원유 가격 급등으로 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 태양에너지, 풍력 등은 주로 전기에너지를 생산하지만 바이오에너지는 자동차용 연료를 대체할 수 있다는 점에서 다른 대체에너지와 구분된다. 따라서 바이오에너지는 고유가를 극복할 수 있는 핵심적인 에너지원이다. 바이오 연료는 CO2배출량 감소, 수송이나 저장 용이, 현재 수송 인프라에 직접 적용 가능, 농림 부산물을 활용하기 때문에 화석에너지와 달리 매년 재생 가능한 에너지라는 특징을 가지고 있다.

대표적인 바이오연료는 경유 대체 연료인 바이오디젤과 휘발유를 대체할 수 있는 바이오에탄올이다. 바이오디젤은 대두유와 팜유 같은 식물성 기름을 화학적으로 전환해 생산하고 있다. 한국은 2012년까지 경유의 3%를 대체하는 것을 목표로 보급을 확대하고 있다. 바이오 에탄올은 사탕수수나 옥수수에 포함된 당(糖)을 원료로, 효모를 이용한 미생물 발효 공정에 따라 에탄올을 생산, 분리 정제 공정을 거쳐 100% 에탄올로 만든 후 휘발유와 혼합해 원료로 사용된다. 미국이나 브라질은 이미 에탄올을 자동차 연료로 사용하지만 한국은 현재 에탄올 사용에 문제점이 없는지를 확인하는 실증 연구를 진행 중이다.

그러나 원유가 급등으로 식량자원을 과다하게 바이오 연료 생산에 사용하는 바람에 식료품가격이 급상승하는 등 사회적인 문제까지 야기되는 실정이다. ‘저개발국가의 배를 채워야 하는 식량자원을 자동차 연료 탱크에 채우는 것이 과연 합당한가?’ 라는 문제를 제기하면서 식량자원을 이용한 바이오 연료 생산을 ‘인류의 대재앙’으로 규정하기도 한다. 이렇듯 식량자원을 이용한 바이오연료 생산은 많은 부작용을 초래하고 있기 때문에 이를 해결하기 위한 대안으로 농림 부산물을 이용한 바이오연료의 생산이 부각되고 있다. 식량자원을 이용한 바이오연료(제1세대 바이오 연료)와 구별하기 위해서 농림부산물을 이용한 바이오 연료를 ‘제2세대 바이오 연료’라 부른다.

제2세대 바이오 연료는 볏짚, 밀짚, 옥수수대 같은 농업부산물, 나무, 폐목재와 같은 임업부산물에 포함된 섬유소자원(cellulosic materials)자원을 활용한다. 이런 섬유소자원은 값이 싸고 비식량자원이라는 장점이 있는 반면, 바이오연료 생산의 원료로 사용하기에는 기술적인 어려움이 있다. 섬유소 물질은 식물을 지지해주는 기본 골격이기 때문에 매우 단단한 구조다. 따라서 섬유소 자원에 포함된 당 용액을 얻는 과정은 매우 효율이 낮고 분해 과정에서 미생물 발효 공정을 저해하는 물질이 만들어진다. 따라서 섬유소 자원을 물리화학적 또는 생물공학적으로 분해시켜 미생물이 소화할 수 있는 糖을 제조하는 전처리기술, 당분해물을 효율적으로 바이오연료로 전환하는 생산기술, 분해되지 않는 구성물의 재활용기술 등이 개발돼야 경제적인 생산이 가능하다.

현재 기술 수준으로는 제2세대 바이오 연료는 아직 경제성이 없지만 기술적인 어려움을 극복하고 경제적인 바이오 연료의 생산 공정을 개발하기 노력을 세계 각국이 국가적인 차원에서 추진하고 있다.

미국은 섬유소자원을 이용한 바이오 에탄올 생산을 2012년까지 상용화하며 2017년까지 휘발유의 20%를 바이오에탄올로 대체한다는 실행계획을 추진하고 있다. 이 중 1/3은 옥수수만으로, 나머지 2/3는 옥수수대, 볏짚, 밀짚과 같은 농업 부산물을 활용해야 실행계획의 목표를 달성할 수 있을 것으로 예측된다. 한국은 바이오 연료 개발에서 후발국가다. 그러나 전통적으로 강한 미생물 공정과 화학 공정기술을 활용하면 경쟁해 볼 만 하다 하겠다. 이를 위해서는 무엇보다 생물공정공학, 미생물, 생화학, 목재공학, 식물생명공학 전공자로 이루어진 다학제적 연구팀을 구성, 유기적인 연구개발 환경이 필요하다.

생산 기술의 개발과 함께 중요한 것은 생물자원의 확보다. 부존자원이 부족한 한국의 경우 안정적이며 장기적으로 생물자원을 공급할 수 있는 해외 생산기지를 확보하는 것이 필요하다. 현재 정부에서 추진하고 있는 해외 식량 생산기지와 연계해 식량생산에서 발생되는 부산물을 바이오 연료로 활용한다면 일석이조의 효과를 거둘 것으로 기대된다.

서진호 / 서울대·식품생명공학

필자는 미국 칼텍에서 ‘Investigation of plasmid-host cell interactions of recombinant E.coli  population’으로 박사학위를 받았다. 학술진흥재단 사무총장을 역임했다. 현재 한국생물공학회장이며, <Journal of Biotechnology>등의 편집위원이다.

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