바이오에너지의 개발 위기인가? 기회인가?
바이오에너지의 개발 위기인가? 기회인가?
  • 승인 2008.06.13
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바이오에너지 ‘기술 확보’가 관건
▲ 오경근 단국대학교 응용화학공학과 교수
최근 들어 바이오에너지에 대한 국민들의 관심이 커지고 있다. 그도 그럴 것이 에너지 문제 외에도 곡물가의 급격한 상승으로 이제 더 이상 일부 전문가들이나 정책가들게만 국한된 일이 아니기 때문이다.

나날이 치솟는 유가와 더불어 그동안 식량이나 사료 등으로만 사용돼 왔던 곡물들이 바이오에너지에 이용되면서 가공할만한 파장들이 우리 사회의 구석구석에 현실로 나타나고 있기 때문이다.

더 중요한 문제는 이러한 현실들이 과거의 1,2차 석유파동이나 IMF와 같이 일정기간에 그칠 것이 아니라는 것이다. 석유자원은 분명히 부존자원임에도 불구하고 인간이 가지고 있는 문명에 대한 욕망이 사라지지 않는 한 석유 사용량은 앞으로도 계속 증가할 것이 분명하기 때문이다.

바이오에너지는 경유를 대체할 수 있는 바이오디젤과 휘발유에 일부 첨가될 수 있는 바이오에탄올로 구별된다.

바이오디젤은 주로 식물의 종실에서 얻어지는 기름을 원료로 하며, 바이오에탄올은 사탕수수의 당질이나 옥수수와 같은 전분질 원료를 주원료로 한다. 때문에 오늘날 농업과 인플레이션의 합성어인 애그플레이션이라는 신조어가 나오게 된 원인이 되기도 하다.

이러한 식량과 에너지의 경쟁적 위기는 이미 10여 년 전부터 예상되어 왔지만 예상보다 훨씬 빠른 속도로 현실화되고 있는 것이 문제다. 더 심각한 문제는 아직도 바이오에너지의 사용량이 극히 미진하다는 점이다. 세계적 사용량이 지금보다 5배만 증가한다고 가정 하더라도(미국의 부시 대통령은 2017년까지 바이오에너지 생산량을 현재보다 5배 증산할 것을 시사) 우리 아이들 세대가 겪어야 할 고통을 생각하면 가슴이 미어지는 상상이 아닐 수 없다.

대안으로 섬유소계 에탄올이 주목받고 있다. 흔히들 사탕수수나 옥수수로부터 생산되는 에탄올을 1세대 에탄올이라 하고, 섬유소로부터 얻어지는 에탄올을 2세대 에탄올이라 부른다. 비교적 쉽게 당을 얻어 지금까지 상용화돼 왔던 1세대 에탄올과는 달리 2세대 에탄올 생산에는 새로운 기술들이 요구된다.

섬유소는 태양에너지를 이용하는 식물의 광합성 작용에 의하여 지구상에 축적되는데 식물의 종류나 생태계의 환경 등에 따라 다양한 형태로 축적된다. 식물체는 곧 태양에너지를 저장하는 탄소화합물이라고 할 수 있다.

따라서 바이오매스는 탄소화합물로 이루어진 에너지 저장물질이라고 할 수 있으며, 재생자원 중 유일하게 화석연료를 대신할 수 있는 에너지원의 역할과 더불어 화학공업의 원료물질 공급원(chemical feed stocks)의 역할도 될 수 있는 자원이 된다.

주로 폐목재나 농경잔해물 등 폐자원들로부터 얻어지기 때문에 비교적 싼 값으로 얻을 수는 있으나 다양한 종류만큼이나 불균일하고, 화학적으로 복잡하고 견고한 구조를 가지고 있다. 따라서 섬유소계 바이오매스의 유용성분들을 에너지화 하기 위해서는 1세대 에탄올 생산 공정과는 비교할 수 없는 복잡한 공정들을 거쳐야 한다.

세계는 지금 바이오에너지 개발 ‘사활’
미국·일본 등 섬유소계 에탄올 개발 ‘활발’
섬유소계 에탄올 연구개발 여지 많아

폐자원으로부터 당을 얻을 수 있다면 그 당은 현재 운용되고 있는 발효·정제 공정에 의하여 1세대 에탄올과 똑같이 이용될 수 있다.

