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알지 미세조류 대량생산 시스템, co2제거 기후변화 지구온난화를 막자는 캠페인벌이는 유엔미래포럼(The Millennium Project),

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Green Gold Algae, Next Oil 엘지 (미세조류)

다우캐미컬 엘지농장 Ethanol production is soon going to be cheaper and cleaner than ever before, thanks to some green interests that combines the might of Dow Chemicals with Algenol Biofuels’ expertise. The partners are now looking forward to use CO2 as the raw material. Ethanol, thus produced, can be used as fuel or to make plastic. As NY Times puts it, they are actually building a demonstration plant to carry out joint research.

1. 알지를 연구해야하는 이유

엘지는 녹색황금이며 석유대체 에너지원이라고 한다. 미세조류 엘지(algae)는 원시시대 바닷가에서 원시인들이 말린 엘지를 불쏘시개 혹은 동굴 속에서 횃불로 사용하던 것이다. 엘지 바이오 연료산업은 향후 10년 이내에 세계 에너지 무대에서 중요한 역할을 할 것으로 예측된다 바이오 에탄올의 3세대에 해당하는 미세조류계(Algae)는 습지대나 연못 호수, 바다와 같은 수상환경에서 서식하는 유기체이며, 여기에 사용되는 마이크로 엘지는 피막성분, 저장생성물, 대사산물과 에너지 원천으로 지방과 지방산을 포함하고 있다. 다른 식물들과 마찬가지로 엘지(Algae)는 성장하기 위해 3가지 주요성분인 햇빛, 이산화탄소, 물이 필요하다. 광합성은 엘지(Algae)에 있어서 중요한 생화학 과정이며 이를 통해 햇빛에너지를 화학에너지로 변환시킨다. 현재 엘지(Algae)가 자연적으로 대규모로 자라고 있는 곳은 습지, 늪, 소택지, 염분이 있는 습지, 염호이다. 마이크로 엘지(Algae)에는 피막성분, 저장생성물, 대사산물과 에너지 원천으로 지방과 지방산을 포함하고 있으며, 일반적으로 2~40% 정도의 지방질과 유성물질을 보유하고 있다.

엘지에서 나온 오일을 이용하여 바이오디젤로 전환 가능하다. 바이오디젤의 사용으로 인해 화석연료의 의존성을 획기적으로 감소시키고, 그로 인해 불필요한 이산화탄소를 섭취하기대문에 온실가스 감축효과를 목표로 하고 있다. 또 엘지로부터 바이오연료, 비료, 식품, 동물사료 생산과 축산폐수정화 등이 가능하다. 친환경적 3세대 바이오에너지 생산시설 지원으로 녹색성장 가능하고, 간척지와 같은 경작이 불가능한 국토의 효율적인 개발 가능하며, 자체적인 바이오에너지 생산으로 세계적 에너지 위기 대비하며, 분자생물학적 개량균주 개발로 지속적인 에너지 생산, 농어촌의 토지의 효율적인 개발과 새로운 고용창출효과, 농어촌 토지의 효과적인 개발로 국토의 균형적인 발전을 추구하는 동시에 각 지역사회에 새로운 고용창출가능하다.

현재 세계 바이오 연료 시장은 1세대인 곡물계에서 2세대인 목질계로 전환중이다. 우리나라에서도 바이오에너지와 관련하여 투자를 확대하겠다는 의지를 밝힌 바 있지만, 이는 2세대인 고체바이오매스를 이용하는 것이다. 3세대 바이오에너지인 미세조류계(algae)를 이용하여 세계적인 에너지경쟁에서 앞설 수 있다는 점에서 2세대 바이오에너지에 제한될 것이 아니라 앞서가는 에너지원을 확보할 필요가 있다. 엘지는 현재 옥수수 등 곡물연료 즉 옥수수, 콩, 야자 등 바이오연료용 작물보다 단위면적당 300배 더 많은 연료를 생산가능하다. 20-23도의 최적 조건에서 빠른 수확기간(10일 이내의 재배, 수확기간)을 보이는 엘지는 유기성 축산폐수와 이산화탄소를 이용하고 기존 경작지나 식량 작물재배와 경쟁하지 않는다. 미세조류를 이용한 축산폐수 중의 질소, 인 고차처리를 통한 수질을 개선해주고, 바이오매스로부터 바이오디젤, 에탄올, 메탄 등 다양한 청정에너지 생산도 가능하다.

