글로벌 차세대 바이오매스연구단은 교육과학기술부(장관 이주호)가 2010년 추진한 미래원천기술 장기 R&D 사업인 '글로벌 프론티어'의 3개 연구단 중 하나다. 자연계 순환 전 과정에서 광합성에 의해 생성된 바이오매스로부터 사회 전반에 필요한 연료와 소재를 친환경적으로 생산하는 지속가능한 기술 개발을 목표로 탄생했다. 

9년간 1195억원이 투입될 예정으로 2년도 채 지나지 않았지만 연구단이 이만큼 단기간에 다양한 성과를 내놓을 수 있었던 것은 KAIST를 비롯한 9개 대학과 한국생명공학연구원, 한국에너지기술연구원 등 약 300여명의 두뇌가 그동안 쌓아왔던 노하우를 한데 모았기 때문에 가능했다.

그렇다면 왜 정부는 이렇게 많은 자금과 인력을 투자해 바이오매스를 연구하려는 걸까.

전 세계는 지구온난화로 인한 '환경위기'와 고유가로 인한 '에너지 위기' 등을 직면한 상태로 에너지 자원 확보와 지구온난화의 해결이 시급한 상태다. 그런 가운데 나무나 풀, 가축분뇨, 음식물쓰레기와 같은 바이오매스를 활용해 에너지를 얻어내고자 하는 기술이 전 세계적으로 이루어지고 있다.

선진국들이 관련 연구를 잘 하고는 있지만 아직 정확한 선도 그룹이 없는 상태. 차세대바이오매스 연구단은 고성능 바이오매스의 개발과 배양 및 수확을 통해 확보된 원료들의 생물학적, 화학적 전환에 대한 기초·원천 기술을 개발해 바이오매스 에너지와 유기소재화 부문에서 세계를 선도하기 위한 미션을 갖고 있다.

◆공장배출 이산화탄소부터 동식물까지…바이오매스 진두지휘 한다
 

▲어두운 실험실 안에서 미세한 빛으로 미세조류를 배양하는 실험을 진행 중이다. ⓒ2012 HelloDD.com

그 중 재밌는 것이 공장용 굴뚝의 연기에서 이산화탄소를 잡아 조류, 나무 등과 반응시켜 다시금 바이오연료와 소재로 재탄생시키는 기술이다. 현재 박종문 포스텍 교수가 실험 중인 이 분야는 산업시설에서 배출되는 이산화탄소를 바이오매스 생산에 이용, 미세조류의 광합성 작용을 통해 이산화탄소를 산소로 전환하고, 경제성 높은 바이오연료를 대량 생산해 원유를 수입하지 않아도 되도록 하는 것을 목표로 삼고 있다.

물 부족 국가인 우리나라 상황을 고려해 폐수에서 미세조류를 배양하는 방법도 연구 중이다. 양지원 KAIST 교수가 진행 중인 이 연구는 폐수에 배양을 하면 미세조류가 자라나면서 폐수가 내포하고 있는 질소와 인 성분을 영양분으로 활용하기 때문에 '수처리'와 더불어 '에너지 생산'이라는 일석이조의 효과를 거둘 수 있다.

미세조류분야 뿐 아니라 기름을 짜고 남은 팜나무 찌꺼기에서 에너지를 쉽게 얻고자 하는 '전처리 기술' 실험도 진행 중이다. 생물은 스스로를 지켜오기 위해 오랜 기간동안 진화를 거쳐 온 만큼 자신의 모든 것 을 쉽게 내주지 않는 구조로 돼 있다. 특히 나무는 셀룰로오스(섬유소)라는 딱딱한 고밀도 구조이기 때문에 갈아도 액체가 아닌 톱밥과 같은 형태가 돼 에너지 변환이 어렵다. 

여기서 중요한 것이 바로 '전처리 기술'이다. 전처리 기술을 활용하면 식물에서 좀 더 많은 에너지를 얻어낼 수 있다. 기존의 전처리 기술은 강산이나 알칼리 용매 등을 활용했으나 이는 환경을 오염시키는 문제점이 존재했었다. 이에 김경헌 고려대 교수는 곰팡이 단백질을 이용한 전처리 기술을 개발 중에 있으며, 박희성 KAIST 교수 역시 섬유소 분해효소를 바이오매스 상용화를 위해 인공적으로 설계하고 생산하는 연구를 진행하고 있다.

