“해양바이오매스는 탄소중립 에너지원”

강유진 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2020-01-28 17:11:54
  • 글자크기
  • -
  • +
  • 인쇄

[환경미디어= 강유진 기자] 바이오매스가 친환경 신재생에너지로 각광을 받고 있다. 특히 해양조류에서 유래되는 해양바이오매스는 국토가 좁은 한국에서 대체할 만한 에너지원으로 언급된다. 해양과학기술원 강도형 박사님에게 현재 우리나라 해양바이오매스 연구는 어디까지 왔는지, 한계점과 나아갈 방향을 들어봤다.

▲ 한국해양과학기술원 강도형 박사<사진제공=강도형박사>

Q. 한국해양과학기술원 소개 부탁드린다.
A. 한국해양과학기술원(Korea Institute of Ocean Science & Technology)은 국가 해양과학기술 발전과 국제경쟁력 확보를 위한 전문 과학기술 연구를 하는 기관이다. 주로 해양과학기술 연구, 해양산업 발전에 필요한 원천기술 개발 및 실용화 연구, 해양분야 우수 전문인력 양성, 지구환경 및 인류공동 재산 이용을 위한 과학기술인프라 구축 및 운영, 대학·연구기관·산업체 등과 공동연구 등을 한다.

Q. 바이오매스란 무엇인가?
A. 바이오매스는 원래 자연 또는 인공적으로 생산한 생물량(biomass)을 의미하나, 오늘날에는 에너지로서 이용되는 모든 생물자원을 의미한다. 구체적으로는 간벌에 의한 목재, 초지 경작에 의한 식물자원 및 부산물, 가축 배설물, 생쓰레기, 폐유, 볏짚 등의 농업 부산물, 사탕수수, 옥수수, 해조류 등 식물과 그 폐기물을 바이오매스라고 하고, 그것을 태우거나 기름으로 전환함으로써 에너지를 만드는 과정을 바이오에너지화 공정이라 일컫는다.

Q. 바이오매스가 신재생에너지로 각광을 받고 있다. 바이오매스는 어떤 점에서 친환경적인가?
A. 바이오매스 발전도 기본적으로는 화력발전과 동일하게 바이오매스 또는 연료를 연소시켜 전력을 얻는다. 태양광 발전과 달리 기후에 좌우되지 않아 안정된 전력이 얻어진다. 또한, 목재 잔재물을 목질 고형화(펠릿) 연료로 하거나, 가축 배설물을 발효시켜 메탄가스를 생산함으로써 연료를 직간접적으로 비축하는 것도 가능하다.
그러나 바이오매스 발전과 화력발전의 차이는 사용하는 연료의 원료가 바이오매스인가, 아니면 석유 및 석탄 등 화석연료인가 하는 차이에서 극명하게 갈린다. 화석연료를 태우면 그만큼 대기 중으로 온실가스인 이산화탄소가 방출되고 그것이 지구온난화의 원인이 된다. 반면 간벌에 의한 목재 등의 바이오매스 연료를 태우는 경우도 이산화탄소는 방출되나, 거기서 방출된 이산화탄소는 그 나무의 생장 환경에서 광합성에 의해 대기 중으로부터 흡수한 이산화탄소에 해당하기 때문에 대기 중 이산화탄소의 전체 농도에는 영향을 주지 않는다. 이를 탄소 중립 에너지원이라 부른다. 바이오매스 발전의 원천은 식물에 의해 흡수된 태양에너지이며, 환경 부하가 낮은 청정에너지라고 말할 수 있다.
해양조류

Q. 해양바이오매스의 이점은 무엇인가?
A. 우선 해양바이오(Marine Biotechnology, MBT)란 해양생물과 이들로부터 유래한 물질에서 인류에 유용한 지식과 물질을 얻는 연구 개발 활동을 말한다.
해양바이오의 범주 중 해양바이오연료(Marine Biofuel)는 해양조류 즉 대형해조류와 미세조류로부터 전환된 에너지로써 수송연료의 대체에너지원으로 불린다. 기후변화에 능동적으로 대체할 수 있는 재생가능 바이오연료라고 볼 수 있다.
우리나라는 경작 가능한 국토가 좁고 식량 수급 및 가격 문제가 국가적인 이슈로 대두 중이므로 육상식물을 이용한 바이오에너지 개발에 한계를 가질 수밖에 없다. 따라서 새로운 대체 원료인 해양식물에 관한 관심이 고조되고 있다. 

Q. 해조류가 바이오연료로 주목받는 이유는 무엇인가?
온실가스 저감을 위한 원료로서 해조류 및 미세조류가 전 세계 수많은 연구자들과 기업들로부터 차세대 바이오연료의 원료로 주목받고 있다. 그 이유는 ① 단위면적당 고생산성, ② 비식량 바이오매스 자원, ③ 비경작지 및 유휴공간 이용 가능, ④ 다양한 수자원 활용 가능(담수, 기수, 해수, 각종 폐수 및 하수 등), ⑤ 탁월한 온실가스 저감 능력, ⑥ 기존 인프라의 사용으로 사회적 투자비용 저감 및 7) 바이오연료 뿐만 아니라 단백질원 및 색소 형태의 고부가가치 원료 확보 등을 들 수 있다.
또한 단기간 내에 성장하는 미세조류의 특성 때문에 단위면적당 생산량이 높으므로 바이오연료용 육상식물들의 대량재배가 어려운 해안 인접 국가에서도 미세조류를 이용한 연료확보가 가능하다는 점이다.