세계 각국은 엘지배양을 통한 화석연료 대체 연구에 박차를 가하고 있는데 특히 미국 엘지오일 생산기업인 Sapphire Energy사에 2008년 5월 MS의 빌게이츠가 1억 달러를 투자하였다. 2009년 9월 토요타 프리우스 플러그인 하이브리드자동차는 엘지오일 50갤런을 주입하여 미국횡단 성공하였다. 지속가능한 녹색성장을 위해 온실가스를 대량 감축하면서 에너지, 대체식량을 생산할 수 있는 기술의 조속한 실용화 개발이 필요하다. 중국 등 신흥 개발국가의 화석연료 수요증가와 2030년 화석연료 고갈 예정으로 신재생에너지 확보 중요성이 강화되고 있다. 농업대기업 듀퐁 다운존스 등이 이미 엘지농장 건설을 도모하고 있다.

곡물이 아닌 조류(algae)에서 생산되는 바이오연료가 최근 각광을 받으면서 엘지가 급부상하고 있다. 몇몇 회사들은 상업규모로써 조류 기반의 바이오연료가 경쟁력을 갖도록 하기 위한 기술적 문제를 거의 극복하였다고 밝히고 있다. 그러나 전문가들은, 화석연료로부터 얻는 에너지에 대해 경쟁력을 갖기 위해서는 극복해야 할 중요한 문제가 남아 있다고 주의를 환기시키고 있다. 수년 동안, 기업가, 투자자 및 심지어 석유회사조차도 한때 분명하지 않다고 생각했지만, 이제 광합성과 조류를 이용하여 에너지를 생산하는 것에 관심을 기울여 왔다. 다우, 액손모빌, BP, 세브론과 같은 거대산업체들은 최근 조류로부터 재생연료를 개발하는 신생기업에 대규모 투자를 하고 있다.

우리나라와 같이 재배면적과 바이오매스 자원이 부족한 나라에서는 바이오에너지 원료의 다변화가 절실한 실정이다. 풍부한 해양자원인 석유다음 차세대 대체에너지원으로 부상하는 ‘바이오에탄올’ 상용화를 이뤄낸다면 비산유국으로 에너지주권 확보를 하루 빨리 앞당길 수 있다. 연간 막대한 석유 가스수입량을 줄이고 에너지대체 미세조류생산단지를 습지가 많은 곳에 엘지재배단지로 만들어야 한다. 특히 김천과 같은 입지조건 (시내와 하천, 저수지, 습지가 많은 곳)에 엘지타운을 건설하여 엘지를 이용한 바이오연료산업, 식품, 사료 산업, 비료, 약제 사업 추진은 김천에 위치하고 있는 국제기구인 세계기후변화종합상황실과 맞물려 국제적인 한국의 녹색성장사업 취지에 적합하다. 또한 토착 미세조류 확보, 조류 분류 및 동정, 생리생태적 특성 연구, 바이오에너지 전환 등의 분야에서 선진기술 확보를 서둘러야 한다. 조류연료 생산의 핵심주체인 미세조류주의 획기적 균주개량이 필요하며, 오믹스 기술, 합성생물학 기술을 이용한 우량 미세조류주 개발, 미세조류로부터 바이오에너지 생산의 종합적 시스템 구축, 미세조류 biomass로부터 바이오디젤, 바이오에탄올, 메탄 등 다양한 바이오에너지 생산시설이 필요하다.

2. 엘지 재배법과 극복해야할 문제점

엘지는 햇빛과 물, CO2를 이용한 광합성으로 에너지를 축적하며 빨리 자라므로 매일 수확할 수 있다. 미세조류는 민물과 해수에서 자라는데, 필요한 것은 물과 이산화탄소, 20-22도의 온도유지 뿐이다. 각 종 마다 서로 다른 비율의 오일, 탄수화물, 단백질을 함유하고 있다. 엘지에서 짜낸 기름은 바이오디젤로 변환할 수 있으며 나머지는 에탄올과 동물 사료로 사용할 수 있다. 엘지의 잠재력에 대한 내용은 일 년 내내 높은 생산력을 가진다는 잘못된 가정에서 출발하기도 한다. 엘지는 증발과 강수의 영향을 받으며 그것은 염도와 산도의 불균형을 가져오기도 한다.

