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ⓒ 픽사베이

전 세계적으로 온실가스를 감축시키기 위한 노력은 지금 이 순간에도 계속해서 진행 중입니다. 우리나라 정부도 2019년 10월 ‘제2차 기후변화대응 기본계획’을 확정하면서 2030년까지 온실가스 배출량을 2017년 대비 약 24% 줄일 것이라고 발표했죠.

 

기후변화와 온실가스 감축에 대한 사회적 관심과 중요도가 증가함에 따라 대표적인 온실가스인 이산화탄소(CO2)를 감축시키고 자원화하는 기술들이 주목받고 있습니다. 그중 하나로 소개할 기술이 ‘e-바이오 리파이너리’입니다.

 

먼저 ‘바이오 리파이너리’가 무엇인지 생소한 분들이 많으실 텐데요.

바이오 리파이너리(Bio-refinery)란 식물자원인 바이오매스(bio-mass)를 원료로 하여 화학제품과 바이오연료(바이오에탄올, 바이오디젤 등) 등을 생산하는 기술입니다. 즉, 기존 석유가 담당하던 역할을 바이오매스로 대체하는 개념이죠.

 

바이오매스광합성에 의해 생성되는 식물, 동물, 미생물을 모두 포함하는 재생 가능한 유기물질로, 사탕수수, 해조류, 폐식용유 등 자연에서 얻을 수 있는 에너지원입니다. 그러므로 한정적인 화석연료와 달리 태양광이 존재하는 한 어디에서나 무한한 양을 확보할 수 있는 자원이죠. 바이오 리파이너리는 이러한 바이오매스를 원료로 구축되는 통합 공정 방식이기 때문에 석유에 대한 의존도를 줄이고, 온실가스 문제도 해결하고, 수익도 창출할 수 있어 그야말로 일석삼조인 셈입니다.

 

ⓒ 픽사베이

 

그러나 바이오매스는 생산 시 넓은 토지가 필요하기 때문에 넓은 영토를 가진 미국이나 중국과는 달리 산이 많고 영토가 좁은 지형적 특성을 가진 우리나라는 바이오매스 확보에 불리한 조건을 가지고 있습니다. 또한, 기존의 생물학적 이산화탄소 전환은 광합성을 통해 생산된 유기물 또는 바이오매스를 당화 과정 후 미생물 발효를 거쳐 바이오 연료 및 화학물질을 생산하는 방식이었습니다. 즉 복잡한 생물공정을 거쳐야 하는 불편함이 있었죠. 게다가 우리나라는 앞서 언급했던 것처럼 바이오매스 확보에 불리하여 바이오매스 원료를 대부분 수입에 의존하고 있으므로 기존 바이오 리파이너리는 우리나라에 그리 적합한 방식은 아니었습니다.

 

이러한 기존 바이오 리파이너리의 단점을 보완하여 최근 새롭게 개발된 기술이 바로e-바이오 리파이너리’입니다. ‘e-바이오 리파이너리’바이오매스 대신 이산화탄소와 전자를 미생물의 먹이로 삼는 기술입니다. 전해전지 시스템과 미생물 대사과정을 결합하여 기존 바이오매스 기반의 생물학적 전환 기술의 문제를 극복하고 효율적으로 바이오연료 및 고부가화학물질을 생산할 수 있는 기술이죠.

 

ⓒ 한국에너지기술연구원 홈페이지

 

여기서 이산화탄소와 전자를 먹이로 삼는 미생물을 배양하는 기술이 미생물 전기합성 기술인데요. 이산화탄소가 유용물질로 전환되려면 미생물에게 전자와 수소이온을 공급해주어야 하는데, 전해전지 시스템의 음극에서 물 분해로 만들어진 전자가 양극으로 이동하고, 이때 생성된 수소이온은 분리막을 통하여 미생물이 있는 양극 방향으로 이동하게 됩니다. 여기에 이산화탄소를 주입하면 미생물이 양극으로부터 전자를 받아들이고, 배양액으로부터 이산화탄소와 수소이온을 받아들여 연료를 합성하게 되는 것이죠!

 

ⓒ 한국에너지기술연구원 홈페이지

 

바이오매스를 이용한 복잡한 기존 방식과는 달리 이산화탄소를 이용해 유용물질로 바로 전환하기 때문에 생산공정이 간소화될 뿐만 아니라, 처치 곤란한 온실가스, 이산화탄소를 이용한 방식이기 때문에 환경과 비용에 모두 효과적이라고 볼 수 있습니다. 골칫덩어리라고만 생각했던 이산화탄소가 이렇게 고부가물질로 활용될 수도 있다는 것이 정말 놀랍지 않나요?

 

아직은 기술의 성능을 검증하는 단계이며, 이산화탄소로부터 전환되는 고부가 유용물질의 생산성을 더욱 향상시키기 위한 대사경로 최적화 연구를 진행하는 등 더욱 효율적인 시스템을 갖추기 위해 계속해서 연구가 진행 중입니다. 또한, 10년 내 기술이전 사업화 모델 구축을 목표로 하고 있다고 하니 ‘e-바이오 리파이너리’ 기술이 앞으로 어떻게 지속 가능한 지구환경을 위한 기술로 발전해 나갈지 많은 기대가 됩니다!

 

 

 


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