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'1+1' 공정으로 바이오디젤 꿈 앞당긴다

이재우 KAIST 교수팀, 지질추출·연료전환 병합공정 개발
한 반응기서 동시처리…바이오매스 걸림돌 비용절감 도움

미세조류 지질 추출과 바이오디젤 전환 과정을 합친 병합공정 개발로 바이오매스 상용화 전망을 밝게 하고 있는 이재우 교수 연구팀.
지구 온난화로 여름이 찾아오는 시점이 갈수록 빨라지고 있다. 5월 중순인데도 남부지방은 이미 30도를 웃도는 더위가 연일 계속되는 중이다. 여름이 빨라지면서 대규모 정전 가능성도 해마다 더욱 높아지고 있다. 전력요금 인상으로 인한 서민물가 상승 역시 불가피해졌다.

이처럼 화석연료로 인한 지구환경의 문제는 '기후변화'와 '에너지원 고갈'의 복합적인 양태로 발전하고 있다. '바이오매스(Biomass)' 기술에 더더욱 눈길이 쏠리는 이유다. 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 사용하면서 바이오디젤·바이오에탄올 등의 친환경 에너지를 생산하기 때문이다. 

이에 따라 세계 각국은 경쟁적으로 바이오연료 상용화 기술 개발에 매달리고 있다. 한국의 바이오매스 연구자들도 마찬가지다. 바이오매스 기술로 인류의 환경과 에너지 문제를 동시에 해결하겠다는 꿈을 가꾸고 있다.

최근 미국 생활을 정리하고 한국으로 돌아온 이재우 KAIST 생명화학공학과 교수도 그런 연구자들 가운데 하나다. 뉴욕시립대에서 교편을 잡았던 이 교수는 지난해 6월 귀국해 차세대바이오매스연구단(단장 양지원)에 합류했다.

이 교수는 미국의 대학과 다른 점으로 특히 연구에 임하는 한국 학생들의 열의를 높이 샀다. "다소 느슨한 미국대학 분위기와 달리 한국 대학은 연구 몰입도가 무척 높은 편"이라는 게 그의 설명이다.

이재우 KAIST 교수.
또한 "제안서를 쓰는 등의 서류업무가 더 잦아지긴 했지만 실험장비 사용 같은 연구환경은 KAIST가 훨씬 낫다"며 "한국에 와서 보니 바이오매스 기술도 상당 부분 미국보다 앞선 수준이더라"고 귀뜸했다.
    
차세대바이오매스연구단은 현재 ▲바이오매스 개발 ▲배양·수확 ▲바이오연료 전환 촉매개발의 3단계 과정으로 연구를 진행하고 있다. 이 교수 연구팀은 고지질 미세조류 배양과 함께 바이오디젤 생산 과정을 단순화해 시간과 비용을 줄이는 '병합공정'을 개발하고 있다.

바이오매스(biomass)란 자연에 대규모로 존재하는 광합성 식물류를 말한다. 통상 1,2,3세대로 나뉘는데 차세대바이오매스연구단은 특히 3세대 바이오매스인 미세조류 연구에 연구력을 집중하고 있다.

미세조류는 현재 지구상에 20~30만종이 분포하고 것으로 추정되며 확인된 것만 약 1만 종이 넘는다. 미세조류는 구성성분도 제각각이어서 활용가치가 없는 것도 있고 어떤 종류는 바이오디젤의 원료로 쓸 수 있는 지질 함량이 80%에 달하기도 한다.

미세조류에서 지질(脂質)을 추출해 연료화하기까지는 통상 두 가지 과정이 필요하다. 먼저 유기용매로 미세조류의 세포벽을 파괴해 지질을 뽑아내고, 이렇게 확보한 지질을 반응촉매와 함께 가열해 실제 사용가능한 바이오디젤로 변환시키는 과정이다.

하지만 이같은 방법으로는 바이오매스 상용화의 최대 장애물인 '경제성' 문제를 피해가기가 어렵다. 두꺼운 세포벽을 파괴하려면 유기용매인 솔벤트를 많이 써야 하는데 그 비용이 만만치 않을 뿐더러 미세조류에 포함된 수분 제거도 어려운 문제다.  

이 교수팀은 추출과 연료화의 두 가지 공정을 하나로 합쳐 시간과 비용을 줄이는 기술개발로 바이오매스 상용화 전망을 한층 밝게 하고 있다. 추출에 필요한 유기용매 솔벤트와 반응촉매인 황산을 반응기에 함께 넣고 가열하는 방법으로 동시에 지질 추출과 바이오디젤 전환이 가능한 방법을 제시한 것이다.
 
또한 미세조류에서 지질을 뽑아내기 위해 수분 비율을 50%선까지 낮춰야 했던 것을 90% 수준에서도 추출과 반응이 가능하도록 하는 기술도 개발했다. 이에 따라 바이오디젤 생산에서 큰 비용을 차지했던 용매와 가열 에너지 사용량을 크게 줄일 수 있을 것으로 전망되고 있다.

이 교수는 "현재 실험실 수준의 반응기에서 계속 좋은 결과가 나오고 있다"며 "빠른 시일 내에 실증화를 추진할 예정"이라고 밝혔다.   

 
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