조류에는 선택할 수 있는 수 천 종이 있으며, 각 종은 세포 내에 각기 다른 비율의 지방, 단백질 및 탄수화물을 포함하고 있기 때문에, 이런 미생물을 이용한 에너지 활용 가능성에 대해 전문가들은 폭넓게 연구하고 있다. 예를 들어, 조류는 자연상태 그대로의 것일 수도 있고 유전자 조작을 통해 만들어졌을 수도 있다. 기업체들은 원하는 생산물을 조류로부터 얻기 위해, 저렴한 개방된 호수에서부터 정밀하게 통제되는 폐쇄 탱크에 이르기까지 다양한 배양 기술을 선택할 수 있다.

조류는 햇빛, 이산화탄소 및 물만 있으면 살아갈 수 있다. 이들은 급속하게 증식하며 일년내내 수확하는 것도 가능하다. 기존의 옥수수, 콩, 팜(palm) 등과 같은 바이오연료 공급원료와는 다르게, 조류는 넓은 토지와 담수를 필요로 하지 않는다. 대신 조류는 자투리의 경작하지 않는 땅을 이용할 수 있으며, 폐수나 반염수(brackish water)를 사용할 수도 있다. 또한 조류는 팜, 콩, 캐놀라와 같은 바이오연료 생산 곡물보다 잠재적인 생산성이 더 좋다. 일부 회사들에 따르면, 비록 대규모 생산을 하는 것은 아니지만 로부터의 연료를 생산할수있다고 한다. 비교해 보자면, 은, 는, 은을 생산할 수 있다. 또 조류는 이산화탄소를 흡수할 수 있기 때문에 발전소, 시멘트 공장 및 다른 산업설비와 연계하여 이산화탄소를 포획하려는 계획도 고려중이다.

엘지농업이 극복해야할 점이 아직 많다. 2007년 5월 네이처(Nature)지에 기재된 기사에 따르면 엘지(Algae)는 다음과 같은 문제점을 지니고 있다. 과도한 직사광선은 엘지를 죽일 수도 있다. 일정한 온도유지가 필요하다. 과밀은 성장을 억제한다. 엘지가 만들어내는 산소”폐기물”은 물에서 꾸준히 없애줘야한다. 개방된 엘지 호수는 염분과 pH의 불균형을 야기하는 증발과 강우에 영향을 받기 쉽다. 토종 엘지는 때로 희망했던 품종보다 웃자라 이를 뒤덮어버리기도 한다. CO2 거품이 엘지의 세포를 파괴하기도 한다.

실제로 엘지 생산은 까다롭다. 너무 많은 직사광선은 엘지를 죽이기도 한다. 온도도 일정해야 한다. CO2 거품이 엘지의 세포를 파괴하기도 한다. 인공호수의 그러나 현재 엘지회사들의 주된 관심사는 바이오디젤이고 탄소 흡수는 보너스이다. “그것은 거대한 이익이 되겠지만 아직은 경제적 요인이 되지 않습니다‘라고 Solix 사의 기술임원인 바이런 윌슨이 말했다. ’현재는 연료 생산이 탄소 흡수보다 훨씬 더 중요합니다. 그러나 미국의 탄소 규제가 구조적으로 변화하게 되면 상황은 극적으로 변할 것입니다.‘

개방된 호수에서 조류를 배양할 때의 한 가지 문제점은 호수가 쉽게 오염될 수 있으며 침입종에 의해 잠식당할 수 있다는 것이다. 그래서 일부 회사들은 폐쇄공간에서 빛, 이산화탄소 및 물을 조절하면서 조류를 배양하는 방법을 선택한다. 그러나 광생물 반응기 (photobioreactor)가 불리는 폐쇄 배양 시스템은 경쟁력을 갖기에는 비용이 너무 높다는 약점이 있다. 생산원가뿐만 아니라 에너지밸런스와 폐쇄시스템 건설도 중요한 고려 사항이다.

또 다른 문제점은 수 만 종의 가용한 미세조류 중에서 어떤 종을 선택하느냐는 것이다. 18년 간의 NREL 프로그램이 진행되는 동안, 연구팀은 300 종의 유망한 후보 종을 선택하기 위해 3,000 종 이상을 조사하였다. 일부 종은 자기 중량의 50wt% 이상을 생산할 수 있는 반면, 다른 종은 그렇게 생산성이 좋지 못하다.

