새로운 대체 에너지의 등장, 바다에서 해답을 찾다.

 세계는, 지금 이 시간에도 주요 자원 고갈에 따른 새로운 대체에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 우리는 지금까지 각종 자원 에너지원의 도움을 받으며 살아왔지만, 아쉽게도 우리가 사용하는 세계 주요 자원은 대부분 화석연료로 인한 심각한 환경문제와 함께, 가채연수로 인한 고갈 위기에 직면해 있다. 이에 세계 각국은 공해를 일으키지 않는 청정에너지, 신재생에너지를 찾기 위해 많은 투자와 연구를 하고 있는 실정이다.  

이러한 실정에 맞추어, 새롭게 떠오르고 있는 신재생에너지가 바로 해양바이오에너지이다. 해양바이오에너지란, ​해양바이오메스(동식물이나 미생물에서 생산된 유기물)를 통해 얻은 에너지를 의미하며, 여기에 화학 공학, 생물 공학, 유전 공학 등의 기술을 이용하여 바이오 에탄올, 바이오 디젤, 메타인 가스, 수소 기체 등 다양한 에너지를 얻을 수 있다.

 우리나라 에너지 수입 의존도는 97%에 달하며, 에너지 자립도는 3%에 불과하다. 해양바이오에너지는 이런 수요와 공급의 차이를 바꿀 수 있는 새로운 에너지이자, 풍부한 해양자원을 이용하여 장기적으로 지속 생산이 가능한 에너지이다. 뿐만 아니라 이산화탄소 배출을 최소화해 환경문제에 기여할 수 있고, 기존 인프라의 대체 없이 바로 사용 가능해 비용 면에서도 큰 절약을 할 수 있는, 성장가능성이 무한한 에너지이다.

사실 해양바이오에너지는 우리에게 낯선 단어이지만, 이미 우리나라는 이 분야에서 큰 성과를 내고 있는 해양바이오에너지 강국이다. 대표적으로, 해양바이오에너지 자립국 실현을 목표로 인하대학교가 총괄 관리, 연구하는 ‘해양바이오에너지 생상기술개발연구센터’가 있다.  

해양바이오에너지 생산기술개발 연구센터는 2009년 11월 6일 ‘저탄소 녹색성장 정책’과 ‘해양신산업 창출’을 위한 사업의 일환으로 국토해양부가 주관하는 국책사업인 ‘해양바이오에너지 생산기술개발’사업에 제안서를 제출하고 공개평가를 통해 그 해 11월 30일 최종사업자로 선정되었다.

12월 말부터 본격적인 연구를 수행하고 있으며, 구체적으로 우리나라의 풍부한 해양자원을 이용해 지속가능한 바이오에너지 및 바이오매스를 생산하기 위해 미세조류(클로렐라와 같은 단세포 광합성 생물)     

[그림 1 해양바이오에너지 생산기술개발 연구센터] (출처-http://www.mbe.re.kr)

를 이용한 바이오디젤 생산, 해조류(다시마, 파래와 같은 갈조류, 녹조류, 홍조류) 유래 바이오알코올 생산, 해양생물 우수종 개량 및 생태, 환경 등 3개 분야에 대해 집중 연구개발하고 있다.

현재 인천시의 지원을 통해, 옹진군 덕적도 영흥도 일대에 해양미세조류를 대단위로 배양할 수 있는 해양바이오에너지 전진기지 조성을 추진하고 있는 해양바이오에너지 생산기술개발연구센터는, 국토가 협소하고 바이오매스 자원이 부족한 우리나라에서 에너지 자립화를 이루고 더 나아가 세계에 기술을 수출할 수 있도록 큰 기여를 할 것으로 기대하고 있다.

이어지는 인터뷰는 해양바이오에너지 생산기술개발 연구센터의 관계자와 함께 해양바이오에너지 분야에 대해 다루었다.

 

Q1. 해양 바이오 에너지 센터가 하는 일이 정확히 무엇인지 알고 싶습니다.

A. 미세 조류로 바이오 에너지를 생산하는 기술을 연구하고 있으며, 더 정확하게 말씀드리면 lipid(지질)를 이용하여 바이오 디젤을 생산하는 연구를 하고 있습니다. 기존에는 육상에서 미세 조류를 배양했다면 저희 단체에서는 이름에서 알 수 있듯이 ‘해양’에서 미세 조류를 배양하고 에너지를 생산하는 일을 연구하고 있습니다.

 

Q2. 왜 많은 신재생 에너지 중에서 해양 바이오 에너지 인지, 해양 바이오 에너지의 종류와 각 특징이 궁금합니다.

A. 해양에서 생산하기 위해서는 여러 가지 조건들이 필수적입니다. 빛, 이산화탄소, 물 등이 필요하고 고농도가 될 수록 투과율의 문제가 있기 때문에 미세 조류를 섞어주는 과정, 즉 믹싱 과정이 필요합니다. 이러한 조건을 만족하기 위해서는 투입되는 에너지가 필요합니다. 하지만 우리가 원하는 결과물 또한 에너지라는 것입니다.

[그림 2 해양바이오에너지 생산 방법]

(출처-http://www.hankyung.com/news/app/newsview.php?aid=2011042663101)

 해양에서 에너지를 생산하게 되면 빛을 받을 수 있는 면적도 더 넓고, 해양 종을 이용하기 때문에 해수를 이용해도 무방하며, 적절한 디자인을 가진 배양기를 제작한다면 파도를 이용하여 믹싱을 위해 소비되는 에너지 또한 크게 줄일 수 있습니다.

이러한 점을 종합해 봤을 때, 해양에서 에너지를 생산하는 것이 화석연료를 대체할 수 있는 시스템이라고 말씀드릴 수 있겠습니다.

