석유 고갈 해결책 '미세조류'···"바이오연료 강국 이루자"

차세대바이오매스연구단, 지난 30일 '2018 글로벌 프런티어 ABC 테크 페어' 성황 종료
장용근 연구단장 "친환경적이며 지속가능한 에너지원 미세조류가 유일"
차세대바이오매스연구단은 지난달 30일 대전 ICC호텔에서 '2018 Global Frontier ABC  Tech-Fair'를 가졌다. <사진=차세대바이오매스연구단 제공>차세대바이오매스연구단은 지난달 30일 대전 ICC호텔에서 '2018 Global Frontier ABC Tech-Fair'를 가졌다. <사진=차세대바이오매스연구단 제공>

"지구온난화와 고유가로 환경은 물론 에너지 위기에 직면해 있습니다. 미세조류는 에너지와 함께 다양한 화학소재를 제공합니다. 여러 바이오매스 중에서도 진정 지속가능하며 환경 친화적인 미래 에너지원으로는 미세조류가 유일하다고 할 수 있습니다."

차세대 에너지 자원으로 불리는 '미세조류'에 대한 연구 집대성을 확인하는 자리가 열려 성황리에 마무리됐다. 

차세대바이오매스연구단(단장 장용근·이하 연구단)은 지난달 30일 대전 ICC호텔에서 '2018 Global Frontier ABC  Tech-Fair'를 개최, GS칼텍스, CJ제일제당, 대상, 코미팜, 한국전력연구원 등 수요기업, 유관기관 관계자 등 300여명이 참석한 가운데 7년간의 연구성과를 선보였다.

이날 행사는 'Future Energy for us * We for Future Energy'를 슬로건으로 ▲연구단 주요 성과 및 향후 연구 계획 ▲연구성과실용화사업 의향서 체결 ▲주요 연구성과 및 전시물 전시 등이 이뤄졌다. 

과학기술정보통신부 글로벌프런티어사업의 하나인 차세대바이오매스연구단은 지난 2010년 출범해 미세조류 유래 바이오연료 및 바이오소재를 산업화하기 위한 핵심 원천기술을 개발하고 있다. 

9년간의 사업기간 동안 총 약 900억원의 연구비가 투입되며 오는 2019년 8월 31일까지 연구를 진행한다. KAIST·서울대·UNIST·부산대·한양대·충남대·노루홀딩스 등 15개 산·학·연 관계기관이 참여하고 있다.    

◆ 장용근 단장 "세계 최고 대비 97% 수준"

장용근 단장은 연구단의 연구성과와 향후 연구개발 방향에 대해 발표하고 있다. <사진=차세대바이오매스연구단 제공>장용근 단장은 연구단의 연구성과와 향후 연구개발 방향에 대해 발표하고 있다. <사진=차세대바이오매스연구단 제공>

"석유에서 연료와 화학제품을 만들듯 우리는 바이오매스에서 연료와 화학제품을 만듭니다. 3세대 바이오매스인 미세조류는 지구 온난화를 야기하지 않는 고마운 자원인 동시에 그 자체로도 종류가 다양할 뿐만 아니라, 수많은 고부가가치 물질을 제공할 잠재성을 가지고 있습니다. 연구단은 그동안 미세조류를 차세대 자원으로 활용하기 위해 다양한 연구를 행하였고 이로부터 당초 목표를 뛰어넘는 많은 원천기술 개발 성과를 거뒀습니다."

장용근 단장은 향후 연구단의 연구개발 방향을 제시하며 그간의 연구성과를 강조했다. 바이오연료·소재기술 강국 실현을 목표로 2010년 설립된 연구단은 3단계로 걸쳐 연구개발을 진행 중이다. 

1단계(2010~2011년)에서 핵심 개별 공정기술을 다지고, 2단계(2012~2014년)에서 분야별 융복합 통합공정 기술개발을 진행했다. 오는 2019년 8월까지 마무리되는 3단계 사업에서는 공정 최적화 실용화 기술 확립을 통해 탄소순환형 차세대 바이오매스 생산 및 전환 기술을 이끌어 낼 예정이다. 

장 단장은 "지난 7년 간 많은 성과가 나왔다. 정량적 평가로 표준화 된 순위보정 영향력지수가 다른 대형 국책 연구 사업에 비해 월등히 높은 SCI급 논문을 770 여편을 게재하였으며, 특허 출원은 449건, 등록은 172건, 기술이전 건수는 17건에 이른다"고 말했다. 