일부 회사에서는 원하는 물질을 얻기 위해 특정 조류 종에 유전자 조작을 가하는 실험을 하고 있다. 그러나 대부분의 회사에서는 조류로부터 오일을 수확하는 것에 집중하고 있는 반면, 바이오연료 신생기업인 Algenol Biofuels사는 에탄올에 사활을 걸고 있다. 많은 조류가 에탄올을 생산할 수 있지만, 산업적으로 충분한 양은 아니다. 세포를 터트려 오일을 추출하는 통상적인 방법 대신에 Algenol사는 자연적인 확산 과정을 통해 세포 외부터 에탄올을 배출할 수 있는 몇 개 종을 선택하였다.

지방 특유의 엘지는 때로 이상적인 종보다 웃자라기도 한다. 이 문제는 아직 NREL에서 해결하지 못한 과제이다. 이러한 난제를 해결하기 위해 Solix 사는 엘지를 플라스틱으로 덮인 밀폐된 방에서 재배하고 있다. 그러나 캘리포니아 주의 LiveFuels사와 같은 일부 회사에서는 상업적으로 경쟁력있는 비용을 맞추기 위해 인공 호수에서 엘지를 재배한다. Solix 사는 New Belgium 양조회사, 콜로라도 주립대학과 협약을 맺고 양조장 발효과정에서 생성되는 CO2를 빨아들이는 소규모의 상업 플랜트를 운영하고 있다. 나중에 Solix사는 발전산업으로 진출하려한다. 1 기가와트의 석탄발전소는 연간 6백만톤의 CO2를 배출하며 배출되는 CO2의 90%를 흡수하기 위해서는 16,500헥타르의 엘지 온실이 필요하게 된다. 엘지의 성공여부는 생산 비용을 낮추는 것이라는데 모두들 동의하고 있다.

3. 기후변화에 최대의 대안

엘지는 이산화탄소를 먹어야 잘 자란다. 2001년 그린퓨얼테크놀로지 (Isaac Berzin, GreenFuel Technologies)는 애리조나 가스발전소 옆에 엘지농장을 건설, 폐이산화탄소를 활용하여 엘지 대량생산에 들어갔고, 바이오디젤과 동물사료 생산도 시작하였다. 국제적인 온실가스 문제의 효과적인 대안이다. 이산화탄소 감소와 동시에 이에 따른 탄소배출권 거래로 일거양득의 효과를 가져오는데, 조류기반 바이오에너지 산업지원으로 녹색성장 기술이다. 미세조류(Microalgae)를 이용한 대기, 수환경 정화, 바이오에너지 생산시스템 개발이 필요하다. 에너지 수요 증가로 신재생에너지 자원의 개발 및 확보가 필요한데, 원유는 향후 20-40년 후에는 고갈될 것으로 추정되는 한정된 자원이다. BRICs의 산업화 촉진, 생활수준의 향상 등으로 에너지 수요는 지속적으로 증가하고 있다. 대기 중의 이산화탄소 증가에 의한 지구 온난화문제 해결이 당면과제다.

수계의 부영양화에 따른 녹조(Green Tide, Algal Bloom)의 대량 발생으로 축산폐수 중 질소, 인 등의 고차처리가 필요하다. 또한 생명공학기술(BT)의 발전으로 합성미생물의 활용이 가능한데, 유전체 분석, 오믹스 기술, 합성생물학 등의 발전된 BT를 활용한 미생물의 대사공학적 변환 및 합성이 가능하고, 미세조류 biomass로부터 바이오에너지 생산의 시스템화가 필요하다. 광합성 미생물인 미세조류(Microalgae)는 이산화탄소를 유기물로 전환하여 자연계 물질순환에 기여하고, 상온, 상압에서 친환경적으로 반응을 한다. 효율적, 경제적 바이오에너지 즉, 조류연료(Algae to Fuel) 생산의 종합적 시스템 구축이 목적이다,

미세조류 대량배양을 통한 이산화탄소 제거와 기후변화에 대응할 수 있다. 미세조류 배양을 통한 온실가스 저감하고 기후변화에 능동적 대응책을 마련가능하다. 정부의 온실가스 감축목표 달성을 위한 기술개발 필요한데, 정부는 이산화탄소를 2020년 배출전망치(BAU) 대비 30% 감축으로 확정 발표(2009. 11. 17.)하였다. 목표달성을 위하여 정부주도의 적극적 기술개발이 필요하다. 탄소배출권 거래시장의 출현으로 인한 경제적 기회의 확대가 예상된다. 조류연료는 신재생, 친환경 바이오에너지로 분류되어, 최근 가장 각광받는 대체에너지원으로서 바이오에너지 부각하는데, 자연계의 물질순환에 따른 에너지 생산으로 지구온난화 억제용이며, 동시에 에너지 생산과 오폐수 처리효과를 가능케 해준다.

