수질오염원인 질산염을 질소비료 원료인 암모니아로 바꿔내는 박테리아가 국내 연구진에 의해 확보됐다.
환경부 소속 국립생물자원관은 수소 기체와 물 속의 질산염을 이용해 암모니아를 만들 수 있는 박테리아 '아크로박터(Acrobacter)속'과 '설푸로스피릴룸(Sulfurospirillum)속' 2종을 최근 분리 배양하는 데 성공했다고 17일 밝혔다.
이들 박테리아는 수소 기체를 이용해 물 속의 질산염을 암모니아로 전환하는 능력을 갖췄다. 수소를 전자공여체로 암모니아화 반응을 일으키는 미생물의 발견은 이번이 세계 최초다.
이는 국립생물자원관이 한국과학기술원 연구진과 공동으로 올해 초부터 진행한 연구에서 이룬 성과다. 연구진은 물 속 질산염을 제거할 생물자원을 찾던 중 대전의 하수처리장에서 이들 박테리아를 확보했다.
질산염은 하천이나 지하수에 유입되는 경우 부영양화(녹조 현상)를 일으켜 물을 썩힌다. 이들 박테리아는 이 질산염을 질소비료의 원료인 암모니아(NH4)로 바꿔내는 능력을 지녔다.
특히 자연환경 조건에서 별도의 유기물 공급이 없어도 수소 기체로 호흡(혐기성 미생물)하면서 질산염을 암모늄이온(NH4+)으로 전환시키는 것으로 확인됐다. 초소량의 수소로 질산염 제거는 물론, 전환된 암모니아 기반 질소비료의 지속 생산이 가능해진다.
질소비료 생산을 놓고 앞서 시도된 미생물 이용법은 별도의 유기물을 지속 공급해야 해 활용도가 낮았다. 전기촉매 이용방식 역시 극산성, 고질산염 등 복잡한 반응조건을 맞추기 어려웠다.
연구진은 이번 박테리아 2종이 기존 질소비료를 대체하기 위한 원천소재로 활용될 수 있다고 보고 관련 특허출원을 앞두고 있다.
특히 이번 연구는 탄소배출 저감 및 수계 부영양화 방지에 도움이 되면서 활용성도 높은 기술을 찾았다는 의의가 있다. 재생에너지로 생산된 수소(그린수소)와 박테리아를 이용해 물 속의 질산염을 제거하면서 질소비료를 생산할 수 있다는 가능성이 제시됐기 때문이다.
화학적 산업공정으로 암모니아와 질소비료를 생산하는 기존 방식은 생산과정에서 온실가스 배출, 침출시 질산염 전환에 따른 수질오염 우려가 있다.
국립생물자원관 이병희 유용자원분석과장은 "우리나라 생물자원이 가지고 있는 유용한 가치를 탐색해 확보된 생물자원이 저탄소 녹색기술 개발에 활용될 수 있도록 연구에 박차를 가하겠다"고 밝혔다.