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 제목 |  대덕넷 기사
 작성자 |  na4mot   작성일 |  2012/04/24 11:37 am
"경제성 갖춘 바이오매스, 석유화학과 경쟁할 것"
박종문 포스텍 교수, '바이오소재 생산 플랫폼 기술개발' 박차
지구환경 보호가 어떤 경제적, 정치적 이슈보다 중요한 때다. 화석연료 고갈, 유가 상승, 기온상승과 기후변화 등이 국가안전보장과 국가성장전략에까지 직접적 영향을 미치고 있다. 그럴수록 신·재생 에너지 사업과 같은 환경친화적 전략이 절실해질 수밖에 없다.

21세기 인류는 화석연료시대를 마감하고 바이오·태양·바람 등 미래에너지 시대를 열 전망이다. 이 가운데서도 세계적으로 주목받고 있는 대체 에너지 후보는 동·식물이나 미생물 등 생물체가 만들어내는 유기물인 '바이오매스(Biomass)'다. 곡물·폐기물·목재·미세조류 등 재생가능 자원을 활용해 부족해지는 석유 자원을 대체하는 동시에 환경을 지키기 위한 것이다.

▲박종문 포스텍 교수.
ⓒ2011 HelloDD.com
교육과학기술부(장관 이주호)가 2010년 10월 부터 추진 중인 장기 R&D 사업인 '글로벌 프론티어'중, '탄소순환형 차세대 바이오매스 생산·전환기술' 연구단의 주축으로 참여하고 있는 박종문 포스텍(포항공과대학교, POSTECH) 환경공학부 교수를 만나봤다. 글로벌 프론티어는 미래원천기술 확보를 위해 총 1조5000억∼2조원의 예산을 편성해 연구단별로 연간 100억∼300억원씩 총 9년간 지원되는 대형 프로젝트다.

탄소순환형 차세대 바이오매스 생산·전환기술은 공기 중이나 공장 굴뚝에서 나오는 이산화탄소를 잡아내 바이오·물리·화학 등의 모든 기술을 총동원해 조류, 나무 등과 반응시켜 다시금 바이오연료와 소재로 재탄생시키는 것이다.

박종문 교수는 "산업시설에서 배출되는 이산화탄소를 바이오매스 생산에 이용, 미세조류의 광합성 작용을 통해 이산화탄소를 산소로 전환하고, 경제성 높은 바이오연료를 대량 생산해 원유를 수입하지 않아도 되도록 하는 게 연구단의 목표"라고 설명한다.

바다나 민물에서 자라는 미세조류는 광합성을 통해 공기 중의 이산화탄소를 산소로 바꾸고, 세포를 이용해 바이오연료와 바이오소재를 만들어 낸다. 이 과정에서 각종 중금속과 유기성 폐수를 정화할 수도 있다. 에너지 부족뿐만 아니라 지구온난화와 환경문제까지 한번에 해결할 수 있는 해답이 되는 것이다. 도랑도 치고 게도 잡고다.

박 교수는 "연료 외에도 석유정제를 통해 얻을 수 있는 에틸렌, 벤젠 등 기본 소재를 모두 바이오매스를 통해 얻도록 기술 개발이 이뤄질 것"이라고 말했다. 또한 "자연계 순환 전 과정에서 광합성에 의해 생성된 바이오매스로부터 사회 전반에 필요한 연료와 소재를 친환경적으로 생산하는 지속가능한 기술 개발이 핵심"이라고 덧붙였다.

현재 바이오매스 연구단은 40여 명의 과학기술자들이 함께 연구를 진행하고 있는 상태다. 박종문 교수 외 양지원 단장(KAIST), 이상엽(KAIST), 황일두(포스텍), 최길주(KAIST), 김학성(KAIST), 오희목(생명공학연구원) 등의 연구자가 주축이다. 생물공학, 대사공학, 유전공학, 식물, 화학 등 서로 다른 분야 연구자들이 팀을 이뤄 융합연구를 펼치고 있다.

연구단은 바이오매스 개발, 배양 수확 공정, 바이오 전환 촉매의 3단계 개발 과정에 총 7개의 세부 과제를 진행하고 있다. 박 교수는 "이르면 7년 내 바이오매스 에너지를 실생활에서 직접 활용할 수 있을 것"이라고 전망했다.

◆ 바이오소재 생산 플랫폼 기술개발

▲SCI논문 총 76건, 국내특허 출원 11건·등록 7건, 특허기술실시계약 1건 진행 중. 박 교수가 이끄는 포스텍 환경생물공학연구실의 최근 5년간 연구실적이다. 연구실 내부 모습.
ⓒ2011 HelloDD.com
바이오매스연구단은 크게 바이오리파이너리와 바이오에너지의 두 분야로 나뉜다. 박종문 교수는 바이오리파이너리(biorefinery)산업의 핵심 분야인 바이오소재(bio-based materials)연구개발 부문 책임급으로 참여하고 있으며, 포스텍 환경생물공학연구실에서는 바이오매스로부터의 카르복실산계 플랫폼 화합물 개발을 중점적으로 다루고 있다.

환경생물공학연구실의 주요 연구분야는 유기성 폐기물의 바이오리파이너리 공정개발, 산업폐수 미생물처리공정 개발, 대사공학을 통한 수소생산균주개발, 해양 바이오매스의 바이오리파이너리 공정개발, 바이오에너지 생산공정 개발, 이산화탄소 포집 및 저장 기술개발 등이다.