화석연료가 온실가스 주범인데 엘지 오일에서 바이오디젤이 생산된다. 바이오디젤의사용은 화석연료 의존성을 획기적으로 감소시킬 수 있다. 식물성 기름을 연료로 사용하는 것은 지금 시대에는 큰 의미가 없어 보일 수 있다. 하지만 바이오디젤의 중요성은 시간이 지남에 따라 높아질 것이며 바이오디젤의 중요성은 오늘날의 석유와 콜타르와 같은 위치의 중요성을 가지게 될 것이다. D. 바이오디젤을 생산하기 위한 엘지 농업 엘지에서추출된오일을바이오디젤로변환하는것은육지농작물에서기름을뽑아내는것만큼쉽다. 효과적으로 바이오디젤을 생산하는 일에서 어려운 점은 기름의 추출 문제가 아니라 높은 기름 성분이 함유되어 있고 빨리 성장하며 수확하기 쉽고 비용 대비 높은 효율을 가진 엘지 재배 시스템이다. 마이크로엘지는 육지농작물보다 훨씬 빠른 성장률을 보인다. 단위면적당 엘지 오일 추출량은 1에이커 당 연간 약 5000-20,000갤런이다. 이는 야자유보다 (635 gallons 정도) 7~31배 더 많은 양이다.

바이오디젤을 추출하기 위한 엘지의 재배는 아직 상업적 단계에 이르지 못하고 있다. 그러나 상기의 산출량에 도달하기 위한 전반적인 연구가 진행되고 있다. 더욱이 엘지 농업에서 생산되는 높은 산출량은 콩이나 옥수수 등 다른 바이오연료와는 달리 농장이나 담수를 필요로 하지 않기 때문에 식품생산의 감소를 수반하지 않는다. 많은 기업들이 바이오디젤 생산과 이산화탄소 감축 등 여러 가지 목적으로 엘지 바이오리액터 개발을 추진하고 있다.

엘지오일에서 추출한 바이오디젤의 많은 장점을 가진다. 엘지에서 추출한 원료로 바이오디젤을 생산하는 것은 바이오디젤 원료를 만드는 가장 효율적인 방법으로 알려져 있다. 엘지 오일에서 추출한 바이오디젤의 주요장점은 다음과 같다. 빠른 성장률, 에이커 당 높은 수확률, 일부 엘지 품종은 매일 수확이 가능, 엘지 바이오연료는 황 성분을 없다. 엘지 바이오연료는 독성이 없다, 엘지 바이오연료는 높은 생물분해성을 지니고 있다, 엘지는 성장하기 위해 이산화탄소를 소비하기 때문에 발전소 또는 다른 산업 공장에서 CO2를 감축시킬 수 있다.

미국등 각국에서 연구와 개발노력이 집중되고 있다. 미국에너지성에따르면, 현재 효과적인 엘지 오일 생산을 위한 대부분의 연구는 민간 기업에서 이루어지고 있지만 소규모 생산실험을 통해 예측이 입증되면 바이오디젤을 생산하기 위한 엘지 농업은 현재 세계 가솔린 사용을 대체할 수 있는 유일한 실용적인 방법이 될 것으로 보인다. 단기적으로, 엘지 사업에 착수한 소수의 초기 단계의 기업들은 바이오디젤생산을 위해 엘지 오일을 생산하여 현재 미국 내에서 수송에 사용되는 디젤의 1/3을 대체할 수 있게 되기를 희망하고 있다. 대량생산을 위한 엘지 연구는 주로 마이크로 엘지에 초점이 맞추어져 있다. 마이크로 엘지를 선호하는 이유는 상대적으로 덜 복잡한 구조와 빠른 성장률, 높은 기름로 엘지에 기인한다. 일부 엘지 품종은 최대 50%에 육박하는 높은 기름로함유량을 가지고 있어 엘지 품종은 최에 매우 적합하다. 화력발전소이유오수처리장과 같은 현존하는 인프라에서도 에 육배출과 관련하여 대규모 엘지 재배시스템에 대해 매우 관심을 보이고 있다.

