로 저장할 수 있다고 지난 15일 보도했다.

미국 사우스다코타 광업기술대학의 고크체 우스투니식(Gokce Ustunisik) 교수와 그의 동료들은 워싱턴주의 퇴비 더미에서 고온과 고압을 견디는 것으로 알려진 지오바실러스 박테리아 종을 분리했다.

연구팀에 따르면 극한 환경에서 작동하는 박테리아를 활용해 이산화탄소의 광물화 과정을 가속화함으로써, 포집된 이산화탄소를 지하에 주입하고 이를 통해 온실가스를 장기간 안정적으로 저장할 수 있는 가능성이 제시됐다.

사우스다코타의 블랙힐스 지역 깊숙한 곳에는 CO₂를 고체 광물로 신속하게 변환할 수 있는 잠재력을 지닌 박테리아가 서식하고 있다. 과학자들이 이 독특한 미생물을 활용하는 방법을 개발한다면, 고갈된 화석 연료 저장소에서 온실가스를 포집하는 새로운 접근법을 제안할 수 있게 될 것으로 전망된다.

이번 연구는 이러한 박테리아가 이산화탄소를 암석으로 전환하는 과정에서 중요한 역할을 할 수 있음을 시사한다.

미생물, 단 10일 만에 고체 탄산염 변환

실험실 실험에서 연구팀은 해당 미생물이 존재하는 경우와 그렇지 않은 경우에 이산화탄소가 물에 용해됐을 때의 광물화 속도를 비교했다. 

연구팀은 CO₂가 저장될 수 있는 지하 깊은 곳에서 발견될 수 있는 극한의 조건, 즉 다양한 온도, 압력, 그리고 염분 조건에서 이 과정을 시험했다. 이와 함께, 여러 종류의 현무암을 사용하여 이 과정을 검증했다.

이들 미생물이 없을 경우, 연구팀은 CO₂의 광물화 과정을 관찰하지 못했다. 우스투니식 교수는 이 과정이 이상적인 지질학적 조건에서조차 보통 수년이 소요될 수 있다며, "실질적으로 영원히 걸릴 수도 있다"고 말했다.

그러나 미생물이 있을 때는 상황이 달라졌다. 우스투니식 교수에 따르면, 80°C(176°F)의 온도와 해수면 압력의 약 500배에 해당하는 극한의 조건에서 CO₂가 광물 결정 형태를 이루는 데 단 10일이 걸렸다고 한다. 

유망한 미생물 후보 3 종류

소더 지오사이언스 LLC와 사우스다코타 광업기술대학의 연구팀은 최근 유전의 극심한 온도와 압력을 견딜 수 있는 탄소 격리용 미생물을 탐색하는 데 주력했다.

이 과정에서 세 가지 유망한 후보 미생물을 발견했다. 이들 중 하나는 미국 내에서 가장 깊은 곳에 위치한 사우스다코타 블랙힐스의 샌포드 지하 연구 시설의 지하 1250미터(4100피트)에서 발견된 바실러스 박테리아 종이다.

다른 두 종은 각각 고온과 고압 조건을 견딜 수 있는 지오바실러스 종과, 최대 110°C(230°F)의 고온과 바닷물의 염분 그리고 고압을 견뎌낼 수 있는 태평양 열수구에서 발견된 고온성 페르세포넬라 마리나(Persephonella marina)이다.

이들 박테리아는 압력, 온도, 산도의 극한 조건을 다루는 일련의 실험실 실험을 성공적으로 견뎌냈다.

위에서 지적했듯이 예비 연구 결과에 따르면, 이 미생물이 CO₂를 방해석 결정으로 전환하는데 최적의 조건은 해수면 압력의 약 500배 높은 압력과 80°C(178°F)온도였다. 이러한 극한의 환경에서, 해당 박테리아는 10일 이내에 CO₂를 탄산염 결정으로 변환할 수 있었다.

이 박테리아가 CO₂와 물과의 반응을 촉매하는 데에는 탄산탈수효소라는 효소가 핵심 역할을 했다. 이 효소 덕분에 박테리아는 CO₂를 효과적으로 광물화할 수 있었다.

이 연구는 작년 말 샌프란시스코에서 열린 미국 지구물리연합 회의(American Geophysical Union conference)에서 발표됐다.

폐유전·가스전, CO₂ 저장에 이상적 장소

폐유전이나 고갈된 가스전에 남겨진 공간은 포집된 CO₂를 저장하는 데 이상적인 장소로 여겨지며, 이 방법을 통해 CO₂가 대기 중으로 방출되어 온실가스로 작용하고 기후 변화를 촉진하는 것을 방지할 수 있다.

이러한 박테리아는 고갈된 유전이나 가스전의 까다로운 조건에서도 CO₂를 안정적으로 격리하고, 지하 공간에 효과적으로 저장함으로써 영구적인 탄소 격리의 가능성을 제시한다.

또한 고체 탄산염은 버려진 유정에 남아 있는 액체와 가스가 새어 나오는 것을 막는 '플러그' 역할을 효과적으로 수행할 수 있다.

현재 이러한 탄소 포집 기술은 여전히 가설적인 단계에 있지만, 이 기술의 발전은 기후 위기 대응에 있어 중요한 역할을 할 수 있다.

하지만 이 기술만으로는 기후 변화 문제를 해결할 수 없으며, 화석 연료 사용 감소를 위한 노력과 함께 지속 가능한 에너지 시스템 구축을 위해 노력이 필요하다.