장 단장이 공개한 연구단 주요 성과는 '유전자 가위 기술을 미세조류에 적용한 연구'를 비롯해 ▲주력 미세조류의 유전체 데이터베이스 구축 ▲전사 인자 과발현 형질전환을 통한 미세조류 지질생산성 향상 ▲미세조류 유래 바이오항공유 생산 실증 및 경제성 분석 ▲타이어 제조용 등 미세조류오일의 새로운 용도개발 ▲고부가가치 화합물 생산기술 개발 및 기술이전 ▲클로렐라 배양액의 농업 분야 적용 기술 개발 ▲연구단 옥외배양장 구축 및 시범운전 등이다. 

특히, 미세조류 유래 바이오항공유 생산의 경제성 확보는 현재 기술수준으로는 현실적으로 어렵다는 것이 일반적인 통념이었다. 하지만, 장 단장은 바이오항공유 뿐만 아니라 고부가가치 소재를 동시에 생산, 활용하는 공정 및 실증 결과를 확보함으로서 경제성 있는 미세조류 기반 바이오항공유 생산의 가능성을 세계 최초로 제시하였다.

그는 "연구단은 11개 핵심기술 개발을 목표로 했으며 현재까지 달성한 연구단의 기술 수준은 세계 최고 대비 97% 정도"라며 "배양 분야는 날씨와 공간적 제약으로 미국보다 다소 처질 뿐 다른 분야는 미국과 대등한 수준이다. 특히 고부가가치 코프로덕트(coproduct) 개발 부문에서는 기술적 수준과 다양성면에서 미국을 크게 앞서가고 있다"고 밝혔다. 

장 단장은 앞으로 남은 연구기간 동안 이전기술의 상용화 지원, 맞춤형 공정패키지 개발, 미래지향적 기획연구 등에 주력할 계획이다. 

그는 "이전기술이 상용화 될 수 있도록 적극적으로 도울 예정이다. 또 발전소 패키지, 미세조류 기반 유용물질 생산기술 개발 등 소비자가 원하는 기술연구에 주력할 계획"이라며 "산업용 미세조류주 개발, 바이오항공유 산업지원 및 활용에 관한 미래 기획 연구 등도 펼칠 계획"이라고 피력했다. 

이어 장 단장은 "1년 8개월 후면 정부지원이 끝난다. 체계적인 이관 절차를 밟더라도 중요한 특허, 기술, 노하우 등이 상당부분 유실될 가능성이 크다. 관심이 있는 기업은 연구단과 하루바삐 손을 잡아야 할 것"이라며 "향후 기술지원은 물론, 장비지원 등을 아끼지 않을 계획"이라고 강조했다. 

 연구단은 코미팜과 '미세조류 유래 유용 물질 생산 관련기술' 연구에 대한 MOU를 체결했다.<사진=차세대바이오매스연구단 제공> 연구단은 코미팜과 '미세조류 유래 유용 물질 생산 관련기술' 연구에 대한 MOU를 체결했다.<사진=차세대바이오매스연구단 제공>

장 단장의 '연구단 주요 성과 및 향후 연구 계획' 발표에 이어 연구단은 코미팜과 '미세조류 유래 유용 물질 생산 관련기술' 연구에 대한 업무협약(MOU)을 체결했으며, 대표 연구성과 10건의 구두발표와 광생물반응기 등 연구 관련 장비를 전시·시연하는 시간을 가졌다. 기업 및 관련분야 연구자, 수요기업 관계자의 관심이 뜨거웠다. 

◆ 미세조류 가치 무한대···"항공기 띄우고 타이어 만든다" 

 최민기 KAIST 교수가 미세조류에서 바이오항공유를 생산하는 연구에 대해 발표하고 있다. <사진=차세대바이오매스연구단 제공> 최민기 KAIST 교수가 미세조류에서 바이오항공유를 생산하는 연구에 대해 발표하고 있다. <사진=차세대바이오매스연구단 제공>

'유전자교정과 유전공학을 통한 미세조류의 분자유전학적 툴박스 개발 및 적용'(연구책임자 정병률 KAIST 교수) 연구는 미세조류의 생장과 지질합성을 극대화 해 우수한 형질의 미세조류 바이오매스 생산에 기여한다. 특히 연구팀은 최첨단 유전자 교정기술로 인정받고 있는 CRISPR/Cas9 기술을 이용해 미세조류 돌연변이 생산 가능성을 세계 최초로 입증했다. 

