한국생산기술연구원, 우뭇가사리 등 홍조류에서 바이오 에탄올 개발
한국생산기술연구원(원장 羅璟煥, www.kitech.re.kr, 이하 생기원) 김경수 박사팀이 우뭇가사리 등의 홍조류에서 바이오 에탄올을 제조하는 데 성공, 바이오 에너지 상용화의 최대 걸림돌이 되어 온 원료 문제 해결의 실마리를 풀었다.
바이오매스에서 연료를 얻기 위해서는 반드시 탄수화물을 단당류로 분해해야 하고, 분해된 단당류에 효소를 첨가해 발효시키는 과정을 거쳐야 한다. 김 박사팀은 홍조류 원료에 전처리→당화→발효의 3단계 과정을 거쳐 바이오 에탄올을 얻는 데 성공, 산업화 가능성을 한층 높였다.
홍조류는 1세대 바이오매스인 옥수수, 사탕수수, 감자 등의 전분질계, 2세대인 목질계에 비해 생산효율이 훨씬 높다는 점에서 바이오연료 대량생산의 길을 넓힐 것으로 기대를 모으고 있다. 특히 우뭇가사리는 발효 가능한 탄수화물의 함량이 목질계 원료에 비해 1.5～2배 정도 높은데다, 목질계 원료에서 반드시 제거해야 하는 리그닌 성분이 없어 제조공정이 간편하다는 것도 큰 장점이다.
김경수 박사팀은 직접당화법, 다단계당화법 등 다양한 당화법을 통해 당화 수율을 높이는 등의 방법으로 총 전환수율이 20～32%인 바이오 에탄올을 제조하는 데 성공했다. 리터 당 0.2 달러 정도의 경제성 있는 바이오 에탄올을 생산하려면 총 당화수율이 36%는 돼야 하지만, 현재 목질계의 총 에탄올 전환수율 20～25%보다는 높은 수치다.
더욱이 홍조류는 생장속도가 빠르고(연간 4～6회 수확 가능), 별도의 비료나 농업용수를 필요로 하지 않기 때문에 같은 양의 여타 바이오매스에 비해 훨씬 높은 생산성과 환경친화성을 가지고 있다. 따라서 좁은 국토의 한계 상 옥수수나 사탕수수를 심기 어려운 우리로서는 바이오매스 확보를 위해 취할 수 있는 최상의 전략이 될 것으로 보인다.
또한 질소(N)를 영양분으로 삼는 홍조류의 특성상 연안해역의 해수정화 효과가 탁월하고, 종류에 따라서는 육상식물보다 5배 정도 이산화탄소 흡수 효과가 뛰어난 것도 있어 이산화탄소 배출 감축 제도가 본격 시행되는 2013년부터는 환경과 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 유용한 가용자원으로 급부상할 전망이다.
미국은 2012년까지 휘발유의 5%를, 유럽은 2010년까지 7%를 바이오 연료로 대체한다는 계획 아래 국가 주도의 장기 대형 프로젝트를 진행 중이다. 전문가들은 이런 정책에 힘입어 2012년께 세계 바이오 연료 시장 규모가 100억 달러를 넘어설 것으로 내다보고 있으며, 특히 바이오 에탄올 시장은 향후 인터넷 시장의 확대 속도와 규모에 버금갈 만한 팽창을 보일 것으로 관측되고 있다.
현재 바이오 에탄올 시장에서는 미국과 브라질이, 바이오 디젤 시장에서는 유럽이 선두자리를 지키고 있지만, 곡물자원은 기아인구의 식량으로 쓰여야 한다는 비난으로부터 자유롭지 못한 것이 사실이다.
우리 정부도 2011년까지 대체 에너지 비중을 5% 수준으로 끌어올린다는 계획 아래 다양한 신·재생에너지 확보 전략을 마련해 추진하고 있지만, 2006년 현재 우리나라의 신·재생에너지 공급량은 1차 에너지 총 소비량의 2.13%에 불과한 실정이다.
한편 생기원은 오는 10월 9일(화) 서울교육문화회관에서 국내외 전문가들이 대거 참석하는 제 1차 바이오 에너지 국제포럼에서 이 같은 연구 결과를 발표하고, 인류 공통의 문제로 떠오르고 있는 에너지 고갈과 지구 온난화 문제를 해결할 대안으로서 바이오 연료 확보를 위한 국제적 연대를 제안할 계획이다.
산업자원부가 주최하고 에너지관리공단 신재생에너지센터가 후원하는 이번 국제포럼에는 일본 정부에 해조류를 이용한 바이오 에탄올 대량생산을 위한 대규모 산학연 네트워크 구축을 제안한 바 있는 일본해양대학교의 마사히로 노토야 교수를 비롯, 국내외 바이오 에너지 전문가 200여 명이 참석할 예정이다.
개발을 주도한 생기원 환경에너지본부장 김경수 박사는 “홍조류를 비롯한 해조류는 빛과 이산화탄소, 바닷물만 있으면 왕성하게 자라기 때문에 여수 연안 80㎢의 바다만 이용해도 전라남도 지역의 휘발유 사용량 전부를 대체할 수 있다”고 전제한 뒤, “이번 개발 결과를 바탕으로 지속적인 연구 개발에 힘써 총 수율 36% 목표를 달성해 경제성 있는 바이오 에탄올을 생산하겠다”고 밝혔다.
한국생산기술연구원 개요
한국생산기술연구원은 산업계 중 소규모 및 중견기업 지원을 위해 설립된 정부 출연 종합연구기관이다. 흔히 약칭인 '생기원‘으로 불린다. 1989년 10월 설립됐으며 1999년 1월 국무총리실 소속 산업기술연구회로 이관되고, 부설기관인 산업기술정책연구소·산업기술시험평가연구소·산업기술교육센터와 산하기관인 전자부품종합기술연구소가 각각 독립했다. 산업기술연구회가 2004년 과학기술부, 2008년 지식경제부로 이관함에 따라 주무부처가 변경되었다.
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