Q. 한계점이 있다면 무엇인가?
A. 해조류 원료당의 특성을 분석한 결과, 현재 기술로 발효에 사용할 수 없는 단당류의 종류가 다양해 이론적인 수율을 증가시키는데 문제점이 있다.
반면 미세조류의 일종인 남조류는 고농도의 글루코오스 원료당을 함유하고 있고, 이산화탄소 흡수율이 높아 에너지 전환 비용이 상대적으로 적게 드는 장점을 가지고 있으나 기술개발 연구가 미비한 것이 현실이다. 더욱이 남조류를 이용한 휘발유용 바이오에탄올 생산기술은 세계적으로도 아직 상용화되지 않았기 때문에 지금이 해조류로부터의 바이오에너지 생산 기술의 선점 기회이다. 그러므로 바이오에탄올 원료로서 남조류 탐색 및 특허종주 확보와 이를 이용한 대량배양 연구는 대단히 중요한 사안이다.

Q. 이를 극복하기 위한 방안으로는 무엇이 있나?
실질적인 자료로 상용화에 접근해야만 사회적으로 실현 가능한 경제성 있는 해양바이오매스 바이오연료의 모델을 세울 수 있을 것이다. 생활·축산폐수 및 배출 CO2 활용 등 낮은 단가의 원료들을 이용할 수 있도록 정부에서 지원하고, 현재 보다 상대적으로 낮은 저비용 구조의 고밀도 배양-수확-탈수 및 추출기술이 개발되어야 할 것이다. 또한 바이오연료 뿐만 아니라 고부가가치 부산물 등도 동시에 개발하여야만 경제성, 재생가능성, 탄소중립성 등을 지속가능하게 할 것으로 판단된다.

Q. 해조류의 생산·판매가가 높아 경제성이 떨어진다는 지적도 있다.
A. 현재 상황에서는 그렇게 볼 수 있다. 식품 또는 가공식품 등으로 판매되는 해조류를 연료의 원료로 사용하게 되면 당연한 단가 문제로 보인다. 그러나 위에서 많은 설명으로 말씀드린 것처럼 지속가능성, 청정성, 이산화탄소 저감 등의 직간접적인 편익이 높기 때문에 사회적인 비용은 낮다고 볼 수 있다. 과거의 예에서 보듯이 석유사회로의 진입 시 발생했던 비용, 원전을 활용한 에너지 구조 전환 또한 초기에 투입된 비용이 천문학적인 점 등을 고려했을 때 해조류를 활용한 에너지원 전환은 지속가능성 측면에서 보다 나은 해결 방안이라고 판단된다.

Q. 유럽과 미국 등 바이오매스 연구가 활발한 나라들은 어느 정도 수준까지 도달했나?
A. 국제재생에너지기구(IRENA, International Renewable Energy Agency)에 따르면 바이오매스는 세계 재생에너지 공급에서 매우 중요한 비중을 차지할 것이라고 밝혔다. IRENA의 2030년 재생에너지 지도를 발표하면서 세계 에너지 구성에서 재생에너지 비중을 두 배로 만들기 위해서 현대적이며 지속 가능한 바이오매스 기술이 핵심 역할을 할 것이라고 강조하고 있다.
해양바이오매스는 다양한 분야로의 응용 잠재성이 높아 미국과 유럽의 선진국을 중심으로 연구개발이 지속적으로 시도되고 있으며, 미국은 에너지 안보의 관점에서 수송용 연료원의 대량생산에 초점을 맞추고 있고, EU에서는 국가별로 연구목적이 다양하며 주로 에너지원 개발, 사료 생산, 고부가 물질 추출 등을 주된 목적으로 기술개발에 있다. 현재 바이오에너지와 관련하여 고비용의 문제점을 해결하지 못한 상황으로 이를 해결하기 위한 기술적인 돌파구를 찾기 위해 미세조류 대량배양 등 R&D가 지속적으로 수행되고 있으며, 바이오에너지 산업의 경쟁력을 갖기 위해 고부가가치 물질 생산 기술을 병행하고 추진하고 있다.

