역사 속 세계의 전환점엔 산업이 있었다. 전환점을 기점으로 이전과 이후가 완전히 다른 모습을 보일 정도의 '혁명'이었다. 이를 좀 더 살펴보면 근본적인 '에너지'가 있다. 전기와 석탄, 석유, 증기기관, 반도체 등 새로운 에너지원이 등장하거나 에너지의 효율을 획기적으로 업그레이드하는 기술이 등장한 것이다.

현재의 에너지 중심은 '셰일가스'다. 하지만 셰일가스 역시 유가 변동 및 공정 기술에 대한 문제점을 안고 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 각국에선 C1 가스를 활용하기 위한 리파이너리 사업이 활발하게 진행 중이다.

우리나라 역시 C1 가스의 미래를 위해 2015년 9월 'C1 가스 리파이너리 사업단(단장 이진원, 이하 사업단)'이 출범했다. 어느덧 출범 6년차를 맞은 지금, 사업단은 지난 9월 24일과 25일 'C1 가스 리파이너리 Tech Fair 2020'을 개최해 성과를 공유하고 방향성을 짚어보는 시간을 가졌다. 이번 테크페어는 코로나바이러스감염증19로 인해 온-오프라인으로 동시에 진행됐으며, 400여 명의 사전신청 및 동시접속 인원을 기록했다.

◆ C1 가스의 무궁무진한 가능성을 열다

하지만 이는 바이오 및 화학촉매를 이용해 저온, 저압 상태에서 전환해야 하는 공정으로 기술 난이도가 높다고 알려진 영역이다. 반대로 말하면 이러한 어려움을 해결하지 않고 인류가 다시 한 번 큰 발걸음을 내딛기란 불가능하단 뜻이다.

이를 위해 사업단의 총괄과제는 크게 '생물전환(바이오촉매)', '화학전환(화학촉매)', '리파이너리'라는 세 가지로 구성되어 있으며, 서강대학교·경희대학교·아주대학교·서울대학교·한국과학기술원·한국과학기술연구원·한국에너지기술연구원·한국화학연구원 등 국내 대학 및 연구기관의 C1 가스 전환 관련 연구자 120여 명이 참가하고 있다.

테크페어는 각 세부과제에 대한 포스터 소개와 우수기술 소개 세미나로 구성됐다. 먼저 포스터 소개에선 사업단의 총괄과제별 세부과제 소개가 진행됐다. 

포스터 소개는 이은열 경희대 교수(생물전환 분과), 박은덕 아주대 교수(화학전환 분과), 나정걸 서강대 교수(리파이너리 분과)의 분과별 발표로 진행됐으며 생물전환 16개, 화학전환 11개, 리파이너리 12개의 세부과제에 대한 소개가 이어졌다.

우수기술 소개 세미나는 ▲메탄-메탄올 전환 플랫폼 균주 개발(이은열 경희대 교수) ▲생물학적 메탄 전환에 의한 생분해성 고분자 생산 기술(이진원·나정걸 서강대 교수)▲Non-acetogen 기반 CO 가스 이용 바이오폴리머 생산용 바이오촉매 및 원천기술 개발(김용환 UNIST 교수) ▲Microbial consortium을 이용한 일산화탄소 기반 고부가가치 화합물 생산(정규열 POSTECH 교수) ▲메탄으로부터 저온 플라즈마를 이용한 경질 탄화수소의 제조기술(하경수 서강대 교수) ▲생분해성 공중합 PHA(PolyHydroxylAlkanoate) 생산 기술(윤성호 중앙대 교수) ▲비산화 메탄 전환을 통한 올레핀 생산기술 연구(김용태 화학연 박사) 발표가 진행됐다.

메탄-메탄올 전환 플랫폼 균주 개발은 C1 가스의 주성분인 메탄을 생물학적 전환을 통해 고부가가치 유용산물을 생산하는 기술이다. 현재 원천 균주인 신규 메탄자화균 Methylomonas sp. DH-1을 확보한 상황이며, 세계최초로 Type II 메탄자화균의 플랫폼 개발에 성공했다.

