지구온난화와 석유자원 고갈, 유가상승이 예상됨에 따라 신재생에너지 가운데 바이오연료(디젤ㆍ에탄올ㆍ메탄 등)가 각광받고 있다. 그런데 옥수수ㆍ사탕수수ㆍ콩 등 식용작물을 이용한 바이오연료 생산은 지구상의 기아 문제가 완전히 해결되지 못한 상황에 따른 윤리적 비판과 증산으로 인한 환경오염 문제 등이 제기돼왔다.
환경오염 없는 차세대 녹색연료
하지만 햇빛ㆍ이산화탄소ㆍ물만 있으면 광합성을 통해 식물성 기름 성분을 합성하는 조류(藻類)를 활용하면 이 같은 문제를 피하고 온실가스 저감에도 기여할 수 있다. 특히 현미경으로 관찰할 수 있는 미세조류(microalgae)는 기름 함량이 30%인 경우 1㏊(1만㎡)당 5만8,700리터의 바이오디젤을 생산할 수 있다. 이는 콩(446리터)의 130배, 인도네시아ㆍ말레이시아 팜나무 열매(5,950리터)의 10배나 된다. 미세조류가 차세대 바이오연료 공급원으로 주목받는 이유다.
미세조류는 증식속도가 빠르고 유전자 조작에 따른 기능 향상이 비교적 쉬워 장기적으로 원유에서 뽑아낸 디젤을 대체할 유일한 자원으로 평가된다. 대부분의 작물생산에 적합하지 않은 높은 염도, 강한 알칼리 등 극한환경에서 생장하는 것들도 있다. 조류 배양의 배지로 축산폐수를 이용할 경우 질소ㆍ인과 같은 영양염류의 농도를 현저히 낮출 수 있어 호소(湖沼) 부영양화에 따른 수질 문제 해결에도 큰 도움을 줄 수 있다.
다만 현 단계에서 미세조류를 광생물반응기로 배양해 바이오디젤 1리터를 생산하는 데 드는 비용은 2.8달러로 팜유(0.52달러)의 5.4배나 돼 원가절감 노력이 필요하다. 특히 기름의 구성성분 중 올레익산(oleic acid) 함량, 기름을 짜내고 알코올에 반응시켜 바이오디젤로 만드는 공정의 효율성을 높이고 비용을 낮춰야 한다. 다행히 미세조류는 품종개량과 분자적 균주개량으로 획기적 생산성 증대가 가능해 우량균주 개발, 고밀도 배양, 바이오연료 전환기술 등 혁신적 기술개발이 이뤄지면 팜유와 가격경쟁이 가능할 것으로 예상된다.
유엔식량농업기구(FAO)는 오는 2030년에는 액체 바이오연료가 전세계 도로교통 연료 수요의 4~7% 정도를 담당할 것으로 전망하고 있다. 현재 미국, 유럽연합(EU), 일본, 브라질 등 많은 나라들이 바이오연료 생산에 박차를 가하고 있다. 국내 기업들도 미세조류를 이용한 바이오연료 생산을 추진하고 있어 산업화를 위한 스케일 업(scale up) 연구가 잇따를 것으로 전망된다.
미세조류를 이용한 바이오연료 생산은 국제적으로도 신산업 분야이며 다양한 요소기술이 필요하다. 미국은 지난 2007년 조류바이오매스기구(Algal Biomass Organization)를 창립했고 EUㆍ호주 등도 다수의 산학연관 협의체를 구성해 조류 바이오연료 연구개발(R&D) 및 산업화를 체계적으로 추진하고 있다.
공정개선·원천기술 확보해야
우리나라도 21세기프런티어연구개발사업ㆍ신재생에너지기술개발사업ㆍ미래해양기술개발사업을 통해 미세조류 대량배양 등에 필요한 기반 요소기술을 확보하고 있다. 다만 미세조류 탐색에서 바이오연료 생산에 이르기까지 다양한 핵심기술 개발, 단계적 스케일 업 등의 사전검토 없이 투자에 나설 경우 경제성 확보에 어려움이 예상된다. 따라서 향후 경쟁우위를 확보할 수 있는 분야를 잘 선정하고 원천기술 등의 확보를 위한 투자에 적극 나설 필요가 있다.
곡류식물의 품종개량, 재배기술 개발 등 20세기 녹색혁명이 지구촌의 식량위기를 완화시켰던 것처럼 21세기에는 조류의 분자적 균주 개량에 따른 유전자혁명이 기후변화 대응 및 에너지 위기 해결에 크게 기여할 것으로 기대한다.