4. 외국 연구사례 및 엘지 기업들

미국은 California, New Mexico, Colorado, Texas주 등이 적극적인 투자와 기술 개발에 박차를 가하고 있으며 특히 California주의 San Diego는 UCSD의 학자들과 기업들이 SD-CAB (San Diego - Consortium for Algae Biotechnology)를 구심점으로 미세조류 기반 최신 바이오에너지 생산 기술을 개발하고 있다. 미국 DOE (Department of Energy)는 지구온난화 및 에너지 고갈 등의 문제해결을 위해 지난해 “American Recovery and Reinvestment Act of 2009”를 통해 대학 및 연구소의 R&D를 포함한 미세조류 생물연료 사업에 오백만 달러를 지원하였고 올해에만 생물연료 인프라 구축사업을 위해 팔백만 달러 규모의 프로그램 지원을 목표로 하고 있다. 현재 미세조류 기반의 바이오연료 생산에 대한 연구개발과 투자에 발맞추어 많은 기업들이 새롭게 창업되고 있으며 미국의 Algenol Biofuels, Solix Biofuels, Sapphire Energy 및 Solazyme사 등은 담수조류를 이용하여 성공적으로 상업적인 바이오에탄올/디젤 생산에 돌입하는 중이다. 이스라엘의 Seambiotic사는 해수조류를 이용해 공장배기가스(flue gas)를 포집하여(capture) 바이오디젤을 생산하는 설비를 성공적으로 구축하였다. 해조류 연료 생산 회사인 솔라짐 (Solarzyme)사는 독특한 폐쇄농장에서 2012년까지 가격경쟁력을 갖춘 바이오 오일 생산이 계획되고있다.

ABS의 규정에 따른 연구개발 수행 중인데, 지구촌의 생물다양성협약, 유전자원 접근 및 이익공유(ABS, Access and Benefit Sharing on Genetic Resources) 규정 등의 발효에 따라 전 세계적인 생물자원의 주권화에 적절히 대응해야한다. 미국 에너지성(US DOE)에서는 2009년 Biomass Program의 일환으로 "National Algal Biofuels Technology Roadmap"을 작성하여, 국가 차원의 체계적 기술개발 및 지원을 추진하고 있다. 세계적인 정유회사인 Exxon Mobil社는 유전자 과학자인 Craig Venter가 창립한 Synthetic Genomics Incorporated (SGI)와 향후 5년간 6억 달러(7,000억원) 규모의 파트너쉽을 맺고 미세조류로부터 바이오연료 생산연구 시작(2009년)하였다. 미국의 경제일간지 WSJ(2009. 10. 19.)은 미래를 바꿀 수 있는 5가지 기술로서 1) 우주 태양에너지 발전, 2) 고성능 차량용 전지, 3) 유틸리티 저장, 4) 탄소 포집 및 저장, 그리고 5) 차세대 조류연료를 선정하였다. 전 세계에 걸쳐 다양한 벤처기업이 바이오연료 생산 연구 진행중이지만 아직까지 상업적 수준의 생산성을 갖추지는 못하고 있다.

조류연료 생산의 공정별 breakthrough 기술개발, 미세조류의 균주선별, 배양, 수확, 에너지 전환의 각 공정별로 난제 해결을 위한 breakthrough 기술개발, 조류연료 생산에 필요한 원천기술로 평가되는데, 미국 에너지성에서 작성한 "National Algal Biofuels Technology Roadmap"에 의하면 미세조류 종 선정에서 바이오연료 생산까지는 약 2,000여개의 각기 다른 경로가 존재한다고 한다.

유럽의 연구활동이 활발하다. 영국대학교 엘지 생산 전문: University of Glasgow, University of Brighton, Cambridge University, University College London, Imperial College London, Cranfield University. 스페인 세빌리아의 마이크로엘지 바이테크 그룹인 The CSIC´s Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis (Microalgae Biotechnology Group, in Sevilla, Spain) 엘지연료 생산중이다. 리진 오일 주식회사는 오일 추출 시스템들을 공급하는 벨기에의 데스멧 발레스트라 (Desmet Ballestra)사와 단일 추출기술의 상업화 공동 개발이 시작되었고, 대량생산을 위한 엘지 연구는 주로 마이크로 엘지에 초점이 맞추어져 있다. 마이크로 엘지를 선호하는 이유는 상대적으로 덜 복잡한 구조와 빠른 성장률, 높은 함유량을 가지고 있기 때문이다. 현재 대부분 상업화 단계보다는 초기 시작단계와 R&D 단계에 있다. 아직 대규모로 알재 오일에서의 바이오디젤 생산 과정을 완전히 상업화하거나 산업화한 기업은 없다.