생물학적 메탄 전환에 의한 생분해성 고분자 생산 기술은 저등급의 메탄자원을 고부가가치 친환경 생분해성 고분자를 생산하는 생물학적 메탄으로 전환하고 온실가스를 절감하는 기술이다. 이를 위해 고농도 메탄자화균 배양을 위한 배양 및 배양환경 기술을 개발해 대량 축적하는데 성공했다.

Non-acetogen 기반 CO 가스 이용 바이오폴리머 생산용 바이오촉매 및 원천기술 개발은 기존 자연계에 존재하지 않는 '일산화탄소 수화효소(CO hydratase)'라는 일산화탄소 전환 생촉매의 개념을 최초로 제안했다. 이를 통해 생산된 개미산을 탄소원으로 하여 미생물이 생분해성플라스틱(PHA)를 생산한다. 

메탄으로부터 저온 플라즈마를 이용한 경질 탄화수소의 제조기술은 기존 700℃ 이상의 높은 반응 온도와 고가의 촉매물질을 플라즈마를 이용해 대체한다. 해당 기술을 이용하면 상온, 상압에서도 메탄을 C2 이상의 경질 탄화수소로 효율적으로 전환시킬 수 있는 것이 특징이다.

생분해성 공중합 PHA(PolyHydroxylAlkanoate) 생산 기술은 올레핀을 이용해 생분해성 공중합 PHA를 생산하는 기술로 기존 생물학적 전환이 아닌 화학/화공 합성방법으로 PHA를 생산할 수 있다는 것이 특징이다. 해당 기술은 현재 저가의 고 생분해성 PHA 필름 소재 생산 기술 개발을 위한 단위 촉매 기술을 개발 중이다.

비산화 메탄 전환을 통한 올레핀 생산기술 연구는 산화제인 산소를 사용하지 않고 메탄을 직접 1000℃ 이상에서 전환시켜 에틸렌 및 방향족화합물(벤젠, 나프탈렌)을 생산하는 촉매 반응시스템기술이다. 간접전환 기술은 전체 투자비를 60% 이상 소요하는 반면 해당 기술은 중소 가스전에 직접 적용이 가능하고 20% 이상의 수율을 보이는 것이 장점이다.

우수한 연구를 실제 산업에 적용하기 위한 노력도 소개됐다. 김정목 티비즈 대표는 사업단의 주요기술들에 대한 기술사업화 사례를 소개했다. 김 대표는 2019년 1월부터 2020년 4월까지 사업단 보유 연구 성과물에 대한 기초 실사를 통해 기술들의 사업화 가능성을 분석하고, 실제 사업화로 이어지기 위한 컨설팅을 진행했다. 기초 연구 수준에서 머무는 것이 아닌 실제 산업 현장에 적용하기 위한 노력이 동시에 이뤄진 것이다.

이상협 한국연구재단 단장은 "이제는 기후변화 수준을 넘어 기후위기라는 말이 나올만큼 민감한 상황이다. 때문에 C1 가스를 비롯한 탄소연구의 중요성이 날로 높아지고 있다"라며 "C1 가스 리파이너리 사업단은 촉매 및 리파이너리 기술의 질적인 발전을 비롯해 다양한 분야로의 적용가능성을 보여주고 있다. 해당 기술들이 실제 산업계에서 효율적으로 사용될 수 있길 희망한다"라고 말했다.

이진원 단장은 "역사적으로 문화와 문명의 발달엔 과학기술이 깊게 관여되어 있었다. 과학기술에 따라 번영하기도 하고, 반대로 쇠퇴하기도 했다"라며 "C1 가스 리파이너리 연구는 에너지 그 자체 뿐만 아니라 환경보전과 제조업 등 화학기반 산업 발전에도 큰 영향을 끼칠 것"이라고 말했다.

그는 이어 "이번 테크페어는 단순히 지난 6년 간의 성과 및 현황을 살펴보는 것에 그치지 않고 앞으로의 방향성을 다시 한 번 다듬을 수 있는 기회다"라며 "이를 토대로 남은 사업단 기간 뿐만 아니라 향후 산업발전에 기반이 될 수 있도록 노력해나가겠다"라는 뜻을 밝혔다.