최근 영국의 국제적 싱크탱크인 E3G는 G20 국가 중 우리나라의 저탄소 경쟁력 지수를 4위로 꼽았다. 그만큼 녹색성장 잠재력이 우수하다는 얘기며, 정부 역시 오는 2020년 녹색성장 7대 선도 국가에 이어 2050년 세계 5대 녹색강국 실현을 목표로 하고 있다.
이 같은 녹색성장의 동력은 녹색기술, 즉 그린기술이다. 그린기술은 환경과 성장이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 핵심 프레임인 것이다. 서울경제 파퓰러사이언스는 한국산업기술진흥원과 공동으로 2회에 걸쳐 세계 그린기술의 현주소와 우리나라가 나가야 할 방향을 짚어볼 계획이다.
1. 환경과 성장, 두 마리 토끼 잡는 그린기술
지구온난화는 이제 인류 생존의 위협으로 다가왔다. 지구의 온도가 1℃만 올라도 4억~17억 명의 지구촌 사람들이 물 부족을 겪게 되고, 양서류의 멸종 위기 등 생태계에도 상당한 타격을 미치게 된다.
그런데 21세기 말 지구의 평균 기온은 최고 6.4℃ 상승할 것으로 전망되고 있다. 이는 가뭄·홍수·폭염 등의 형태로 표출될 것이며, 기후 변화로 인한 경제적 손실 역시 매년 세계 GDP의 5~20%에 달할 것으로 우려되고 있다.
우리나라는 지구온난화에 취약하다. 실제 지난 1912년부터 2008년까지 근 100년 동안 평균기온이 1.7℃ 상승했는데, 이는 세계 평균 수준을 크게 상회하는 것이다. 특히 경제적 손실은 더욱 직접적일 것으로 전망되고 있다. 전 세계적인 에너지자원 고갈 위기와 화석연료에 대한 높은 수입 의존도 양(兩) 측면에서 어려움을 겪을 공산이 크기 때문이다.
지난 2006년 현재 우리나라의 에너지원별 비중을 보면 석유와 석탄이 각각 43.6%와 24.3%를 차지할 정도로 화석연료에 대한 의존도가 높은 상태다. 여기에 LNG와 원자력 원료 등을 포함하면 에너지원의 수입 의존도는 무려 97%에 달한다. 위기인 셈이다.
하지만 위기는 곧 기회의 다른 말이며, 해법은 다름 아닌 녹색성장이 될 것이라는 게 관련 전문가들의 공통된 견해다. 그동안 경제성장은 환경파괴를 동반해 왔지만 앞으로는 이들 사이의 탈동조화를 실현해 환경과 성장 문제를 모두 해결하자는 것.
녹색성장의 핵심은 녹색기술, 즉 그린기술이다. 그린기술 확보 여부가 국가의 성장 동력과 지속 가능한 발전을 위한 핵심 요소라는 것이다. 현재 미국, 유럽, 일본 등 선진국들은 그린기술 개발에 총력을 기울이고 있다. 우리 나라도 지난 2008년 8월 저탄소 녹색성장을 국가 비전으로 제시한 이후 그린기술을 통한 비전 실현에 주력하고 있다.
구체적인 스케줄도 잡힌 상태다. 2010년까지는 녹색성장 인프라를 확립하고, 2013년에는 그린기술을 통한 산업 강국을 실현한다는 것. 그리고 2020년에는 녹색성장 7대 선도 국가에 이어 2050년 세계 5대 녹색강국 실현을 목표로 하고 있다.
원천 그린기술 확보 중요
우리나라는 그동안 중화학, 전자 등 주력산업 육성을 통해 고도의 경제성장을 이루었다. 하지만 최근에는 저성장 국면에서 벗어나지 못하고 있다. 실제 우리나라는 지난 1993년 GDP 기준 세계 12위의 경제대국으로 도약한 이래 15년간 11~13위를 오르내리는 등 정체 양상을 보이고 있다. 이는 기존 경제성장 패러다임이 한계에 부딪힌 것을 의미한다.