비록 조류가 대체에너지 분야에서는 상대적으로 늦게 부상한 것이지만, 수 십 년간 에너지원으로써의 조류에 전망에 대해 연구가 진행되어 왔다. 국립재생에너지연구소(National Renewable Energy Laboratory, NREL)은 조류를 이용한 바이오연료 생산에 대한 연구를 1978년 시작했지만, 1996년 석유가격이 급락하면서 연구가 중단된 바 있다. 연구팀은 다른 조류에 의한 오염과, 실험실 조건을 현장에 적용하는 것에 대한 어려움에 부닥치기도 했다.

조류의 많은 가치 중 하나는 불필요한 이산화탄소를 활용하는 것과 깨끗한 담수가 아니더라도 생존할 수 있다는 점이다. 조류는 반염수나 잡배수(gray water)를 이용할 수 있기 때문에, 귀중한 수자원을 위해 곡물과 경쟁하지 않아도 된다. Solix Biofuel사는 콜라라도 남서부 지역에 건설한 데모 공장(demonstration plant)을 가동하기 시작하였으며, 이곳에서는 메탄생산공장으로부터 끌어올린 이산화탄소와 물을 이용해 조류 배양에 사용하고 있다. 이 공장에서는 현재 1,500 gal/ac/yr의 속도로 오일을 생산하고 있으며, 목표는 4,000 ~ 5,000 gal/ac/yr이다.

지난 7월 액손모빌 사는, 바이오기술 회사인 Synthetic Genomics 사와 함께 조류 기반의 바이오연료 연구분야에 6억 달러를 투자하고 있다고 발표한 바 있다. 2008년 Solazyme사는 바이오연료 개발을 위해 세브론과 파트너쉽을 강화하였으며, Algenol사는 최근 다우화학과의 공조를 공표하였다. 2009년 8월, BP는 조류로부터의 영양보조제 개발에 특화된 Martek Biosciences사에 천억 달러 이상을 투자하고 있다고 발표하였다. –

(출처: http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/es902509d)

북미 지역에서 가장 큰 수송 회사 중 하나인 제이비 헌트 트랜스포트 서비스 주식회사(J.B. Hunt Transport Services, Inc.)와 조류(藻類; algae) 기름 생산회사인 선에코 에너지(SunEco Energy)사는 제이비 헌트사가 선에코 에너지사의 특허 기술을 이용한 천연 조류 기름으로부터 만들어지는 바이오디젤의 주 구매회사로 만들어주는 공동 협력 계획을 발표하였다. 제이비 헌트사는 10,000대의 트랙터를 이용하며 1년에 1억 갤런의 연료를 사용한다.

양사는 캘리포니아주의 치노에 있는 선에코 에너지사의 파일럿 플랜트에서 생산된 100% 천연 조류 기름으로부터 만들어지는 바이오디젤을 사용하는 다수의 실험들을 성공적으로 완료하였다. 일반 상용 디젤과 각각 20%, 50%씩 조류 바이오디젤을 혼합하여 사용하는 이 실험들은 초저유황 디젤(Ultra low sulfur diesel, ULSD)과 비교할 때에 마력의 저하없이 배출되는 입자상 물질의 하였음을 발견하였다. 선 에코 A-50 혼합 디젤은 2.5%의 불투명도를 보여주었다. 일반적인 디젤의 불투명도는 14%이다.

제이비 헌트사의 엔지니어링 수석 부사장인 게리 휘커(Gary Whicker)는 자사의 연료 탱크들에 주입한 대체 에너지 자원을 찾는 일이 회사와 미국을 위한 좋은 사업 기회이며 미국의 연못들에서 성장하는 조류로부터 공급받아 재생 연료를 생산하는 선에코사의 혁신적인 공정이 흥미로운 선택이라고 말했다. 덧붙여서 조류 기반의 바이오디젤을 이용한 초기의 실험은 성공적이었고 제이비 헌트사는 저비용, 저탄소 목표를 달성함과 동시에 더욱 안전하게 에너지를 공급하기 위하여 선에코 에너지사와 협력하는 기회를 얻게 되어 기쁘다고 말했다.

