[바이오매스]검은황금에 맞서는 물속의 녹색 황금: 골칫덩어리였떤 녹조에너지원이 노다지로!

검은 황금에 맞서는 물속의 녹색 황금

-골칫덩어리였던 녹조 에너지원이 노다지로!!-

❒Part1. 3세대 바이오매스 조류

 

 

1. 검은황금의 예정된 몰락

시추공에서 뿜어져 나오는 원유의 시커먼 색깔과 세계경제를 좌우하는 중요성이 결합되어‘검은 황금’이라 불리는 석유는 많은 환경문제를 야기하고 있지만 아직까지도 지구상에서 가장 많이 소비되는 에너지원이다. OPEC(석유수출국기구)에 따르면 석유가 전체 에너지원에서 차지하는 비율은 약 35%로, 매일 약 9000만배럴에 달하는 석유가 전 세계에서 소비된다.

그렇지만 ‘검은 황금’은 점점 고갈되어 가고 이제는 이를 대체하면서 환경을 파괴하지 않을 새로운 에너지원을 개발해야 할 시기이다.

 

2. 녹색황금 ‘조류’

여러 대체에너지 중에서 검은 황금에 맞서 주목받고 있는 것이 있으니, 그것이 바로‘녹색 황금’이라 불리는 조류바이오매스이다. 예전에는 어떻게 없애는지 연구해야 했던 골칫덩어리였지만 지금은 입장이 바뀌었다.

 자세히 설명하자면 바이오연료는 그 원료에 따라 곡물을 이용한 1세대, 목질을 이용한 2세대, 조류를 이용한 3세대 바이오연료로 구분된다. 하지만 1세대인 곡물은 식량난문제를 심화시키는 한계가 있었고 2세대 목질은 연료자체 기술개발에 난항을 겪고 있다 게다가 이 두세대 모두 광합성을 하는 식물들의 개체수가 줄어든다는 점에서 결코 지구온난화해결을 위한 방법이 아닌 것 이다.그렇다면 조류는 과연 어떤 생물인가?

 조류는 물속에서 태양광을 에너지원으로 삼고 이산화탄소를 탄소원으로 하는 독립영양생물(무기물만으로 에너지를 획득하는 생물)이다. 게다가 얼마든지 환경이 보장된다면 번식도 손쉽고 수득률도 훨씬 높으니 조류는 그 앞선 1세대, 2세대 바이오매스들의 한계를 극복할 수 있을 것 이라 여겨지고 있는 것 이다.

그렇다면 조류를 이용한 바이오연료의 문제점은 무엇일까? 현재 미세조류을 이용한 바이오연료는 식물기반의 바이오연료 보다 경제성이 떨어진다.

식물기반의 바이오연료는 리터당 0.5 ~ 1.0달러 수준이지만 미세조류를 이용한 바이오연료는 리터당 2.5달러 이상으로 추정된다.

 

이를 극복하기 위해서는

첫째, 생산능력이 높은 조류를 확보해야 한다. 지질(Lipid) 또는 탄수화물 함유량이 높은 조류를 유전자 조작 또는 이종 교배를 통해 개발하거나, 자연 속에서 아직 발견되지 않은 조류를 탐색하여 찾아냄으로써 좋은 종을 확보하는 것이다.

둘째, 생산성이 높은 조류 재배 방식을 개발하여 경쟁력을 확보해야 한다. 조류는 광합성의 결과물로 지질을 생성하기에 일조량을 높이는 방법이 이에 속하는데, 이를 위해 기업들은 조류를 일조량이 높은 지역에서 직접 재배하거나, 최적의 개방형 연못 또는 광생물 반응기 모형을 설계하는 등의 방법을 강구하고 있다.

셋째, 직접적으로 생산비용을 낮추어 경쟁력을 확보하는 방법이다. 광합성에 필요한 이산화탄소를 다른 공장의 이산화탄소를 공급받거나, 폐수 및 하수를 이용하여 재배하는 방법으로 불필요한 생산비용을 배제시킬수 있다.

마지막으로 국가의 정책적 지원이 필요하다. 현재 바이오연료의 생산비용은 통상의 연료보다 가격이 비싸기 때문에 EU 위원회에서는 가맹국에는 바이오연료에 대해 생산세액의 전액 면제를 포함한 각종의 세제우대조치를 채택하는 것을 인정하고 있다.