Q. 국내에서 해조류를 이용한 바이오매스 연구는 어느 단계까지 진행되고 있나?
A. 미세조류를 활용한 바이오에너지 개발은 현재 경제적인 원료 확보 측면에서 이산화탄소, 폐수 등을 활용하고 있으며, 고밀도의 배양을 위해서 종 개량을 위한 유전자 기술과 LED기술을 적용하고 있다. 미세조류의 종 특성, 배양 조건에 따라 표적물질 및 물질 함량이 다르고 이와 관련된 다양한 부가가치 산업이 지속적으로 증가하고 있다. 국내에서도 바이오기능성소재 시장규모도 최근 꾸준하게 증가함과 동시에 미세조류 유래 기능성식품 시장도 지속적으로 증가할 것으로 전망된다.
해수부는 2009년부터 해양 미세조류를 활용한 바이오디젤 생산기술을 단계별로 추진하여왔는데, 1단계에서 실험실 규모의 바이오디젤 생산 기술을 개발하였고 2단계에서는 파일럿 규모에서 실증사업을 실시해 경제성을 검증하였으며 현재 3단계 대량생산 기술 확보 연구가 성공적으로 종료됐다. 해양바이오디젤 혼합유(BD 2.5%)를 이용한 차량 주행시험을 통해 해양바이오디젤 연료의 안전성과 성능 검증도 완료 된 상태다. 바이오디젤 downstream 생산 공정인 탈수-건조-추출공정은 현재 국내기술로도 가능하고, 일괄 공정도 가능하나 upstream 기술인 대량생산에 대한 경험축적 및 대량 추출 기술이 필요하다. 원유 채굴에 해당하는 미세조류 배양기술 및 대량양산 시스템은 대량 생산을 통한 단가 절감 효과가 있어 경제성 우위를 점할 수 있다고 본다.
우리나라는 2015년에 ‘2030 에너지 신사업 확산 전략’을 수립하고 저탄소경제로의 이행 계획을 발표됨에 따라 1차 에너지 대비 시재생에너지 비중을 확대하였고, 이에 따라 신재생에너지인 바이오연료의 비중이 2020년 18.8%, 2025년 19%로 결정됨에 따라 향후 기술수요가 확대될 전망이다. 따라서, 바이오연료 소재화 기술은 국내의 신사업 분야 기회가 될 것이며 강력한 정책적 지원이 뒷받침 된다면 오히려 가장 빠르게 성장할 것으로 판단된다. 국내에서도 기업참여형 생태기반을 구축하고 해양바이오에너지 개발 및 제품 상용화를 위한 산학연 클러스터 조성에 대한 필요성도 제기되고 있다.

Q. 국내 연구의 어려운 점은 무엇인가?
A. 2010년대 이후 국가 연구 프로젝트들이 추진되어 왔으나, 개발된 기술들의 업그레이드 및 공공-민간 협업 파트너십 프로젝트 지원이 점차 감소하고 있는 추세이다. 공동 투자를 통해 상호 이익을 추구하는 동시에 조류 바이오연료 및 관련 제품 생산 기술의 상업화를 가속할 만한 다양한 형태의 해양바이오매스 연구 컨소시엄 추진이 어려운 것이 현실이다.

Q. 해양바이오매스의 제도적 개선방안 및 국민 인식개선이 필요한 부분은 무엇인가?
A. 기술경제학적인 부분뿐만 사회경제학적인 부분들도 고려하고 발전시킬 수 있는 잠재력이 해양바이오매스 바이오연료의 중요성이라 볼 수 있다. 정부가 국가발전의 새로운 성장동력으로 해양바이오매스를 키우기 원한다면 첫째, 연료시장 및 연료정책의 기능 향상을 위한 제조 및 유통에 관한 장벽 제거를 우선해야 하며, 두 번째로는 투자 활성화를 위한 예측가능하고 간결한 구조의 행정/연구/세제 등을 지원해야 한다. 이는 개발된 기술들이 시장으로 빠르게 진입할 수 있는 조치의 가장 중요한 요소이며, 지원 후에는 기술 혁신을 가속화시키기 위한 지속적인 모니터링이 필요하다. 또한 미세조류 바이오연료의 각 분야에서 시장경쟁이 가능한 신속한 기술개발을 이끌어 내기 위해서는 현재보다 더 폭넓은 수요조사와 선정에 따른 연구아이디어 보상제도를 도입하고, 이 후 연구프로젝트 개발 및 수행 과정에서는 기술 혁신성을 위해 노력한 훌륭한 연구팀에 대한 강력한 연구 보상 또는 장려제 도입 등이 마련되어야 할 것으로 보인다.

Q. 끝으로 ‘환경미디어’ 독자들에게 한 말씀 하신다면?
A. 우리나라 에너지 시스템 안에 해양바이오매스를 이용한 바이오연료 기술이 빨리 진입할 수 있길 바란다. 위의 의견은 해양바이오매스의 상대효과 최대치를 고려해 언급했다. 화석연료는 유한한 자원이며 고갈 위험성이 높은 자원이다. 우리 세대에게 주어진 시간이 얼마 남지 않았다는 시간적인 절망 앞에, 비산유국인 우리나라는 기술개발만이 에너지주권을 가지거나 또는 수출할 수 있는 마지막 기회일지도 모르기 때문이다. 

 

[저작권자ⓒ 환경미디어. 무단전재-재배포 금지]

  • 카카오톡 보내기
  • 카카오스토리 보내기
  • 글자크기
  • +
  • -
  • 인쇄
  • 내용복사

헤드라인

섹션별 최신기사

많이 본 기사

오늘의 핫 이슈

ECO 뉴스

more

환경신문고

more

HOT포토