 작물을 이용하던 바이오 에너지 1세대의 경우에는 식량 자원 부족의 문제, 윤리적 문제, 경제적인 문제, 자연파괴 등의 문제를 초래했고 목질계나, 글루코오스 등을 이용한 2세대의 경우에는 에너지로 활용하기 위해서는 강한 결합을 끊는 과정인 전처리 기술이 부족하다는 문제가 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로 미세조류를 선택하게 되었습니다. 미세조류는 위의 문제를 해결하고 이분법을 이용한 성장을 하기 때문에 성장 속도의 이점도 있습니다. 또한, 3만 종 이상의 다양성을 갖고 있어 배양할 지역의 환경이나 특성을 고려할 수 있다는 장점이 있습니다. 외래종을 키울 경우에 혹시 모를 환경파괴가 발생할 수 있기 때문에 현재 연구대상들은 인천, 강화도, 영도의 해양 배양장에서 분리한 종으로 선정하였습니다. 해양 환경을 이용하여 미세조류를 경제적으로 키우는 것이 현재 진행하고 있는 일입니다.

화석연료의 장점들 중 에너지 밀도가 높다는 것은 무시하지 못할 큰 장점입니다. 기존의 신재생에너지원들은 에너지 밀도가 낮은 경우가 많았습니다. 해양 바이오 에너지는 이와는 다르게 고밀도의 에너지를 생산하는 방식입니다. 또한 기존에 존재하는 것들을 고정하여 에너지화 시키는 것이기 때문에 플러스알파라고 할 수 있겠습니다.

 

Q3. 해양 바이오 에너지의 특성 상 에너지를 생산하는 장소가 한정적일 수 밖에 없는데, 에너지 공급 가능 범위가 어느 정도 인지 궁금합니다. 또 효율은 구체적인 수치로 나타냈을 때 어느 정도인지 궁금합니다.

A. 원양에서 생산하기에는 구조물 등의 문제가 있기 때문에 현재 목적으로 하는 곳은 연안 쪽입니다. 가급적 구조물들을 띄울 수 있는 가벼운 시설들을 설치 가능한 곳이 주입니다. 플라스틱, 비닐, PVC등을 제작하기도 했고 OPEN 된 시스템을 지향하고 있습니다.

기존에 있는 육상이나 사람이 살고 있는 곳에 추가적인 설치를 하는 것은 어려운 것이 사실이지만, 오히려 해양을 이용하기 때문에 가용 면적이 더 넓다고 할 수 있겠습니다.

‘국토 종단 주행 실험’을 진행하여 자동차 연료로 바이오 디젤을 넣어 서울-부산 구간의 주행도 문제가 없었습니다. 연료로서의 효율은 ‘지방산’만을 이용하기 때문에 에너지 효율은 차이가 거의 없습니다. 석유를 100으로 가정했을 때, 100:91~95 정도의 차이를 보이는데 이는 산소가 포함되어 있어 불완전연소 되기 때문입니다.

현재 연구는 에너지를 공급하는 수준이 아니라 품질 분석을 하는 등의 R&D상태이기 때문에 미세 조류를 어떻게 키우는지에 따라 천차만별이 되기 때문에 확답을 드리기는 어렵습니다.

 

Q4. 해양 바이오 에너지의 활용 분야가 궁금합니다.

 

A. 기존의 에너지원은 오직 에너지만을 목표로 하는데, 바이오 에너지의 경우에는 미세 조류의 50%를 지질이라고 가정하면 나머지 구성 물질인 단백질, 비타민, 탄수화물 등을 전부 활용할 수 있습니다.

화석연료는 증류탑을 이용해서 에너지원뿐만 아니라 아스팔트 등으로 사용할 수 있는 것처럼 원료의 모든 것을 사용하기 때문에 낮은 가격대가 형성되는 것입니다.

미세조류도 이와 마찬가지로 다양하게 활용할 수 있는데요, 탄수화물은 발효시켜 바이오 에탄올로 만들 수 있고 비타민은 무기물, 건강보조식품 등으로 가공할 수 있습니다. 또한 미세조류는 폐수도 먹기 때문에 친환경 목적으로도 활용할 수 있다는 것이 해양 바이오 에너지의 장점이라 할 수 있겠습니다.

[그림 3 해양바이오에너지 생산기술개발 연구센터의 연구 방향](출처-http://www.mbe.re.kr)

Q5. 마지막으로 연구에 최종 목표가 있으시다면 어떤 것이지 궁금합니다.

A. 현재 센터에서 진행되고 있는 연구를 다른 나라와의 연구와는 비교하기는 어려운데, 각 연구의 컨셉 차이가 있기 때문입니다. 어떠한 관점에서는 저희 센터가 해양바이오에너지 연구 분야에 대해서는 최고라 말씀드릴 수도 있습니다. 현재 진행중인 저희 연구의 최고 목표는 해양바이오에너지 상용화입니다. 하지만 이것이 아니더라도 해양을 어떻게 이용해야 하는지 등 다음에 연구하실 분들에게 자료와 방향을 제시하는 것도 목표입니다.

 

현재 해양바이오에너지를 통해 생산된 바이오디젤의 성분은 화석에너지를 대체 할 수 있을 만큼 완성된 상태이다. 지구의 표면은 70%이상이 바다, 우리가 이 무한한 가능성이 열린 바다에서 유해성이 없는 에너지를 생산 해낼 수만 있다면, 우리나라는 에너지 수입 의존도의 해결과 더불어, 더 나아가 신재생에너지 분야를 선도하는 에너지 강국이 될 수 있을 것이다.