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미세조류 이용 바이오디젤 생산

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▲ 오유관 선임연구원
우리나라는 석유 부존자원이 없으며 대부분 수입에 의존하고 있다. 국제유가, 기후변화, 정치 환경변화 등에 의한 수급 상황에 따라 경제가 크게 영향을 받고 있으며, 국내 기술 및 자본을 이용한 대체에너지 기술개발 및 자원 확보가 절실한 상황이다. 특히 수송용 부문에서 석유 대체가 어렵다는 한계가 있다. 수송부분에서 사용되는 에너지는 전체 에너지 소비량의 21% 수준이며, 이중 98%는 석유에 의하여 공급되고 있다(2006년 기준). 따라서 석유 대체 연료원으로 바이오연료 기술이 각광을 받고 있다.

 

그러나 현재 바이오디젤은 주로 콩, 유채 등의 식용작물의 식물성 기름을 이용해 생산되고 있으며(1세대 바이오연료), 이는 곡물가격 상승을 유발해 아프리카와 같은 빈곤 국가와 저소득층의 식량난을 가중시킨다는 비판을 받고 있다. 또한 늘어나는 바이오디젤 수요에 맞춰 팜유와 같은 원료 생산을 위해 광범위한 열대우림 또는 산림이 개발되고 있으며, 이는 오히려 지구온난화를 부추긴다는 지적도 있다. 더욱이 우리나라는 바이오디젤의 원료(대두유) 대부분을 수입하고 있으므로 수급 및 가격이 석유자원과 유사하게 대외적인 상황 변화에 크게 의존할 가능성이 높다.

 

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 기존 식용작물 대신 미세조류(Microalgae)를 원료로 활용하는 기술이 차세대 바이오디젤 기술로 많은 관심을 받고 있다. 미세조류는 물, 이산화탄소와 햇빛을 이용하여 광합성 성장이 가능한 단세포성 광합성 미생물을 통칭하며, 식물플랑크톤으로도 부르고 있다. 미세조류는 광합성만 가능하다면 황무지, 해안가, 바다 등 어디서든 배양할 수 있어 기존 식용작물과 토지나 공간 측면에서 상호 경쟁하지 않는다. 미세조류는 광합성을 통해 양질의 식물성 오일을 생체 내에 축적하며, 단위 면적당 오일 생산량이 기존 식용작물에 비해 50-100배 이상 높은 것이 특징이다. 또한 대량으로 배양할 수 있으며, 식용작물과 달리 매일 수확할 수 있다. 더불어 미세조류는 화력발전소 등의 부생가스내 고농도 이산화탄소(15% 수준)를 직접 흡수해 성장할 수 있으므로 이산화탄소 저감 효과도 크다.

 

전 세계 바이오연료 시장 규모는 현재 20조원 규모에서 2015년에는 53조원으로 증가할 것으로 전망된다. 그러나 기존 경작지를 이용한 콩, 옥수수 등 식용작물 재배로는 늘어나는 바이오연료 수요를 맞출 수 없을 것으로 예상된다. 이에 대응하고자 전 세계적으로 미세조류 바이오연료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들면 대표적인 다국적 정유기업인 미국 액손모빌사는 2009년 미세조류 바이오연료 분야에 6억 달러 규모의 연구비 투자를 발표했고, 미국 에너지부는 2009년부터 8,000만 달러 규모의 종합적인 R&D 프로그램을 착수하였다. 일본 도요타 자동차는 최근 부품업체 덴소, 교토대 등 대학연구팀과 함께 2020년을 목표로 조류 바이오연료 상용화 계획을 발표하였다. 우리나라의 경우 한국에너지기술연구원, 한국생명공학연구원 등 정부 출연 연구원을 중심으로 다양한 연구가 진행되고 있다.

 

미세조류 바이오디젤 생산기술은 이산화탄소 저감, 친환경 연료 개발, 새로운 녹색산업 창출 등 여러 장점을 지니고 있지만 기존 1세대 바이오연료 기술보다 아직 상대적으로 경제성이 낮다. 대두유, 유채유, 팜유 등을 이용한 바이오디젤의 생산비용이 리터당 0.5-1.0 달러 수준인 반면 미세조류 바이오디젤의 생산단가는 최소 리터당 2달러 이상으로 추정되고 있다.

 

미세조류 바이오연료 기술의 경제성을 확보하기 위해서 다양한 기술들이 시도되고 있다. 자연계 탐색 또는 유전자 조작을 통해 오일 생산능력이 높은 조류 확보, 효율이 높고 비용이 저렴한 조류 배양시스템 개발(광생물반응기, 개방형 연못, 해양 배양시스템 등), 화력발전소, 주정공장 등 이산화탄소 대량 배출산업의 배기가스, 폐열, 냉각수의 활용, 조류 배양 영양원(질소, 인)으로 생활폐수 또는 하수의 이용 등이다. 이외에 조류 바이오매스로부터 바이오디젤을 생산하고, 잔여 부산물로부터 고부가가치 바이오복합소재, 수소, 전기, 열 등도 생산하는 바이오정유(Biorefinery) 기술도 연구되고 있다. 이들 기술이 개발된다면 기존 석유가 정유 기술을 통해 경유, 휘발유와 같은 수송용 연료와 함께 수많은 화학제품을 생산했던 역할을 재생가능한 조류 바이오매스가 대체할 수 있을 것으로 예상된다.

 

석유자원 부재로 인한 석유 대체 자원개발은 국가적 요구사항이며, 온실가스 위기 및 석유자원 고갈로 인해 대체 에너지산업에 대한 기업의 인식도 변화하고 있다. 미세조류 바이오연료 기술은 대체에너지 다각화와 자립기반 구축이라는 관점에서 정부와 기업의 지속적인 관심과 투자가 필요하다.

한선미  freesmhan@hkbs.co.kr

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