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바이오 에너지, 이제는 해양이다

곡물에서 해조류로 변화

2012년 02월 03일(금)

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곡물에서 해조류로 변화 2012년 02월 03일(금)

곡물로 만드는 ‘바이오에탄올’이나 ‘바이오디젤’ 같은 바이오에너지는 현재, 세계 에너지 시장에서 화석연료에 대비해 2%정도를 차지하고 있어 비중은 낮은 편이지만 매년 약 10%의 급속한 성장을 하고 있는 유망 친환경 에너지이다.

▲ 곡물로 바이오에너지를 만드는 공정은 여러가지 문제를 갖고 있다. ⓒFreeImage

하지만 옥수수 같은 먹을거리가 바이오 에너지의 원료로 쓰이면서 국제 곡물가격의 상승을 초래했는데 ‘장 지글러’ 유엔인권위원회 식량특별조사관은 “식량가격 폭등을 가져오는 바이오에너지 생산 확대는 인류에 대한 범죄행위”라고 지적한 바 있다.

사탕수수를 에탄올 생산의 원료로 이용하는 브라질도 열대우림 아마존 파괴 우려 때문에 국제적 비판 대상에 올라 있다. 이처럼 곡물로 만드는 바이오에너지는 넓은 면적의 토지가 필요하다는 단점과 수확을 일 년에 한번 밖에 하지 못한다는 한계를 가지고 있다.

해조류 활용한 친환경 바이오 에너지 주목

곡물로 만드는 바이오에너지가 가진 여러 문제로 인해, 최근에는 전 세계가 해양 자원인 해조류를 활용한 친환경 바이오 에너지에 주목하고 있다. 해조류는 이미 세계 도처에서 대량으로 생산되고 있기 때문에, 수질을 오염시키거나 경작지를 침범하지 않아도 된다는 잇점이 있다.

해조류에는 홍조류, 녹조류, 갈조류, 남조류 등과 같은 ‘대형 해조류’와 식물성플랑크톤인 클로렐라, 남세균류인 스피룰리나 등과 같은 ‘미세조류’가 있는데 많은 국내외 전문가들이 현재, 이런 해조류들을 이용한 에너지 활용 가능성에 대해 활발한 연구를 진행 중이다.

▲ 갈조류를 통해 바이오에탄올을 만드는 연구가 진행되고 있다. ⓒBio Architecture Lab

최근, 미국 캘리포니아주 버클리 소재의 ‘바이오아키텍처랩’ 과학자들은 “갈조류를 소화하여 에탄올을 생성하는 대장균을 만들어냈다”는 보고서를 Science지 최근호에 발표했다. 그동안 과학자들에게 있어서, 갈조류로부터 바이오에너지를 생산한다는 것이 쉬운 과제가 아닌 것으로 여겨져 왔기에 이번 연구결과는 획기적인 업적으로 받아들여 지고 있다.

해조류는 4가지의 당인 라미나린, 만니톨, 알지네이트, 셀룰로오스를 생성한다. 이중 갈조류가 생성하는 당 중 가장 큰 비중을 차지하는 것은 ‘알지네이트(alginate)’인데 이 알지네이트는 미생물을 이용하여 분해하기가 매우 까다로운 다당류로 유명하다.

이번 연구를 지휘한 요시쿠니 박사는 “연구진이 갈조류를 바이오에너지의 공급원으로 만들기 위해서는 ‘알지네이트의 분해’라는 난제를 먼저 해결해야만 했다”라고 말했다. 연구진은 알지네이트를 분해할 수 있는 해양미생물을 물색한 끝에 ‘비브리오 스플렌디더스(Vibrio splendidus)’라는 세균을 이용하여 분해에 관여하는 유전자를 추출할 수 있었다.

그리고는 이 유전자를 대장균에 이식한 후 대장균이 알지네이트를 단당류로 분해하는 것을 확인했는데 연구진은 한걸음 더 나아가, 이 대장균의 유전자를 조작하여 단당류를 에탄올로 전환시킬 수 있게 했다. 보고서에 따르면 이런 일련의 개발과정을 통해 연구진들이 갈조류의 알지네이트를 에탄올로 직접 전환시키는 일괄공정을 보유하게 된 것으로 파악하고 있다.

미세조류를 활용한 국내 연구도 활발

삼면이 바다로 둘러싸인 우리나라도 해조류를 이용해 바이오에너지를 얻기 위한 연구가 활발하다. 국내 최대 해양관련 연구기관인 ‘한국해양연구원’은 해조류를 이용한 바이오디젤을 개발 중이다. 해양연은 현재 클로렐라와 같은 ‘미세조류(microalgae)’에서 기름을 추출하는 원천 기술을 갖고 있다.

미세조류는 미역, 다시마 등의 대형 해조류에 비해 크기가 매우 작아 현미경으로 관찰되는 단세포형의 해조류인데 육상식물과 같이 광합성을 한다. 곡물에 비해 유전자조작이 비교적 쉬우며 다양한 종류의 유용물질을 생산한다는 점에서 바이오에너지로 사용할 수 있는 많은 장점을 지니고 있다.

특히, 곡물은 1년에 1~2회밖에 수확할 수 없지만 미세조류는 성장속도가 빨라 연중 20회 이상 생산이 가능하다는 장점이 있기 때문에 해양연은 오는 2013년까지 현재의 바이오디젤 생산단가를 리터당 2,500~7,500원보다 낮은 2,000원 이하로 낮출 수 있을 것으로 기대하고 있다.

해양연은 2013년부터 미세조류를 이용한 바이오에너지를 본격 양산한다는 계획으로 현재, 산업체와 공동연구를 진행하고 있는데 해양연과 참여기업들은 바이오에너지와 고부가물질을 포함해 3천억 원 이상의 수익을 창출할 수 있는 10ha급 생산 단지 완성을 목표로 하고 있는 것으로 알려졌다.