온실가스 감축과 친환경 농업을 동시에!
온실가스를 작물 성장에 활용한 친환경 비료 기술 개발
기후변화와 온실가스 감축의 필요성
최근 여기저기서 관련 뉴스들이 쏟아져 누구나 한 번쯤 ‘기후변화’라는 단어를 들어보셨을 텐데요. 전 세계가 기후변화 대응을 위한 온실가스 감축에 관심이 아주 많습니다. 지난 10월 31일에는 기후변화와 관련한 국가 정상들이 영국 글래스고에 모여 유엔 기후변화 당사국총회(COP26)를 진행하기도 했습니다.
특히 우리나라는 2050 탄소중립 시나리오와 2030 국가 온실가스 감축계획을 새로 설정하였습니다. 이에 따라 앞으로 산업, 교통, 에너지 등 다양한 분야에서의 큰 변화를 예고하고 있는데요. 일부 과학자들은 이미 지구평균온도 1.5도 상승을 막기에는 너무 늦어버렸다고도 이야기합니다. 하지만 “늦었다고 생각할 때가 가장 빠른 법” 여러 가지 각 분야에서 지금도 끊임없이 노력하고 있답니다.
온실가스의 종류와 메탄의 역할
온실가스 하면, 보통 이산화탄소를 주로 떠올리는데요. 실제로 석탄, 석유 등 화석연료 소비가 늘면서 공기 중 이산화탄소 농도가 급증했습니다. 이산화탄소는 지구온난화지수는 높지 않지만 온실가스 배출량의 약 80%, 온실효과를 기준으로는 65%의 비중을 차지하기 때문에 주된 감축 대상으로 보고 있습니다.
지난 1997년 채택한 교토의정서에는 규제해야 할 온실가스 6가지가 명시되어 있습니다. 바로 이산화탄소를 포함하여 메탄, 아산화질소, 육불화황, 수소불화탄소인데요. 특히, 메탄은 대기 상에 낮은 농도로 존재하고 있지만, 이산화탄소보다 지구온난화 잠재력이 84배 더 높고, 지구온난화 발생 원인의 약 15~20%를 차지하고 있어 이산화탄소에 이어 두 번째로 높습니다.
더구나 지난 9월 17일, 기후·에너지 관련 주요 경제국 포럼(MEF) 회의에서 바이든 미국 대통령은 EU, 한국과 함께 2030년까지 2020년 대비 메탄가스를 최소 30% 감축한다는“글로벌 메탄 공약(Global Methane Pledge)”을 발표하였는데요. 이로써 본격적인 메탄가스 감축이 시작되었고 우리나라도 메탄 감축에 동참하기로 서약하였습니다. 이에 따라 감축 방안 마련이 요구되고 있죠.
▲ 메탄을 작물생장 촉진 호르몬으로 전환하는 메탄자화균 미생물비료 개념도 © 경희대학교 이은열 교수한편, 우리나라를 비롯한 미국, 유럽 등에서 온실가스 메탄을 탄소 자원으로 활용하여 유용한 물질로 전환하는 바이오 메탄 전환 기술 개발이 활발하게 이루어지고 있는데요. 최근 메탄 바이오전환에 유일하게 활용할 수 있는 미생물인 메탄자화균을 이용하여 농업 분야에서 배출하는 메탄을 유용한 물질로 전환하는 연구는 매우 큰 의미가 있습니다. 왜냐하면 우리나라에서 두 번째로 메탄을 많이 배출하는 분야가 농업 분야이기 때문인데요. 매년 축산에서 약 8백만 톤, 벼재배에서 약 6백만 톤이 발생하는 등 약 2,000만 톤 넘게 배출되고 있습니다.
메탄자화균의 대사과정과 식물 성장호르몬으로의 전환
한국연구재단 이은열 교수(경희대학교) 연구팀은 농업 분야에서 배출되는 메탄을 식물 성장호르몬으로 전환할 수 있는 친환경 미생물 비료 플랫폼 기술을 개발하였습니다. 메탄을 탄소원이자 에너지원으로 사용하는 메탄자화균은 상온·상압 조건에서 메탄을 알코올, 바이오 폴리머 등의 고부가가치 산물로 전환할 수 있는 미생물로 실제 단백질 사료 등에도 활용되고 있습니다.