실제 우리나라는 글로벌 경제 침체와 경쟁 심화로 수익창출 모델을 전환하지 않으면 현재의 경쟁력도 유지하기 어렵다는 지적을 받고 있다. 또한 앞으로 거세질 환경 및 탄소 규제 등을 감안하면 현재의 화석 연료 의존구조로는 국가 전반에 걸쳐 부정적 영향을 받을 것으로 전망되고 있다. 새로운 경제성장 패러다임으로의 전환 목소리가 갈수록 커지고 있는 것도 이 때문이다.
녹색성장은 경제성장과 환경보호를 동시에 달성할 수 있다. 산업별 가치사슬 전체를 환경친화적인 저탄소형으로 바꿔 경쟁우위를 확보하면 새롭게 부상하고 있는 글로벌 그린시장을 선점할 수 있다는 것이다. 이렇게 하면 산업발전과 환경문제 해결의 선순환 구조를 정착시킬 수 있는 것은 물론 지속 가능한 성장 잠재력도 확보할 수 있다.
하지만 그린시장은 더 이상 따라잡기 방식의 기술로는 통하지 않는다. 원천 그린기술에 초점을 맞춰야 한다는 얘기다. 원천기술이란 제품을 만드는 데 없어서는 안 되는 핵심기술로 로열티 수입은 물론 산업 장벽의 역할까지 할 수 있다.
우리나라는 지난 1970년대를 기점으로 단기간 내 고도의 성장을 이뤄냈다. 하지만 이 같은 고속 성장은 원천기술의 개발보다는 응용기술을 통해 이루어졌다. 쉽게 말해 선진국의 기술을 모방하고, 이를 개량해 제품을 만들어 팔았던 것. 이 같은 패러다임은 단기간에 메이드 인 코리아의 위상을 높이기는 했지만 수출이 늘어날수록 원천기술 사용에 따른 비용부담이 커져가는 외화내빈의 결과를 초래했다.
상업화 전제로 한 그린기술
현재 우리나라의 그린기술 수준은 선진국 대비 50~85% 수준이다. 아직 갈 길이 멀다는 얘기다. 이처럼 따라 잡아야 할 기술은 많고, 시간과 재원은 한정돼 있기 때문에 기술 격차를 줄이기 위해서는 투 트랙(Two-track) 전략이 필요하다는 지적도 나오고 있다.
우선 인프라가 확보돼 있고 상대적으로 선진국에 근접해 있는 기술의 경우 국내 R&D 역량 강화와 개방성 확대를 통해 독자 기술 확보에 주력해야 한다. 또한 기술 개발에서부터 사업화에 이르기까지의 연계를 강화해 전 주기적 지원 시스템을 구축하는 전략도 필요하다.
그 반대의 경우, 즉 인프라도 미약하고 기술 수준도 뒤처진 분야는 해외 연구기관 및 기업들과의 기술교류를 통해 기술 격차를 극복해야 한다. 일반적으로 그린기술은 롱 텀-하이 리스크(Long Term-High Risk)의 특징을 갖는다.
기술 개발 후 실증 및 보급 단계를 거쳐야 한다는 것이다. 또한 그린기술은 네트워크에 기반을 둬야 하기 때문에 에너지원별 포트폴리오 및 보급정책, 그리고 기술 개발이 유기적 연계 속에서 작동해야 한다. 이 때문에 기존 주력산업과는 차원이 다른 해법이 요구되고 있다.
특히 그린기술은 상용화를 전제로 해야 한다. 아무리 좋은 기술이 있다고 하더라도 최종적으로 상용화가 이루어지지 않으면 무용지물이다. 이는 해당 기술의 연구개발에 정부가 천문학적 자금을 지원한다고 해도 마찬가지다.
현재 미국, 유럽, 일본 등 선진국을 보면 상당수의 그린기술이 연구개발 수준을 넘어 상용화 단계에 돌입해 있다. 차세대 신재생에너지 활용 기술의 경우 풍력이나 태양광은 물론이고 태양열과 축산분뇨, 버려진 열까지 모두 재활용돼 판매되고 있다. 전기자동차의 경우 현재 40마일밖에 가지 못하는 배터리의 용량을 늘려 상품성을 제고하는 데 기술 개발의 초점이 맞추어져 있다.