카르복실산계 바이오소재 생산 기술 개발은 2018년까지 3단계의 단계별 플랜을 확립하고 있다. 바이오매스로부터 바이오 소재로 활용가능성이 높은 카르복실산계 플랫폼 화합물을 생산하기 위해 생물공학, 대사공학, 합성생물학 기술을 기반으로 하는 고효율 생산 시스템을 구축하고, 전환 기술 개발 및 개선을 통해 바이오소재 생산 원천 기술을 확보하는 목표를 두고 있다.

◆ 왜 바이오리파이너리인가?

바이오매스는 리그닌, 탄수화물, 단백질 등으로 구성돼 있다. 에너지로 활용하려면 먼저 가수분해, 발효, 열분해, 추출 등의 방법으로 각 성분을 분리하고 단당류로 바꿔야 한다. 이후 분리, 추출, 발효 등의 생물화학적 전환 반응을 통해 에탄올, 바이오디젤, 기초화학 원료를 뽑아낸다. 이것이 바로 바이오 리파이너리(Bio refinery) 공정이다. 바이오리파이너리는 바이오매스로부터 재생가능한 연료, 전력 및 화합물을 생산하기 위한 바이오매스 전환 공정과 장치를 아우르는 표현이다.

▲포스텍 환경생물공학연구실의 실험기기와 각종 장비 모습.
ⓒ2011 HelloDD.com
박종문 교수는 "바이오리파이너리의 개념은 원유로부터의 다양한 연료와 제품을 생산하는 석유화학 정제와 유사하지만, 새로운 바이오 기반의 연료와 화학 산업을 창조하는 가장 유망한 산업으로 널리 인식된다"고 말했다.

세계의 에너지 수요는 빠른 속도로 증가하는 추세이며, 지구 온난화로 인한 평균 온도 상승을 억제하기위해 장기적으로 온실가스 절감과 함께, 순환형 저탄소, 혹은 탄소중립형 에너지 개발이 시급해지고 있다.

바이오매스의 생물학적 발효 등으로 생산되는 바이오에탄올/부탄올 등의 바이오연료는 주로 광합성으로 CO2를 고정하는 식물 바이오매스를 사용하므로 탄소 중립적인 에너지원이다. 따라서, 재생 가능자원인 식물 유래의 바이오매스를 화학제품과 에너지로 전환하는 바이오리파이너리의 산업적 실현에 대한 기대가 매우 크다.

박 교수는 "탄소중립적인 바이오매스로부터 바이오연료 및 다양한 바이오화합물을 생산하는 바이오리파이너리 공정은 현재의 가치보다는 단순 비용만으로 평가할 수 없는 미래의 가치 기술로서 인식되어야 한다"고 강조했다.

◆ "최종 목표는 경제성 있는 바이오매스 공정을 만드는 것"

저탄소 녹색성장의 유일무이한 대안인 바이오매스라 할 수 있지만 이 바이오매스의 최대 난관은 바로 '경제성'이다. 그동안 바이오매스는 에탄올을 만들기 위해 옥수수나 콩과 같은 곡물을 써야 했기 때문에 비난을 받아왔다. 곡물로 에탄올을 생산하는 건 식량 수급에 압박을 주고 국제 곡물가를 상승시킨다는 폐해 때문이었다. 바이오매스 생산을 위해 소비되는 화석연료도 만만치 않다는 역설적 비난까지 받고 있다. 미세조류를 이용한 바이오매스 개발은 이 모든 난점들을 극복하기 위한 해결책인 것이다.

미세조류와 함께 현실성 있는 바이오매스 원은 바로 나무, 목질계다. 박 교수는 "성장속도가 빠른 포플러 등에 유전자변형 기술을 적용해 30%만 빨리 자라게 해도 유용한 셀룰로오스 함량이 높고 쓸모없는 리그닌은 적은 바이오매스를 얻을 수 있을 것"이라고 말한다. 세포 내 지질함량이 높은 미세조류를 발굴하고, 유전공학 기술을 이용해 유전자를 조절함으로써 지질함량을 더 높이는 연구도 선행돼야 한다.

박 교수는 "최종 목표는 경제성 있는 바이오매스 공정을 만드는 것"이라며 "석유화학과 같은 위치에서 경쟁할 수 있는 바이오매스 기술 개발에 전념하겠다"고 밝혔다.

아직까지는 극복해야할 장벽이 많이 남아 있다. 바이오 에너지의 경우 다른 대체 에너지원들과 마찬가지로 낮은 효율, 높은 제조원가를 극복하지 못해 시장 확대에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 바이오매스연구단은 1세대(곡물)와 2세대(목재) 활용 연구에서 거론되었던 경제성 등의 취약한 점을 보완하고, 다양한 가능성과 대량 배양 수확이 가능한 3세대(미세 조류) 활용 에너지 개발 연구에 보다 집중할 방침이다.

박종문 교수는 마지막으로 해당분야 연구진들을 위한 심포지엄과 워크샵 등의 의견을 교환할 수 있는 자리가 지속적으로 개최되었으면 하는 바람을 내비쳤다.

"국내외 바이오매스 관련 연구에 참여하고 있는 많은 분들이 모두 모일 수 있는 기회가 거의 없습니다. 함께 모여 의견을 교환하고 토론하다 보면 지금보다 더 나은 연구가 나올 수 있을 것으로 생각됩니다. 학생들한테도 좋은 기회의 장이 될 것입니다."

포항 = 대덕넷 박혜미 객원기자(hmpark21@gmail.com)
http://www.hellodd.com/Kr/DD_News/Article_View.asp?mark=35234
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