메탄자화균 연구내용, 연구 성과의 차별점 등
연구팀은 메탄자화균의 대사경로를 개량하여 대기 중 메탄을 식물의 성장과 뿌리내림을 돕는 호르몬으로 전환할 수 있도록 설계하였는데요. 실제로 이렇게 만들어진 메탄자화균이 포함된 미생물 비료를 처리한 밀 종자의 발아된 새싹 신장률과 뿌리 신장률이 대조군에 비교하여 각각 2배와 3.6배로 높아진 것으로 나타났습니다.
▲ 식물생장호르몬을 만들어 내는 메탄자화균에 의한 식물성장 자극 효과 © 경희대학교 이은열 교수이번 연구처럼 식물 성장 촉진 메탄자화균은 온실가스 메탄 전환을 통해 토양의 탄소 순환을 제어하고, 식물호르몬을 통해 유익한 식물과 미생물의 상호작용을 제공하여 지속 가능한 농업을 위한 새로운 플랫폼 기술로 발전할 수 있습니다. 메탄자화균 미생물비료 기술은 대기 속 메탄 수준을 줄이고 질소 비료를 대체하여 사용할 수 있는 가능성을 보여주는데요. 이는 지속 가능한 농업에도 기여할 수 있는 친환경 농업 플랫폼 기술의 면모라고 할 수 있습니다.
식물성장 촉진 박테리아 활용 연구에 대한 활용 가능성 및 향후 계획
하지만 현시점에서는 유전자 재조합 미생물 비료 사용에 대한 규제가 있어 실용화되기까지는 과제가 많습니다. 이 때문에 환경이 잘 제어되는 제한된 공간에서 벼농사 등을 진행하면서 메탄자화균 미생물 비료의 효과를 검증하는 연구가 필요합니다. 이를 위해서는 농업 분야 전문 연구 그룹과 공동 연구를 진행해야 하는데요. 실험실 내에서 진행하였던 전문성이 낮았던 학제 간 연구를 훨씬 뛰어넘는 범위에서 농업 전문가들과의 공동 연구를 진행해야 합니다.
최근 지속 가능한 농업을 위해 식물성장 촉진 박테리아 활용에 대한 연구 개발이 진행되고 있는데요. 이번 연구는 식물성장 촉진 박테리아를 사용하면 화학비료 사용량도 줄일 수 있는 기존의 장점을 살리면서 농지에서 나오는 메탄 배출량을 줄이는 새로운 개념의 식물성장 촉진 박테리아에 관한 연구 결과를 제시한 것입니다.
우리의 먹거리를 책임지고 있는 농업은 전 세계적으로 주된 온실가스 배출처 중 하나입니다. 지속가능한 미래를 위해 인류가 직면해야 하는 주요 과제 중 하나는 우리가 배출하고 있는 온실가스를 스스로 줄이는 일인데요. 이처럼 인간의 활동에 의한 온실가스 배출을 최소화하면서, 기후변화로 인해 점점 더 가혹해지는 가뭄과 홍수 등 어려운 환경 속에서도 작물 수확량을 높이는데 기여할 수 있을 것으로 기대합니다. 온실가스 감축과 친환경 농업을 동시에 잡는 ‘메탄자화균을 활용한 친환경 미생물 비료 플랫폼 기술’! 지속가능한 농업과 먹거리 그리고 뜨거운 지구열차를 식히기 위한 연구진의 도전을 응원합니다!
<참고 자료>
네이버 지식백과 :
-메탄
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6124216&cid=60409&categoryId=67305
메탄가스
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=1247669&cid=40942&categoryId=32274
산업통상자원부 공식블로그:[어알정알] 기후변화의 주범 ‘온실가스’, 이산화탄소뿐이 아니라며?
https://blog.naver.com/mocienews/222412832924
아시아경제 : '온실가스로 친환경 비료 생산' 미생물 발견
한국경제 : 온실가스 메탄, 비료로 변신…밀 새싹에 주니 2배 더 컸다
https://n.news.naver.com/article/015/0004616818
한국연구재단 보도자료 “온실가스 메탄을 작물생장 돕는 호르몬으로”
