자연에서 얻는 청정 연료, 바이오연료

 

 

“위하여~!” 직장인들의 회식자리, 맛있는 음식도 중요하지만, 술이 빠지면 안되겠죠? 분위기를 흥겹게 만드는데 도움을 주는 술은 크게 세 종류로 나뉩니다. 양조주, 증류주, 그리고 혼성주죠. 이들은 제조하는 방법은 다르지만 기본적으로 알코올이 들어간다는 점에서 같습니다. 특히 양조주와 증류주는 만드는 방법이 비슷합니다. 바로 발효과정! 미생물을 이용해서 당분이나 곡물을 알코올로 만드는 과정을 거치고 있습니다. 이렇게 만들어진 술은 사용한 과일이나 곡류에 따라 맛이 달라집니다. 시원한 맥주는 보리, 분위기 잡기 좋은 포도주는 포도, 뽀얀 막걸리는 찹쌀이나 멥쌀을사용하는 식인거죠.

 

 

 

 

 

 

그런데 이렇게 술을 만드는 방법이 차세대 에너지원으로 쓰이고 있는 사실, 알고 계셨나요? 바로 바이오 에탄올이 그 주인공이랍니다. 술을 제조하는 방법을 이용해 바이오 에탄올을 만들고 있고, 게다가 몇몇 선진국에서는 실제로 사용하기도 하지요. 이외에도 바이오 메탄올, 바이오 디젤 등 바이오 에탄올 외에도 여러 가지 연료들이 연구되고 있으며, 이들을 모두 모아서 석유를 대체할 차세대 연료, 즉 바이오연료라고 부르고 있습니다. 이름만 들으면 엄청나게 좋을 듯한 바이오 연료들, 처음 들어서 잘 모르시겠다고요? 그래서 오늘은 이 바이오 연료에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

 

▲온실가스의 주범 화석연료, 바이오 연료로 대체하면 걱정 뚝!

 

 

석유는 다른 말로는 화석연료라고 부르고 있는데요. 그것은 석유가 만들어지는 과정이 화석과 관련이 있어서 이렇게 부르고 있습니다. 석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석연료들은 과거에 살았던 동물이나 식물이 땅에 묻히고, 오랜 세월 동안 높은 땅 속의 압력과 열에 의해 생성되는 것으로 알려져 있습니다. 그런데 이러한 화석연료는 매장량이 정해져 있지요. 반면에 전 세계적으로 필요로 하는 연료량은 점차 늘어나는 추세이며, 또 화석연료는 사용할 때 지구를 뜨겁게 만드는 온실가스를 배출해서 환경적으로 안 좋은 영향을 주고 있습니다. 따라서 새로운 에너지원이 필요한 것이죠.

반면에 바이오 연료들은 이러한 문제에서는 자유롭다고 할 수 있습니다. 자연에서 얻을 수 있는 동, 식물을 자원을 이용해서 만들어지는 바이오 연료들은 고갈에 대한 염려가 없습니다. 게다가 우리나라와 같이 석유자원이 없는 나라도 바이오 연료에 쓰이는 곡물을 재배할 경우, 연료를 생산할 수 있어서 지역적으로 생기는 연료의 불균형을 해결할 수 있는 장점이 있습니다. 그리고 제일 중요한 것은 온실가스 배출이 제로라는 점입니다. 

사실 바이오 에탄올이나, 바이오 메탄올, 바이오 디젤과 같은 바이오 연료들은 석유처럼 사용할 경우 이산화탄소와 같은 온실가스가 나오는 것은 똑같은데요, 어째서 온실가스 배출량이 제로라는 것일까요?

 

 

▲식물을 원료로한 바이오 연료는 온실가스 배출량이 제로!! 리얼 그린 에너지랍니다~

 

 

 

바이오 연료의 원료가 되는 식물의 경우 자라면서 광합성을 하게 됩니다. 이때 많은 양의 이산화탄소와 빛을 이용하여서 포도당과 같은 식물의 필요한 영양분을 만들게 됩니다. 그리고 그러한 영양분을 씨앗이나 혹은 과일로 만들게 되는데요, 우리가 이것을 바이오 연료로 만든 뒤 사용하면서 나오는 이산화탄소는 결국 식물이 자라면서 사용한 양과 같은 양이게 됩니다. 즉 추가적으로 이산화탄소가 배출이 되지 않기 때문에 석유와 달리 온실가스를 배출하지 않습니다.

 

 

▲달달하기만 한 사탕수수에서 연료가 만들어진다는 걸 아시나요?

 

 

이렇게 고갈될 염려도 없고 온실가스도 배출하지 않는 착한 연료, 바이오 연료는 어떻게 만들어 질까요? 바이오 에탄올은 앞서 말했던 것처럼 술을 만드는 과정과 유사합니다. 사탕수수와 같은 식물 자원을 이용해 만드는 경우 효모(Yeast)를 이용해 발효를 시키고 있는데, 이러한 효모는 발효 과정 중 포도당과 같은 당분을 알코올로 바꾸는 성질을 가지고 있습니다. 효모들이 발효를 하는 것은 우리가 음식을 먹고 이를 분해하여서 에너지를 얻는 과정과 유사한데, 우리는 음식을 먹어서 소화를 한 뒤 산소를 이용해 에너지를 만들지만 효모의 경우는 조금 다릅니다. 바로 산소 없이 당분을 분해해서 에탄올과 같은 특별한 물질을 만드는 무산소호흡을 하고, 이를 이용해 바이오 에탄올을 만들게 됩니다. 

