해조류(海藻類)에서 바이오오일을

조남석

충북대학교 명예교수

인류에게 바다는 자원의 보고(寶庫) 그 자체다. 바다가 품고 있는 식량자원과 광물자원, 그리고 에너지 자원은 일일이 헤아릴 수조차 없을 만큼 다양하고 방대하다. 특히 해양 심층수나 가스하이드레이트, 해저 망간단괴 등의 사례에서 알 수 있듯 과학기술이 발전할수록 우리가 바다에서 얻게 될 혜택은 점점 늘어날 것이 분명하다. 이 같은 상황에서 최근 미래 친환경 에너지원으로 급부상하고 있는 해양자원이 하나 있다. 해안가에서 흔하게 볼 수 있는 해조류가 그 주인공. 식탁에 오르는 반찬이나 건강식품, 약용식품의 소재 정도로 쓰였던 해조류가 차량용 휘발유의 대체 물질인 바이오오일의 원료로서 가치와 효용성을 인정받고 있는 것이다. 하지만 몇몇 해조류들은 녹조나 적조현상을 유발, 해양 생태계에 큰 피해를 입히기도 한다. 그런데 이 같은 유해 해조류를 원료로 휘발유를 만들 수 있다면 어떨까. 지난 10월 27일 서울에서 열린 '글로벌 인재포럼 2010'에 미래예측 특별세션 연사로 참석한 조나단 트렌트(Jonathan Trent) NASA 오메가프로젝트 소장은 "석유를 대체할 에너지를 만들어내는 일이 무엇보다 시급하다"고 주장했는데, 그 대안으로 '오메가 프로젝트'를 제안했다. 오메가프로젝트란 에너지 소비가 거의 없이 조류(藻類, algae)를 대량 생산해 이를 바이오연료로 활용하기 위한 기술개발 프로젝트를 말한다. 자원소모 없이 조류를 대량 배양할 수 있는 기술은 폐수·조류가 들어있는 백들을 줄줄이 묶어 바다로 띄워 보내면 조류는 바다에 떠다니면서 그곳에서 성장하게 되는데, 조류는 폐수로부터 성장에 필요한 영양분을 흡수하고, 햇볕을 통해 광합성작용을 하면서 일반 식물들처럼 번식해 나간다는 개념이다. 이때 파도는 조류와 폐수가 잘 섞일 수 있도록 흔들어주는(mixing) 역할을 한다. 트렌트 박사는 "캘리포니아 주 연안에서 생산한 미세조류의 경우 많은 양의 오일을 채취하고 남은 찌꺼기는 동·식물 사료로 활용할 수 있어서 버릴 것이 하나도 없었다"고 말했다.

차세대 바이오 연료로서 조류 바이오연료가 주목받고 있는 이유는 첫째, 생산 효율성이 높다는 점이다. 바다면적 1 ha 당 최대 12,000 리터까지 바이오연료를 생산할 수 있는데, 이는 사탕수수의 최대 생산능력의 1.5배, 무게의 50%가 기름인 미세조류는 연간 1 ha 당 최대 98,500 리터의 바이오연료를 생산, 1세대 원료 중 가장 효율이 높은 오일 팜보다 약 16배 이상 높은 수준이다. 또한 해조류는 세계에서 가장 풍부한 자원인 바닷물을 이용하여 키울 수 있는 장점을 지녔다. 둘째, 미세조류는 비식용 자원으로서 농경지가 아닌 물과 햇빛이 있는 어느 땅에서나 자라며, 식용자원 가격에 미치는 영향이 거의 없다.·셋째, 수자원 이용과 이산화탄소 감소 측면에서 환경에 미치는 효과가 매우 크다. 미세조류는 바닷물, 호수, 폐수 등 거의 모든 물에서 자라며, 폐수를 활용할 경우에는 폐수중 질소나 인 등을 조류의 영양분으로 활용할 수 있기 때문에 수질정화 효과도 기대할 수 있다. 또한 라이프싸이클 분석에서 미세조류는 석유 및 1세대 바이오연료의 30% 수준에 불과한 이산화탄소를 배출하는데, 이는 2세대 바이오 연료와 유사한 수준이다.

조류에서 추출한 오일로 만든 바이오디젤의 경우 항공기에서 사용할 수 있는 항공유로 사용할 수 있을 만큼 그 품질이 매우 우수한 것으로 알려지고 있으며, 해외에서 시험비행을 통해 조류 오일의 우수성이 입증된 바 있다. 최근 우리나라 연구팀이 해조류 바이오에탄올의 상용화와 대량생산을 실현할 수 있는 세계 최고수준의 에탄올 추출 기술 개발인 고압액화 기술(HPLT)과 고효율의 발효균주(SC 1024)의 개발에 성공한 것이다. 이 고압액화기술은 화학적 처리보다 공정이 단순하고 전체 공정시간을 단축할 수도 있어 경제적 효율성이 높다고 한다. 특히 이 기술은 기존 바이오에탄올 생산공정과 달리 산성(酸性) 화학물질을 전혀 사용하지 않아 환경적 이점 또한 탁월한 것으로 평가받고 있다. 아울러 해조류 부산물을 동물사료로 재활용할 수 있다는 것. 자칫 아무짝에도 쓸모없는 폐기물로 전락할 수 있는 해조류 부산물에 새 생명을 부여할 수 있는 것이다. 해조류의 바이오연료 산업화의 가장 큰 장애물은 과다한 생산 비용이다.·조류 바이오연료가 다른 연료 대비 경쟁력을 지니기 위해서는 석유가 배럴당 80 달러 일 때, 생산 비용이 리터당 0.55 달러를 넘으면 안 된다고 보고 있는데, 현재 해조류 에탄올의 생산비용은 리터당 0.77~1.1 달러, 미세조류는 리터당 1.48~5.38 달러로 추정된다. 경쟁력을 위한 조치로서 첫째, 보다 생산능력이 높은 조류를 탐색, 유전자조작 등을 통한 지질(Lipid) 또는 탄수화물 함유량이 높은 조류 균주를 개발하는 일. 둘째, 생산성이 높은 조류 재배 방식을 개발하기 위하여 일조량 높은 지역에서 재배하거나, 최적의 개방형 연못 또는 광생물 반응기에서 생산하는 방법을 강구하는 것이다. 셋째, 생산비용을 낮추는 방법으로서 다른 공장의 이산화탄소를 공급받거나, 폐수 및 하수를 이용 재배하는 방법 등으로 경쟁력을 확보하는 방법이다. 국토의 3면이 바다로 둘러싸인 우리나라는 바다면적이 육지의 4.5배나 돼 해조류 생산에 매우 유리한 조건을 갖이며, 성공만 한다면 친환경 바이오연료 생산, 녹조현상 방지, 동물사료 확보 등 1석3조의 효과를 거둘 수 있을 것으로 기대되고 있다.