미국에서는 우주 태양열 발전도 추진되고 있다. 약 3만5,000㎞ 상공에 거대 태양전지판을 설치, 우주에서 햇빛을 모은 뒤 태양열을 전기로 바꿔 지구로 보낸다는 것. 이럴 경우 지표면에 설치된 약 1마일 길이의 수신기로 이를 받아 각 가정에 송신할 수 있다는 것이다. 거대한 태양전지판을 우주로 쏘아 올리는 것이 관건이기는 하지만 선진국의 그린기술은 현재 여기까지 검토되고 있는 상태다.
기존 산업에도 접목 필요
세계 각국이 펼치고 있는 그린 레이스에서 살아남고, 특히 그린시장 선점을 위해서는 기존 산업에도 그린기술을 접목하는 게 중요하다. 국내 산업 전반을 환경친화적인 저탄소형으로 전환해 경쟁우위를 지속해야 한다는 것.
전통적으로 강한 면모를 보여 온 IT산업 역시 그린기술화를 유도하겠다는 정부의 방침은 이 같은 배경에서 출발한 것이라고 볼 수 있다. PC·디스플레이·서버 등을 그린제품으로 개발하고, 현재보다 10배 빠른 세계 최고 수준의 인터넷 네트워크를 구축하는 것이 대표적이다. 정부는 이 같은 내용의 그린 IT 국가전략 10대 과제의 추진을 위해 지난해부터 오는 2013년까지 총 4조2,000억 원을 투자할 계획이다.
철강, 조선, 석유화학 등의 주력산업에도 그린기술이 접목돼야 한다. 이들 산업은 현재 온실가스 대량 배출의 주범으로 꼽히고 있다. 이에 따라 정부는 초경량·고효율의 철강소재 개발, 폐자원 활용 섬유의 개발, 폐열 등 공장 부산물의 재활용에 대한 R&D 지원을 늘리고 설비 투자 역시 확대한다는 계획이다.
기존 산업에도 그린기술이 필요하다는 것은 이미 자동차 시장에서 확인되고 있다. 최근 프랑스는 ㎞당 13g 이상의 탄소를 배출하는 자동차에 대해 환경관세를 부과하기 시작했다. 탄소를 많이 배출하는 수입 자동차 가격을 비싸게 만들어 자국의 자동차 산업을 보호하겠다는 의도다. 프랑스 이외의 유럽 주요 국가 역시 조만간 유사한 수준의 자동차 탄소 규제를 실시할 것으로 전망되고 있다.
최근 들어 그린기술이 지구를 구한다는 목소리가 거세지면서 그린 라이프 역시 확산되고 있다. 세계시장 역시 '그린'으로 무게추가 옮겨가고 있다. 녹색성장, 그리고 그린기술은 이제 선택이 아닌 필요충분조건이 된 것이다.
2. 녹조류와 미생물로 만드는 그린에너지
월스트리트저널은 최근 에어리튬 배터리, 풍력저장소, 지하발전소, 바이오연료 등 포스트 석유시대를 이끌 차세대 에너지원을 소개했다.
에어리튬 배터리는 전기자동차에 쓰이는 현재의 배터리 용량에 한계가 있다는 점에서 제기된 것이다. 지금의 배터리로는 한 번 충전에 40마일 밖에 가지 못한다는 것. 이의 대안으로 리튬이온 배터리가 주가를 올리고는 있지만 값이 비싸고 무겁다는 단점이 있다. 에어리튬 배터리의 기본 콘셉트는 공기 중의 산소로 배터리를 충전한다는 것으로 대단히 획기적이다.
여기에 풍력저장소, 지하발전소 등의 차세대 에너지원이 기술적으로 성공한다면 전 세계 에너지 기상도는 혁신적으로 변할 것이다. 하지만 획기적이고 혁신적인 아이디어는 그만큼 상용화에 따른 어려움이 수반될 수밖에 없다. 이 때문에 상대적으로 바이오연료에 대한 관심이 커지고 있는 상태다.
바이오연료가 현재는 물론 차세대 에너지원으로도 각광받고 있는 이유는 크게 3가지로 요약될 수 있다. 첫 번째는 환경문제를 해결할 수 있다는 것. 바이오연료의 연소를 통해 대기 중으로 방출되는 이산화탄소의 양은 식물이 성장을 위해 이전 몇 해 동안 대기 중에서 끌어다 쓴 것과 같기 때문에 결과적으로 실질적인 증가는 없다는 얘기다.
