바이오연료로 떠오르는 '미세조류'…식용유·사료 등으로도 활용

생명硏 리포트 - 윤진호 세포공장연구센터 선임연구원

신규 활용처 모색 연구 활발
비용·온실가스 배출 고려해야

오늘날 석유와 천연가스는 대부분 공룡이 거닐던 중생대의 광합성 미세조류에서 유래했다. 흔히 3세대 바이오매스로 여겨지는 미세조류는 최근 바이오연료의 원료로 부각되면서 다각도로 연구되고 있다.

육상식물과 비교해 미세조류는 바이오매스 생산성이 높고 기존 식량자원과의 경쟁에서도 자유롭다. 폐수에 포함된 영양염류뿐 아니라 산업에서 배출되는 이산화탄소를 원료로 생산 가능하다는 장점이 있어 국가 온실가스 감축 목표를 달성하기 위한 탄소포집·활용(CCU) 기술의 핵심 소재로도 거론된다.

윤진호 연구원이 실험실에서 연구하고 있는 모습.

○석유처럼 정제해 다각도로 활용

미세조류를 활용하려면 단위면적당 생산성을 높이는 등 요소기술 전반에 걸친 기술 고도화가 필요하다. 미세조류의 신규 활용처를 다각도로 확대하는 노력도 중요하다. 미세조류를 바이오연료로 만드는 기술은 어느 정도 확보됐지만 이 과정에 투입되는 에너지와 비용을 고려하면 기존 연료 대비 약 10배 더 비싸다. 바이오연료로의 활용만 고집하기 어려운 이유다.

석유화학산업에서 미세조류 기술의 경제성 문제 극복할 단서를 얻을 수 있다. 최근에는 온실가스의 주범으로만 비춰지지만 사실 석유화학산업은 경유, 휘발유 등의 연료와 아스팔트, 플라스틱 원료 등을 생산하는 원료 고효율 사용 산업이다. 근래 석유를 정제하듯 바이오매스를 정제해 다양한 제품군을 만들어내는 바이오리파이너리 분야 연구가 활발하다.

미세조류 바이오매스 유래 지질 분획은 식용유, 윤활유, 건강기능성 소재 등으로 활용할 수 있다. 지질을 추출한 후 단백질, 섬유질 등으로 활용하려는 시도도 있다. 어사료나 단미사료 등으로 쓰거나 잔사 바이오매스를 가수분해한 뒤 얻어지는 영양염류를 미세조류 등 미생물 먹이로 재사용하기도 한다. 또 잔사 바이오매스는 플라스틱 복합체 제조 시 고분자를 일부 대체하는 형태로 활용할 수 있는 것으로 알려졌다. 이론상 미세조류 바이오매스에서 버려지는 부분 없이 모두 활용하는 미세조류 바이오리파이너리 디자인이 가능한 셈이다.

○설계 단계서 비용·온실가스 고려해야

미세조류 바이오리파이너리를 현실화하려면 설계 단계부터 효율을 극대화해야 한다. 예를 들어 지질을 추출한 후 회수된 잔사 바이오매스에서 가수분해 등 추가 처리를 위해 운송 과정이 필요하다. 해당 과정에서 발생하는 비용과 온실가스 등을 설계 단계부터 고려해야 한다. 운송 과정 없이 생산 현장에서 바로 적용 가능한 미세조류 바이오리파이너리 기술을 확보해 효율을 높일 수 있다.

미세조류 바이오리파이너리 과정 전 단계에 걸친 에너지 비용 및 온실가스 발생량에 대한 비교·평가도 필요하다. 특정 단계의 기술을 보유했더라도 기술 구현에 필요한 에너지와 발생하는 온실가스가 많다면 실현이 어려울 수 있어서다.

한국생명공학연구원 세포공장연구센터에서는 미세조류 바이오매스의 신규 활용처에 대해 지속적으로 연구하고 있다. 미세조류 기반 신규 바이오리파이너리 기술 확보에도 박차를 가하고 있다. 공룡이 거닐던 시절의 이산화탄소를 일상의 제품으로 만들고 싶다면 미세조류에서 답을 찾을 수 있을 것이다.