'미세조류 바이오오일 직접회수 공정' 설계하는 김종득 KAIST 교수

"바이오디젤에 대해서는 오래 전부터 관심을 가져왔다. 그동안 팜유나 폐유, 유채를 이용한 바이오디젤 생산을 다각도로 연구했지만 우리나라에 마땅한 에너지 소스가 없다는 게 늘 큰 장애물이었다. 그러던 참에 만난 게 바로 미세조류다.

" 바이오매스의 실용오일 전환기술을 연구하고 있는 김종득 KAIST 생명화학공학과 교수를 찾았다. 그와 연구팀은 미세조류 세포 속의 오일을 쉽게, 많이, 또 경제적으로 추출하는 기술을 개발하고 있다.

김교수는 "현재 개발된 기술로는 특정용매를 써서 미세조류 오일을 생산하는 방법이 있는데 다시 용매를 회수해야 하기 때문에 전체 생산공정에서 25%의 원가를 차지할 만큼 비용이 많이 들게 된다. 이것을 개선하지 않으면 바이오매스의 경제성을 기대하기 어려워진다"고 연구의 필요성을 설명했다.

▲김종득 KAIST 생명화학공학과
교수.
ⓒ2012 HelloDD.com
지구의 자연계에는 동식물의 유체(遺體)를 미생물이 분해해 무기물로 환원시키는 물질 순환 사이클이 있다. 바이오매스 연구는 이 미생물을 대신해 인간이 이것을 에너지와 원료로 사용하자는 것이다.

바이오매스는 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 소모하면서 바이오디젤·바이오에탄올 같은 친환경 에너지를 생산한다.

또한 녹조류부터 목재와 쓰레기까지 지구 어디서나 풍부한 자원을 구할 수 있다. 세계 각국이 경쟁적으로 바이오연료 상용화 기술 개발에 매달리고 있는 가운데, 김 교수와 '탄소순환형 차세대 바이오매스 생산·전환기술 연구단'(차세대 바이오매스 연구단)의 연구자들 역시 바이오매스 기술로 인류의 환경과 에너지 문제를 동시에 해결하겠다는 원대한 꿈을 가지고 있다.

현재 차세대 바이오매스 연구단의 연구는 바이오매스 개발과 배양·수확, 연료 전환의 3단계 과정으로 진행되고 있어 식물학·생물학부터 생화학·화학·화학공학까지 다양한 분야의 유기적인 협력과 융합연구가 필수적이다.

김 교수는 "바이오디젤은 엔진을 개조할 필요 없이 수송용 연료로 쓸 수 있다는 점에서 태양열이나 전기 같은 대체 에너지보다 유력한 차세대 에너지로 주목받고 있다"면서도 "현재로서는 생산에 투입되는 에너지와 비용이 더 많아 경제성을 따지기 어려운 상황"이라고 말했다.

따라서 "계속해 비용을 줄일 수 있는 공정을 개발하는 게 바이오매스 연구의 핵심"이라는 게 그의 설명이다. 미세조류는 알려진 바와 같이 광합성으로 유기물을 합성하는 과정에서 다양한 유용물질을 생산하고 빠른 증식속도와 유전자조작을 통한 기능향상 가능성이 커서 바이오매스 에너지원으로 탁월한 장점을 가지고 있다.

김 교수는 또 미세조류 바이오디젤이 "다른 작물을 통해 생산하는 바이오디젤보다 단위면적당 생산성이 높아 앞으로 석유디젤과 경쟁할 수 있을 것"이라고 말한다. 김교수 팀이 맡고 있는 바이오오일 추출기술 개발은 바이오매스의 상용화를 위해 넘어야 하는 마지막 산에 해당한다. 그는 "유채, 대두유, 팜유를 주원료로 하는 1세대 바이오디젤과 다른 오일 회수공정이 필요하다"고 말했다.
 

▲미세조류는 식물과 같이 광합성으로 유기물을 합성하기 때문에 성장과정에서 탄소 고정 효과가 있고 또 다양한 종류의 에너지원을 생산한다. 오른쪽 그림은 미세조류 바이오디젤(Algae Biodiesel)의 생산과정.  ⓒ2012 HelloDD.com

바이오오일 추출기술에 대해 김 교수는 다음과 같이 설명을 이어갔다. "오일 회수공정은 쉽게 말하자면 참깨에 열과 압력을 가해 참기름을 뽑아내는 과정과 비슷하다. 그렇지만 크기도 작고 지질도 많지 않은 미세조류 세포에서 오일 성분을 그런 식으로 회수하는 것은 사실상 불가능하다.

" 계속해서 그는 "세포막을 연화시켜 오일을 추출하는 방법, 미세조류를 모아 떡처럼 덩어리를 만들어 수분을 빼고 그 세포 속의 물을 다시 빼내는 방법, 또 원유에서 수분을 제거하는 방식처럼 전기장이나 초음파를 이용하는 것까지 다양한 대량추출방법을 고민하고 있다"고 말했다. 

김 교수는 끝으로 "아직 여러 연구자료를 수집하고 리뷰하며 아이디어를 만드는 수준이라 보여줄 만한 성과가 없다"면서 "아무도 안 하면 바이오매스의 배양과 수확을 고민해온 다른 팀의 선행연구가 무용지물이 된다"는 말로 바이오오일 직접회수공정 연구에 임하는 남다른 책임감을 표현했다.
 

▲미세조류를 이용한 바이오오일 추출 공정을 개발하고 있는 김종득 KAIST 교수
연구팀.
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