 

❒Part2. 상용화의 징검다리 ‘종속영양미세조류‘

  독립영양 미세조류는 빛과 이산화탄소만을 이용해 생장 평균 생산량 1g/ℓ, 세계최대생산량 10g/ℓ미만.

위와 같이 경제적 비효율적 측면으로 미세조류 활용기술 상업화는 현실적 어려움이 있다. 이에 따라 기반을 마련하기 위한 고효율 미세조류가 필요하고 대안으로는‘종속영양 미세조류‘ 가 있다.

 

종속영양 미세조류는 유기물 반응만을 하는 미세조류이다. 즉, 빛이 없이 무수히 자랄 수 있다. 종속영양 미세조류는 100-150 g/ℓ까지 독립영양 미세조류보다 10-100배 이상으로 자랄 수 있는 특성이 있다. 그만큼 좋은 효율을 가지고 있다. 또 종속영양 미세조류에서 추출되는 지질은 다른 지질에 비해 성질이 우수하다. 불포화지방산의 구성, 탄 소수 등의 비율을 분석타 타 조류에 비해 우수한 결과를 나타낸다. 최상의 바이오매스의 원료가 된다는 설명이다.

하지만 이런 종속영양 미세조류에도 한계가 있다. 광합성을 하지 않고 유기물을 이용해서 반응을 하기 때문에 에너지원 및 탄소원이 있어야 자랄 수 있다는 제한이 있다. 이 에너지원은 육상식물이 주가 되기 때문에 땅이 좁고 오랜 재배의 과정을 거치는 우리나라는 에너지원을 만드는데 어려움이 발생. 이를 해결하기 위해서는 종속영양 미세조류의 밥인 피드스톡을 저렴하게 마련하거나 괜찮은 미생물을 발견하는 두 가지 방법이 있다.

 첫번째 피드스톡을 저렴하게 마련하기 위한 방법 중 하나는 폐수를 이용하는 것이다. 실제 폐수 속에 미생물 배양을 할 수 있는 유기물이 많다. 이런 유기물들을 말랑말랑하게 전처리과정을 거치고가수분해를 해주어 미생물이 먹을 수 있게 함으로 지질을 생산하게 만드는 것이다. 이 외에도 사람이 소화할 수 없는 탄수화물, 셀룰로오즈 물질 또한 중요한 피드스톡이 될 수 있다.

이 외에 종속 고지질생산 미생물을 찾아내는 방법이 있다. 종속 고지질생산 미생물을 찾아낼 때 기존에 알려진 고지질생산 균주를 활용하는 것과 고유한 미생물을 새롭게 찾아내는 두 가지 방법을 이용하여 찾아낼 수 있다. 특히 기름을 잘 축척하는 미생물이 실질적으로 분해도 잘 한다는 사실에 착안해서 이에 맞는 고지질생산 미생물을 찾는 것에 초점이 많이 맞추어져 있는상태이다. 종속 고지질생산 미생물이 미세조류기반 바이오디젤을 완전히 대체할 수 있는 것은 아니다. 빛과 이산화탄소만을 이용해 자란다는 독립영양 미세조류의 최대 장점을 포기는 하는 것이기 때문이다. 하지만 미세조류가 상업화되는데 징검다리 역할을 할 수 있으리라 기대할 수 있을 것 이다.

미세조류 바이오연료의 상용화는 향후 15년 내에 가능할 것으로 전망되며 2020년경에는 미세조류를 비롯한 3세대 바이오매스가 바이오연료 세계시장에서 약 15%의 점유율을 차지 할 것으로 예측되고 있다. 이제 글로벌차원에서 화석연료에서 신재생 에너지로의 대이동이 시작 될 것이다. 지속적인 연구와 정책적 지원을 토대로 화석연료를 완전히 대체할만한 바이오에너지의 미래는 밝을 것으로 예상된다.

 

 

S.F 7기 노원호(kyriix@naver.com)

S.F 7기 이용규(2dragonq@gmail.com)

S.F 7기 권강민(secret2104@nate.com)

S.F 7기 전유정(irene235@naver.com)