오일함량 풍부ㆍCO2 감축효과 '일석이조'
바이오매스 생산 양ㆍ속도 육상식물 능가
엑슨모빌 등 대규모 정유업체 연구 활발
현재 인류가 사용하고 있는 원유는 바다의 플랑크톤과 같은 유기물의 사체가 1000만년에서 수억년 동안 퇴적돼 일정 깊이에 달한 후 지하에서 고온ㆍ고압에 의해 탄화수소로 바뀌었다는 게 학계의 정설입니다. 지질학적으로 지구에 있는 유전의 대부분은 1억5000만년 전, 1억년 전, 그리고 2000만년 전 등 3번의 기간 중에 생성되었다고 보고되고 있습니다.
그러나 원유는 유한한 매장량과 이산화탄소 배출 문제를 갖고 있어 이를 대체하기 위한 바이오연료 연구가 세계적으로 치열하게 전개되고 있습니다. 옥수수, 사탕수수, 콩 같은 육상작물 바이오매스가 현재 바이오연료 생산의 주류를 이루고 있기는 하지만, 오일 함량이 풍부하고 이산화탄소 감축 효과까지 있는 광합성 미세조류를 이용해 연료를 생산하려는 연구가 활발하게 이뤄지고 있습니다.
◇미세조류 바이오연료의 장점=미세조류는 광합성을 하는 단세포생물을 통칭하는 말로, 클로렐라가 대표적인 예입니다. 대부분의 미세조류는 성장에 필요한 에너지가 남거나 스트레스를 받으면 에너지원인 포도당을 지방으로 전환해 저장하는데, 이 지방을 에너지원으로 활용할 수 있습니다. 민물이나 바다에서 자라는 미세조류를 대량으로 키운 후 물리적, 화학적 방법을 동원해 수분을 최대한 제거하고, 세포 속에 들어있는 중성지방을 화학공정을 거쳐 바이오연료로 바꾸는 과정을 통해 에너지원을 얻을 수 있습니다.
미세조류는 광합성을 통해 대기 중의 이산화탄소를 흡수하고, 육상식물들보다 훨씬 효율적이고 빠르게 바이오매스를 생산한다는 장점이 있습니다. 단위면적당 바이오연료 생산량이 전통 육상작물에 비해 월등히 뛰어나다는 것입니다. 몇몇 종은 바이오매스의 50% 이상을 지방으로 생산할 수 있으며, 이 지방 중 많은 부분이 바이오디젤의 원료인 중성지방이 될 수 있습니다. 이 중성지방은 에너지 밀도가 높은 바이오디젤, 그린 항공기 연료, 그린가솔린 등의 원료로 기대를 모으고 있습니다.
이 때문에 전문가들은 현재 옥수수와 사탕수수 에탄올 연료가 대부분인 바이오연료 시장이 향후 폐기물에서 추출하는 셀룰로오스 에탄올과 미세조류 연료가 주도하는 것으로 변화할 것으로 내다보고 있습니다.
◇정유업체 투자 집중=이 때문에 엑슨모빌, 쉘, 쉐브론, 코노코필립스 등 대규모 정유업체들이 미세조류 연료 연구에 투자를 집중하고 있습니다. 특히 엑슨모빌은 지난 2009년 7월, 향후 5년간 6억달러 이상을 이 분야 개발에 투자한다는 계획을 발표했습니다. 이러한 투자계획은 이전까지 풍력, 바이오연료, 태양광 등 그린에너지에 대한 투자에 회의적인 태도를 보이던 에너지 기업들 입장에서 이례적인 것으로 평가됩니다.
이들 기업은 미세조류가 현재 사용되는 석유와 분자 구조가 유사해 가솔린, 디젤 등 석유연료를 대체할 수 있고, 바이오가스ㆍ바이오수소 등 다른 대체 연료들과 달리 연료 수송에 기존 인프라를 활용할 수 있어 막대한 시설투자비를 절감할 수 있다는 점을 강점으로 꼽습니다. 또 상업적 대량생산이 가능하고, 탄소 절감 전략에 부합할 뿐만 아니라 식량자원에 영향을 미치지 않는다는 것도 장점으로 평가합니다.
◇미래 연구 초점은=현재까지 보고된 수십만종의 미세조류 가운데 세계적으로 상용화된 주요 미세조류는 스피룰리나, 클로렐라, 두나리엘라, 아파니조메논, 헤마토코커스 등 5종 정도에 그칩니다. 이들 미세조류는 대규모 실외 배양지에서 성장, 수확해 다양한 분야에 응용되고 있습니다.
앞으로 연구의 초점은 경제성 확보와 세계 연료 수요에 기여하는 충분한 생산량 확보입니다. 한국해양연구원은 현재 리터당 3500원의 비용으로 바이오디젤을 생산할 수 있는 기술을 확보했고, 오는 2013년까지 2000원 이하로 생산단가를 낮추는 기술을 개발한다는 목표입니다.
이를 위해서는 미세조류의 성장속도와 지방 생합성에 가장 큰 영향을 미치는 미세조류 생물생리학 연구가 다양하게 이뤄져야 합니다. 또 생물학자와 생산공정 엔지니어들간의 긴밀한 연계와 협력도 필수적입니다. 바이오연료 생산에 유용한 미세조류를 선발하고 생산하는 시스템을 갖추기 위한 기초ㆍ응용연구에 지속적이고 적극적인 관심과 지원도 반드시 있어야 합니다.
전문가들은 미세조류 바이오매스가 현재 소규모로 생산되고 있지만 2030년까지 전체 에너지 공급의 2.5%를 차지할 것으로 예상하고 있습니다.