두 번째는 물과 온도 조건만 맞으면 지구 어느 곳에서나 바이오연료 생산을 위한 원료를 얻을 수 있다는 것이다. 그리고 세 번째는 기존 에너지 관련 시설이나 체제를 바꾸지 않고 단지 연료를 대체하는 것만으로 에너지 패러다임의 전환이 가능하다는 것이다.
그렇다고 해서 바이오연료에 문제가 없는 것은 아니다. 바이오에탄올과 바이오디젤로 대변되는 바이오연료는 옥수수, 사탕수수, 밀, 보리, 콩 등의 곡물이나 유지(油脂)작물을 연료로 전환하는 것인 만큼 식량공급 차질 및 이로 인한 가격앙등이라는 측면에서 문제가 되고 있다. 특히 브라질에서는 바이오연료 생산을 위한 농지확보 차원에서 아마존 산림을 무차별 개발, 사막화 현상과 지구온난화를 부채질하고 있다는 지적이 나오고 있다.
이처럼 식량공급에 문제를 일으키고 산림을 훼손하는 바이오연료 생산은 일정한 한계를 가질 수밖에 없다. 이에 따라 녹조류(綠藻類)나 미생물을 이용해 바이오연료를 얻는 진정한 의미의 그린에너지가 급부상하고 있다.
녹조류 이용한 바이오디젤 생산
석유를 대체할 차세대 에너지원 후보로서 녹조류는 다소 생소해 보일 수 있다. 하지만 녹조류는 분명 연료로서의 자질이 있다. 광합성 과정에서 지방성분의 식물성 오일을 생산해내기 때문이다.
사실 녹조류는 식물성 오일을 얻을 수 있는 여타 유지작물에 비해 특별한 장점이 있다. 콩이나 유채꽃 등은 온도, 습도, 그리고 토질과 같은 환경적 조건이 맞아야 생장이 가능하다. 반면 녹조류는 햇빛과 물, 그리고 이산화탄소만 있으면 된다. 좁은 공간에서도 급속도로 번식하기 때문에 어디서든 재배할 수 있다.
바이오디젤의 원료로서 녹조류가 갖는 메리트는 수치로도 확인된다. 현재 미국에서 자동차가 소비하는 가솔린과 디젤을 대체하기 위해서는 매년 22조2,460억ℓ의 바이오디젤이 필요하다.
콩을 가지고 이를 충당하려면 무려 12억1,400만 헥타르의 재배공간이 필요하며, 유채꽃의 경우에는 4억 헥타르의 땅을 더 확보해야 한다. 하지만 녹조류는 3,844만 헥타르만 있으면 되며, 땅이 비옥할 필요도 없다.
미국 콜로라도 주 포트 콜린스에 있는 솔릭스 바이오퓨얼스는 보트 리오코커스 브라우니라는 녹조류를 이용해 바이오디젤을 만들고 있다. 녹조류는 외부환경과의 접촉 없이 폐쇄공간에서 빛과 이산화탄소를 공급해주는 폐쇄형 광-바이오 반응기를 통해 재배된다.
이는 바이오디젤을 추출하는 과정에서 녹조류 재배단지가 위치한 토지나 수원에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다. 물론 좁은 공간에서 많은 녹조류를 재배하기 위한 목적도 있다.
녹조류에서 바이오디젤을 추출하는 메커니즘은 다음과 같다. 우선 녹조류를 재배, 지방을 축적시킨다. 녹조류가 어느 정도 성장하면 온도를 높이거나 영양소를 파괴하는 방식으로 스트레스를 가한다. 녹조류는 영양분이 부족하면 생존을 위해 지방성분을 추가로 생산하기 때문이다.
충분한 지방이 축적되면 녹조류를 수확해 분쇄한다. 그리고 메탄올 등의 용매를 사용해 수용성 단백질과 당분 등을 제거하고 지방성분만 분리한다. 이 같은 상태에서 용매를 가열해 증발시키면 순수한 지방성분만 남게 된다. 마지막으로 전이(轉移) 에스테르화라는 화학 공정을 거쳐 바이오디젤로 전환하게 된다.