'광생물 반응기를 이용한 미세조류 연속 대량생산'(최태오 클로랜드 대표) 연구는 연속 배양이 가능한 광생물 반응기 표준모델을 개발해 바이오매스를 대량으로 생산한다. 이번 연구로 기존 광생물 반응기에 비해 배양용량은 1.5배 늘어난 반면 에너지 사용량은 60% 절감하는 연구 성과를 거뒀다. 

'모델 식물을 이용한 클로렐라에 의한 식물의 유도 저항성 증진 기전 연구 및 기술개발'(장용근 차세대바이오매스연구단장) 클로렐라의 배양 여액을 농업분야에 적용할 수 있는 가능성을 제시했다. 한국생명공학연구원과 공동 진행 중인 이 연구에서는 클로렐라에 의한 유도 저항성 증진 및 생산성 증대 효과를 최적화했다. 

'미세조류 및 식물성 기름에서 바이오항공유 생산을 최대한 할 수 있는 새로운 수첨분해 촉매 개발'(최민기 KAIST 교수) 연구는 미세조류 및 팜 오일로부터 바이오항공유 전환을 위한 촉매 및 관련 공정을 개발했다. 이번 자체 촉매 개발을 통해 세계 최고 수율의 바이오항공유 생산에 성공했다.

'미세조류 유래 바이오연료 생산 실증 및 경제성 입증'(장용근 단장) 연구는 미세조류 오란티오카이트리움 오일에서 그린디젤 및 바이오항공유 생산 실증과 경제성평가를 수행하였다.  이번 연구로 미세조류 유래 바이오연료 및 고부가가치 소재 생산 공정의 경제성 분석을 통해 가격 경쟁력을 갖출 수 있다는 것을 세계 최초로 입증한 만큼 향후 상용화 및 산업화 기초 자료로 활용이 가능할 것으로 기대된다. 

또 '미세조류 오일 용도개발: 타이어 제조를 위한 프로세싱 오일'(장용근 단장) 연구는 타이어 트레드용 고무 컴파운드 제조를 위한 프로세싱 오일로 미세조류 오일을 사용함으로써 미세조류 오일의 벌크 사용의 가능성을 확인했다. 

'3-hydroxypropionic acid(3-HP) 대량 생산 연구'(박성훈 UNIST 교수)는 3-HP를 고농도, 고생산성, 고수율로 생산할 수 있는 균주와 발효 공정을 개발하는데 성공했다. 기업체와 공동으로 공정 최적화, 분리정제, 아크릴 전환 공정 등을 연구 개발하고 있으며, 파일럿 테스트 및 경제성 평가를 진행하고 있다. 

'모유유래 올리고당인 Fucosyllactoses의 대량생산'(서진호 서울대 교수) 연구는 미생물공정화기술을 이용해 모유올리고당인 2FL과 3FL의 대량생산기술을 개발했다. 현재 2FL과 3FL 생산의 파일럿 테스트 및 고순도 분리정제공정을 개발 중이다. 

'당 분리·정제를 위한 첨단 고순도 연속분리 공정개발'(장용근 단장·문성용 한양대 교수) 연구는 미세조류 유래 희귀당인 fucose의 고순도로 분리/정제 할 수 있는 시스템을 구축하여 연속으로 fucose를 생산할 수 있는 맞춤형 SMB 공정을 개발했다. 

'미세조류 배양 공정 수학적 모델 개발 및 생산 공정 최적설계'(이재형 KAIST 교수) 연구는 미세조류의 거동을 표현하는 수학적 모델을 개발, 미세조류 성장 및 내부 물질의 축적 예측을 가능토록 함으로서 배양 공정을 최적화하기 위한 정보를 연구자에게 미리 제공할 수 있을 것으로 보인다. 

연구 관련 장비 전시와 시연에 많은 이들이 관심을 가졌다. <사진=박은희 기자>연구 관련 장비 전시와 시연에 많은 이들이 관심을 가졌다. <사진=박은희 기자>

평판형 광생물반응기에 대해 관계자들이 이야기를 나누고 있다. <사진=박은희 기자>평판형 광생물반응기에 대해 관계자들이 이야기를 나누고 있다. <사진=박은희 기자>

테크페어 참여자들이 연구단의 연구성과에 대해 듣고 있다. <사진=박은희 기자>테크페어 참여자들이 연구단의 연구성과에 대해 듣고 있다. <사진=박은희 기자>
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