이외에도 감자나 옥수수, 고구마와 같은 곡물을 이용해 바이오 에탄올을 만드는 경우 추가적인 방법이 필요합니다. 이러한 곡물들에는 전분이 풍부한데요, 전분은 당이 여러 개가 합쳐진 다당류이어서 효모가 발효를 하지 못합니다. 따라서 전분을 한 개의 당인 단당류로 만드는 과정이 필요한데, 이때 효소를 이용해서 전분을 작게 만들어 줍니다. 사용하는 효소는 사람 침 속에도 있는 아밀라아제라고 부르는 효소이며, 적절한 온도만 되면 효소는 전분을 작게 만들어주고 그 뒤에 효모를 이용해서 에탄올을 만들게 됩니다.

 

 

▲식물성 기름이 풍부한 콩이 바이오 디젤의 원료가 된답니다!

 

바이오 디젤은 바이오 에탄올과는 다른 방법으로 만들어지게 됩니다. 바이오 에탄올의 경우 미생물을 이용한 발효과정을 거치게 되지만 바이오 디젤은 화학적으로 처리를 하여서 만들게 되며, 식물이나 동물의 기름을 주 원료로 사용하게 됩니다. 콩과 같은 식물에는 기름이 풍부하여서 이를 이용할 경우 바이오 디젤을 만들 수 있으며, 식물의 기름이나 동물의 기름은 에스터라고 부르는 공통된 부분을 가지고 있습니다. 바이오 디젤은 에스터라는 부분을 알코올과 반응시켜서 만들게 되며, 이렇게 만들어진 연료는 경유와 상당히 유사한 성질을 가지고 있다고 합니다. 그래서 현재 사용하고 있는 경유 차에 직접 사용해도 되기 때문에 바이오 디젤을 지금 당장 사용해도 크게 문제가 되는 점이 없다고 합니다.

 

 

바이오 연료는 장점이 참 많은데요, 실생활에서 쓰이지 않으니 참 먼 미래의 이야기 같지만 알고보면 이미 우리생활에 알게 모르게 사용되고 있습니다. 미국과 브라질에서는 예전부터 바이오 에탄올을 생산하고 있고 또한 연료로 사용하고 있습니다. 바이오 에탄올은 실제로 차량에 직접 넣어 사용해도 되지만, 아직은 기존 차량에 바이오 에탄올만 사용할 경우 발생할 문제에 대해서 연구가 많이 진행되지 않은 이유로, 현재는 미국과 브라질에서는 휘발유에 바이오 에탄올을 섞어서 사용하고 있습니다. 또 가깝게는 중국과 인도에서도 바이오 에탄올을 만들고 있으며, 이들 나라들은 옥수수, 사탕수수, 고구마와 같은 곡물을 이용해서 바이오 에탄올을 만들고 있습니다.

 

▲이제는 바이오 원료로 비행기를 띄워 보는건 어떨까요?

 

 

바이오 디젤은 독일과 프랑스, 그리고 미국에서 많이 생산되고 있으며, 특히, 이들 나라들은 생산뿐만 아니라 사용도 하고 있습니다.  특히 독일과 이탈리아에서는 도심버스나 대형버스에 사용하는 연료는 100% 바이오 디젤을 사용하도록 하고 있지요. 또 최근에는 이 바이오 디젤을 항공기에 사용하는 방안에 대해서 연구가 진행되고 있는데요, 벌써 일부 항공사에서는 항공유에 바이오 디젤을 섞어서 사용하고 있다고 합니다.

 

▲해조류를 이용한 바이오 연료 추출, 얼마남지 않았어요!

 

 

이와 같이 전 세계적으로 많은 국가들이 석유를 대체할 수 있는 바이오 연료에 대해서 많은 관심을 가지고 실생활에 적용하기 위해 많은 노력을 기울이고 있는데요. 한 가지 문제는 식량 문제를 야기할 수 있다는 것입니다. 연료로 사용하기 위해서 곡물을 사용하다 보니 곡물 가격이 상승하는 문제가 생기는 것이지요. 그래서 최근에는 해조류를 이용해서 바이오 연료를 만드는 연구가 진행되고 있으며, 특히 최근에 국제적인 학술지 사이언스에 나온 논문에는 다시마와 같은 갈조류를 이용해 바이오 에탄올을 만들 수 있는 대장균을 발표해서 화제가 되었습니다.

지금까지 바이오 연료에 대해서 알아보았는데요, 현재 국내에서도 2006년부터 외국과 같이 기존의 연료에 바이오 디젤을 혼합하여서 판매하고 있다고 합니다. 또한 바이오 에탄올과 같은 연료도 생산 사용하기 위해서 많은 연구가 진행되고 있답니다. 지구를 푸르게 해주는 바이오 연료! 우리나라에도 널리 보급되는 날이 빨리 오기를 바라 봅니다! 

- 참고문헌 –

한화케미칼 http://hcc.hanwha.co.kr

한화케미칼 블로그 http://www.chemidream.com/

바이오에너지 연구 및 기술개발동향, 생명공학정책연구센터

바이오 에탄올 생산 기술, 혼다 타쿠야

주요 국가별 바이오연료 정책현화, 교육과학 기술부

An engineered microbial platform for direct biofuel production from brown macroalgae.

2012 Jan 20;335(6066):308-13. doi: 10.1126/science.1214547.

 

 

* 이 컨텐츠는 한화케미칼 공식블로그 Chemical Dream '자연에서 얻는 청정 연료, 바이오연료' 에서 가져왔습니다.