솔릭스의 브라이언 윌슨 최고기술경영자(CTO)는 "녹조류에는 약 70%에 가까운 지방성분이 함유돼 있다"면서 "이를 화학공정을 통해 바이오디젤로 전환하면 1에이커 당 최대 5만3,000 갤런을 생산할 수 있다"고 말했다. 그는 이어 "녹조류를 바이오디젤로 전환하는 과정에서 많은 부산물이 발생한다"면서 "분쇄된 녹조류는 동물사료, 카본 하이드레이트는 바이오플라스틱 제조에 사용한다"고 덧붙였다.
솔릭스는 현재 콜로라도 주 남부 인디언 보호구역에 1만2,000평 규모의 파일럿 시설을 건립하고 있다. 조안나 모네 부사장은 "최근 메이저 정유회사들도 녹조류를 이용한 바이오디젤 생산에 관심을 갖고 있는 상황"이라며 "솔릭스는 오는 2012년까지 연간 500만 갤런 이상의 바이오디젤을 생산할 계획"이라고 말했다.
미생물 이용해 바이오연료 생산
일부에서는 유전자를 미생물에 접목시키는 유전공학을 이용, 바이오 연료를 생산하는 방안도 추진하고 있다. 바이오에탄올은 파이프라인을 부식시키기 때문에 현재 운용되고 있는 인프라로는 보낼 수 없다.
또한 미국에서 생산되는 모든 옥수수에서 바이오에탄올을 채취한다고 해도 연간 사용되는 5,510억ℓ의 가솔린 중 12%만 대체할 수 있다. 게다가 바이오에탄올은 에너지 밀도 역시 낮다.
물론 식물의 줄기와 가지 등 셀룰로오스를 이용해 바이오에탄올을 생산할 수도 있다. 하지만 이를 대량으로 생산하려면 여러 가지 기술적 문제를 해결해야 한다. 이에 따라 미생물을 이용해 가솔린, 디젤, 제트유 등의 탄화수소계 연료와 유사한 바이오연료를 만들어 내려는 움직임이 활발하다. 미국 캘리포니아 주 에머리빌에 있는 아미리스 바이오테크놀로지스가 대표 주자.
아미리스는 현재 유전자 변형된 대장균을 이용해 바이오연료를 생산하는 기술을 개발, 상용화를 앞둔 상태다. 메커니즘은 이렇다. 우선 다양한 유기체에서 채취해 온 유전자를 대장균에 접목시키고, 어떤 유전적 형질을 가진 대장균이 가장 효율적으로 당분을 바이오연료로 바꾸는지 관찰한다.
그런 다음 가장 우수한 종을 대규모로 번식시킨다. 유전자 변형 대장균은 식물에서 추출한 당분을 소화시키고, 배설물로 탄화수소를 배출한다. 배출된 탄화수소의 분자 종류에 따라 정제작업을 거쳐 바이오연료를 만드는 것.
이렇게 생산된 바이오연료는 기존의 가솔린, 디젤, 제트유 등과 혼합해 사용할 수 있다. 탄화수소계 연료와 성분이 유사해 별도의 정제 공정 없이 기존 엔진에 그대로 사용하는 것도 가능하다. 특히 추가적인 인프라 투자 없이 기존의 파이프라인을 이용해 주유소에 보급할 수 있다.
에너지로서의 효용성 또한 높다. 일례로 기존 제트유는 빙점이 영하 40℃에 불과한 데 비해 유전자 변형 된 대장균으로 만든 바이오연료는 영하 57℃다. 일반적으로 빙점이 낮으면 항공기가 더 높은 고도에서 비행할 수 있으며, 극지를 비롯한 혹한 지역에서도 연료가 얼어붙을 가능성이 적다.
아미리스의 존 메로 최고경영자(CEO)는 "실험실 연구 수준에 머물고 있는 다른 업체들과 달리 아미리스는 대량생산 기능을 갖추고 있다"면서 "오는 2015년까지 연간 10억 갤런의 바이오연료를 생산할 계획"이라고 말했다. 그는 이어 "아미리스의 바이오연료는 기존 탄화수소계 연료보다 저렴하기 때문에 미국이 매일 수입하는 2,000만 배럴의 석유를 대체해 나갈 수 있을 것"이라고 덧붙였다.
구본혁기자 nbgkoo@sed.co.kr