이미 미국과 캐나다에서 풍부한 자국의 식물자원을 통해 섬유소계 에탄올을 생산하고 있거나 생산용 공장이 건설 중에 있다. 가까운 중국이나 일본도 이미 실용화 단계에 근접하고 있다. 미국의 Abengoa Bio Energy는 농임산 폐기물을 이용한 연간 370억 리터의 바이오에탄올 생산 설비를 계획하고 있으며, Verenium사에서는 사탕수수찌꺼기로부터 140만 리터의 에탄올 생산 규모의 설비를 착공했다.

캐나다의 Iogen사 역시 밀짚이나 보릿짚을 이용해 연간 수백만 갤런을 생산할 수 있는 공장 확장 계획을 가지고 있다. 바이오에탄올-일본(Bioethanol-Japan) 플랜트는 금년에 건축용 폐목재로부터 400만 리터의 에탄올을 생산할 계획이며, 중국은 옥수수 줄기를 이용한 3,000리터 정도의 시연규모 공장들이 이미 10기 이상 착공되어 언제든지 생산량 증대 준비가 되어 있다.

우리나라도 1980년대부터 정부의 주관으로 관련 연구를 수행한바 있지만 대부분의 연구들이 국소적으로 진행되었으며, 개발이 지속적으로 이루어지지 못해 실용화 단계까지는 아직 멀리 있는 상태이다. 그렇게 되기까지는 상대적으로 우리나라의 바이오매스 자원이 부족하다는 인식이 크게 지배했기 때문이다.

미국이나 중국 등 넓은 영토를 가지고 있는 국가들과 비교해 우리나라의 지형은 균일한 바이오매스를 얻기에 충분하지 못한 것이 사실이다. 생각해 봐야 할 문제는 자원의 부족으로 회의감에 젖어 두 손 놓고 기다려야만 하느냐이다.

심지어는 유가나 곡물가의 폭등으로 인한 소비위축을 통해 자연스럽게 가격 경쟁력을 갖출 수 있다는 논리도 있지만 그것은 너무 소극적인 전략이고 또한 그렇게 되어서도 안될 일이다.

아직까지 섬유소계 바이오에탄올은 기존휘발유나 1세대 에탄올과 비교하여 약 2.2~2.5배 높은 생산가격을 유지하고 있다. 이렇게 섬유소계 에탄올의 경제성이 낮은 이유는 그만큼 당의 추출이 어렵다는 것을 의미한다.

즉 원료가격을 제외한 순수공정별 비용을 보더라도 당의 추출공정에 소요되는 경비가 약 30%를 차지할 정도로 단위공정 비용 중 가장 큰 비중을 차지하고 있기 때문이다.

1세대 에탄올이 비교적 단순한 공정에 의해 생산된다면 섬유소계 에탄올은 바이오매스의 다양성으로 매우 복잡하고 다양한 당 추출 기술들을 통해서 얻어질 수 있다. 그만큼 개발효과가 크고 연구개발의 여지가 많이 남아 있다는 것이다. 효율적인 당 추출 기술의 개발만이 섬유소계 에탄올의 상용화를 가능케 할 것이다. 다시 말해서 바이오에너지 사업의 성공 여부는 섬유소계 바이오매스로부터 얼마나 저에너지, 고효율로 당을 추출해 낼 수 있느냐에 달려 있다.

그렇다면 전 세계가 바이오에너지 개발에 사활을 걸고 있는 작금의 현실은 우리에게 큰 기회요소가 될 수 있을 것이다. 이미 액체연료 100%를 수입에만 의존하고 있는 우리나라이다.

바이오매스 자원이 부족한 우리나라가 아닌가. 그렇다면 오로지 연구개발을 통한 기술의 확보만이 이러한 위기를 기회로 만들 수 있는 수단이 될 수 있을 것이다.

개발 결과에 따라 에너지의 해외의존도를 낮출 수 있는 기회가 될 수 있을 것이다.

또한 개발 기술의 소유권만 확보할 수 있다면 기술 수출에 의한 에너지의 확보 또한 기대해 볼 일이 아닌가. 오늘날 세계 각국이 농임산 폐자원을 이용한 당의 확보에 주력하고 있으며, 최근 들어 상용화 수준의 기술들이 발표되고 있는 이유이기도 하다.

지금 우리는 새로운 에너지 시대를 준비하고 있는 중이다. 위기인가, 기회인가? 그 어느 때 보다도 국민적 관심이 필요한 때이다. 정부, 기업, 학교, 그리고 연구원들의 단합과 지혜가 절실하게 요구되는 때이다. 어떻게 해서라도 우리 아이들에게 지워진 무거운 짐을 덜어줄 수 있을까 하는 바람이다.

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