안경애기자 naturean@
도움말=한국해양연구원
[저작권자 ⓒ디지털타임스 무단 전재-재배포 금지]
엑슨모빌 등 대규모 정유업체 연구 활발
현재 인류가 사용하고 있는 원유는 바다의 플랑크톤과 같은 유기물의 사체가 1000만년에서 수억년 동안 퇴적돼 일정 깊이에 달한 후 지하에서 고온ㆍ고압에 의해 탄화수소로 바뀌었다는 게 학계의 정설입니다. 지질학적으로 지구에 있는 유전의 대부분은 1억5000만년 전, 1억년 전, 그리고 2000만년 전 등 3번의 기간 중에 생성되었다고 보고되고 있습니다.
그러나 원유는 유한한 매장량과 이산화탄소 배출 문제를 갖고 있어 이를 대체하기 위한 바이오연료 연구가 세계적으로 치열하게 전개되고 있습니다. 옥수수, 사탕수수, 콩 같은 육상작물 바이오매스가 현재 바이오연료 생산의 주류를 이루고 있기는 하지만, 오일 함량이 풍부하고 이산화탄소 감축 효과까지 있는 광합성 미세조류를 이용해 연료를 생산하려는 연구가 활발하게 이뤄지고 있습니다.
◇미세조류 바이오연료의 장점=미세조류는 광합성을 하는 단세포생물을 통칭하는 말로, 클로렐라가 대표적인 예입니다. 대부분의 미세조류는 성장에 필요한 에너지가 남거나 스트레스를 받으면 에너지원인 포도당을 지방으로 전환해 저장하는데, 이 지방을 에너지원으로 활용할 수 있습니다. 민물이나 바다에서 자라는 미세조류를 대량으로 키운 후 물리적, 화학적 방법을 동원해 수분을 최대한 제거하고, 세포 속에 들어있는 중성지방을 화학공정을 거쳐 바이오연료로 바꾸는 과정을 통해 에너지원을 얻을 수 있습니다.
미세조류는 광합성을 통해 대기 중의 이산화탄소를 흡수하고, 육상식물들보다 훨씬 효율적이고 빠르게 바이오매스를 생산한다는 장점이 있습니다. 단위면적당 바이오연료 생산량이 전통 육상작물에 비해 월등히 뛰어나다는 것입니다. 몇몇 종은 바이오매스의 50% 이상을 지방으로 생산할 수 있으며, 이 지방 중 많은 부분이 바이오디젤의 원료인 중성지방이 될 수 있습니다. 이 중성지방은 에너지 밀도가 높은 바이오디젤, 그린 항공기 연료, 그린가솔린 등의 원료로 기대를 모으고 있습니다.
이 때문에 전문가들은 현재 옥수수와 사탕수수 에탄올 연료가 대부분인 바이오연료 시장이 향후 폐기물에서 추출하는 셀룰로오스 에탄올과 미세조류 연료가 주도하는 것으로 변화할 것으로 내다보고 있습니다.
◇정유업체 투자 집중=이 때문에 엑슨모빌, 쉘, 쉐브론, 코노코필립스 등 대규모 정유업체들이 미세조류 연료 연구에 투자를 집중하고 있습니다. 특히 엑슨모빌은 지난 2009년 7월, 향후 5년간 6억달러 이상을 이 분야 개발에 투자한다는 계획을 발표했습니다. 이러한 투자계획은 이전까지 풍력, 바이오연료, 태양광 등 그린에너지에 대한 투자에 회의적인 태도를 보이던 에너지 기업들 입장에서 이례적인 것으로 평가됩니다.
이들 기업은 미세조류가 현재 사용되는 석유와 분자 구조가 유사해 가솔린, 디젤 등 석유연료를 대체할 수 있고, 바이오가스ㆍ바이오수소 등 다른 대체 연료들과 달리 연료 수송에 기존 인프라를 활용할 수 있어 막대한 시설투자비를 절감할 수 있다는 점을 강점으로 꼽습니다. 또 상업적 대량생산이 가능하고, 탄소 절감 전략에 부합할 뿐만 아니라 식량자원에 영향을 미치지 않는다는 것도 장점으로 평가합니다.
◇미래 연구 초점은=현재까지 보고된 수십만종의 미세조류 가운데 세계적으로 상용화된 주요 미세조류는 스피룰리나, 클로렐라, 두나리엘라, 아파니조메논, 헤마토코커스 등 5종 정도에 그칩니다. 이들 미세조류는 대규모 실외 배양지에서 성장, 수확해 다양한 분야에 응용되고 있습니다.
앞으로 연구의 초점은 경제성 확보와 세계 연료 수요에 기여하는 충분한 생산량 확보입니다. 한국해양연구원은 현재 리터당 3500원의 비용으로 바이오디젤을 생산할 수 있는 기술을 확보했고, 오는 2013년까지 2000원 이하로 생산단가를 낮추는 기술을 개발한다는 목표입니다.
이를 위해서는 미세조류의 성장속도와 지방 생합성에 가장 큰 영향을 미치는 미세조류 생물생리학 연구가 다양하게 이뤄져야 합니다. 또 생물학자와 생산공정 엔지니어들간의 긴밀한 연계와 협력도 필수적입니다. 바이오연료 생산에 유용한 미세조류를 선발하고 생산하는 시스템을 갖추기 위한 기초ㆍ응용연구에 지속적이고 적극적인 관심과 지원도 반드시 있어야 합니다.
전문가들은 미세조류 바이오매스가 현재 소규모로 생산되고 있지만 2030년까지 전체 에너지 공급의 2.5%를 차지할 것으로 예상하고 있습니다.
안경애기자 naturean@
도움말=한국해양연구원
[저작권자 ⓒ디지털타임스 무단 전재-재배포 금지]