◆ 2건의 기술이전, 연구단 상상도 못했다

2010년 10월 22일 연구를 시작한 바이오매스연구단은 아직 출범한지 2년도 채 안됐다. 하지만 총 2건의 기술이전 성과를 확보하는 쾌거를 얻었다. 바이오매스연구단도 기술이전에 대해서는 목표치를 '0'으로 설정해 놨다. 시간이 지나 나름의 기술 확보가 된 후에나 가능할 것으로 예상했기 때문. 그런 가운데 연구결과가 산업체에 이전 된 것은 연구단도 놀랄만한 성과였다.

특히 한국생명공학연구원, 충남대학교, 극지연구소가 공동으로 연구한 '북극 해양에서 분리한 지질(脂質, lipid) 고생산 미세조류 활용 기술'은 바이오 에너지 연구 개발 전문 기업인 에이스하이텍에 2011년 5월 30일 기술이전(기술료 2억 원/경상실시료: 순이익의 15%)을 성공시켰다.

미세조류(microalgae)는 광합성 색소를 가지고 독립 영양생활을 하는 수중 하등식물로, 세포에 함유하고 있는 지질을 이용해 석유자원을 대체할 차세대 바이오 에너지원으로서 큰 기대를 받고 있는 생물이다. 이번 기술이전을 통해 각 연구소와 기업체, 대학은 5년간 미세조류를 이용한 바이오 에너지 산업화를 위해 공동연구를 수행할 예정이다.

이 외에도 연구단이 개발한 ‘팜나무의 바이오매스 전처리를 통한 에탄올 생산 공정 기술’도 산업체에 기술이전(5천만원 가량)됐다. 기술이전을 받은 산업체는 팜 나무가 많이 자라는 인도네시아에서 관련 사업을 준비 중이다. 

뿐만 아니라 연구단의 논문성과는 1년차 36건(SCI 31건)→ 2년차 127건(SCI 106건)으로 급격한 상승세를 보이기도 했다. 특히 주목할 만한 것은 IF 값(인용지수). 지금까지 우리나라에서 나온 논문은 인용지수가 낮아 실질적으로 내실 있는 연구가 부족하다는 평가도 잦았다. 하지만 연구단의 IF 값은 1년차 4.530에서 2년차에 4.758로 상승했으며 초기 목표치인 3.5 대비 2년간 모두 목표치를 상회하는 성과를 거뒀다.

특히 타 사업과 비교했을 때 연구비 1억원당 SCI논문 생산성도 가장 우수한 것으로 나타났으며, 국가 R&D 사업 대비 연구단의 연구비 1억원당 특허 생산성도 타 사업 대비 4배 이상을 기록해 국가 전체 연구개발사업과 비교하여 10배 이상의 연구성과를 도출한 것으로 집계됐다. 

특허 등록도 활발하다. 연구단은 1년차 특허출원 목표를 10건으로 잡았으나 4.5배에 달하는 47건의 특허를 출원했고, 2년차에서도 마찬가지로 20건의 목표치를 넘어 74건의 특허가 출원되는 쾌거를 거뒀다.

국내 뿐 아니라 바이오매스연구단 성과는 세계에 견주어도 전혀 손색이 없는 것으로 나타났다. 세계 선진 3강 연구단으로 불리우는 ▲NREL(Naional Renewable Energy Laboratory)▲JBEI(Joint BioEnergy Institute)▲CREST(Center For Renewable Energy and Sustainable Technology)와 2011년을 기준으로 연구단 논문성과를 비교한 결과 'NREL 408건→차세대바이오매스연구단 150건 →CREST 145건 →JBEI 73건' 순으로 나타났으며, 특허성과 역시 2010년에서 2012년간 차세대바이오매스연구단 32건 →CREST 14건→NREL 2건→JBEI 0건으로 우수한 편으로 나타났다.

앞으로 연구단은 바이오매스 중 기초단계에 있어 R&D 역할이 많이 필요한 미세조류 기반의 바이오연료 개발하고 특히 생물공정기술과 환경생명공학 분야에 강점을 지닌 국내는 미세조류 기반의 바이오리파이너리 통합 바이오연료 개발을 위한 R&D 투자를 활발하게 할 예정이다.

다양한 성과를 내놨지만 여기서 만족하고 멈출 순 없다. 아직 갈 길이 멀다. 앞으로 7년간 연구단이 이뤄낼 연구성과들이 세계 바이오매스시장을 선도하는 그날을 기대해본다.