재생 수송 연료들과 공정의 부산물로서 고품질의 동물 사료 제품이 되는 기타 기름 기반의 제품들을 생산하기 위해 적합한 기름 제품을 생산하기 위하여 선에코사의 특허 기술은 감시할 수 있는 환경 조건에서 자연적으로 성장하는 조류종을 이용한다. 선에코사는 현재 미국과 국제 시장에서 생산된 기술의 대형화를 시도하기 위하여 추가 자금 확보를 진행하고 있다. 또한 캘리포니아의 임페리얼 밸리 지역에서 대규모의 개발을 진행하려고 한다.

선에코사에 의해 생산되는 최초의 상업용 제품은 이다. 이 제품은 바이오디젤로 정제되기에 적합하거나 재생 디젤을 생산하기 위하여 상업용 디젤과 최대 50%까지 혼합될 수 있다. 연못들에서 자연적으로 존재하는 조류종을 성장시키고 수확하기 위한 특허 기술을 사용하는 선에코사는 현재 적어도 할수있다고 주장한다.

현재 토지에서 모든 기술의 적용없이 현재 단계의 경작을 통해 선에코사는 매일 40,000갤런의 바이오원유를 생산하고 공급하기를 희망한다. 조류 생산이 확대되고 현장공정을 위한 허가가 2009년 4분기에 완료되면 1에이커의 지역에서 33,000갤런의 기름을 생산할 것이다. 이 제품은 현재 저유황 디젤과 최대 50%까지 혼합되어도 윤활성과 열량 또는 세탄가의 손실이 없다. 또한 시킨다. 선에코사의 기술은 5년 이상 개발되고 있으며 지난 2년 동안에 파일럿 설비들을 운영해 왔다.

5. 2020년이되면 대세로 가는 엘지의 파급효과

기대 및 파급효과로는 이산화탄소 저감으로 기후변화에 대응하고, 지구온난화의 경감, 탄소배출권의 확보를 통한 경제적 우위 선점할 수 있다. 또한 축산폐수의 고차처리를 통한 수질개선 효과, 미세조류 배양으로 축산폐수의 질소, 인 저감효과, 환경정화와 유용물질 생산 동시 달성, 다양한 바이오에너지 생산으로 에너지 위기 대응, 바이오디젤, 에탄올, 메탄 등 다양한 바이오에너지 생산, 에너지의 자체 생산으로 경제적 가치 창출 및 에너지안보 차원에서 중요하다.

하절기 한국의 수계에서 녹조현상을 일으키는 자연적 생장속도가 우수한 토착 미세조류자원 확보가 중요하며, 생물학적 개량을 통한 균주개발, 유전적 개량을 통해 한국형 미세조류 생산에 최적의 형질을 보이는 균주 개발, 미세조류 바이오매스 생산으로부터 바이오에너지 추출과정까지 최적화된 체계적인 생산 체계 개발이 시급하다. 가장 경제적인 형태인 개방형 연못 배양 시스템은 전 세계 상업적 미세조류 배양시설의 90%이상을 차지하고 있다. 따라서 환경에서의 유전자 조작균주의 위해성 평가가 필요하며 배양시설의 살균 및 정화시설 개발도 요구된다. 바이오에너지 생산 최적 균주의 개발과 동시에 항시적인 주변 환경 모니터링 체계가 필요하다.

한국의 연구는 1998년 과학기술부의 환경기반기술 개발 중점사업으로부터 시작되어 진행되다가 최근 미세조류를 이용한 생물연료 생산연구에 대한 관심이 높아지면서 지식경제부의 신재생에너지기술개발사업('07~'10)과 전력산업연구개발사업('07~'10) 그리고 국토해양부의 미래해양기술개발사업('08~'10) 등에서 관련 기초연구가 시작된 단계이다. 하지만 미국이 2020년에 석유를 대체할 에너지로 뉴멕시코와 알라바마주 등이 발표하였고, 한국에서도 석유는 구할수 없는 자원이지만 엘지는 손쉽게 한국에서도 구하고 재배가능하여 한국의 중동으로부터의 에너지독립을 가져다줄 유일한 에너지원이 될 전망이다.