[사이언스칼럼]지속성장을 위한 바이오 화학전환 기술

▲ 이재도 한국화학연구원 원장

세계경제는 2020년을 전후하여 바이오 과학기술이 인류 삶의 질에 실질적 영향을 미치는 바이오 경제시대로 진입할 전망이다. 바이오 경제시대는 인류가 해결해야 할 생명연장과 건강 문제, 환경·에너지문제, 식량, 바이오테러 등의 문제를 바이오 자원과 기술이 해결해야 하는 시대이다.

이러한 바이오 경제시대를 준비하기 위해 정부는 2016년까지 생명공학분야 세계 7위 기술강국 진입을 목표로 하는 “바이오 비전 2016”을 수립하고 실천 과제를 추진하고 있다. 건강한 “생명중심 사회”와 “풍요로운 바이오 경제”구현을 위해 정부가 발 벗고 나선 것이다.

인류는 현재 석유, 천연가스, 석탄 자원 등의 공급량 감소와 무분별한 사용으로 인한 환경문제로 위협받고 있어 시급히 해결해야 할 과제가 산적되어 있다. 나아가 화석연료에 의존해온 인류에게 다음 세대에도 지속 가능한 성장을 위해서는 생활과 경제성장에 필수적인 물질을 공급하는 지속성의 확보가 필수적인 과제이다.

이러한 과제 해결방안으로 태양으로부터 막대한 에너지를 받아 이산화탄소를 소비하며 광합성을 통해 매년 1,700억톤의 식물자원으로 생산되는 바이오매스에서 인류의 지속성장을 위한 지속적 물질공급 방안을 찾을 수 있다. 1,700억톤의 바이오매스 중 인류가 필요로 하는 식량, 사료, 산업자재 등으로 60억톤 정도가 사용되고 있다.참고로 인류가 에너지 물질을 제외한 화학원료로 사용하는 물질량은 약 15억톤 규모이며, 이는 현재 상업적으로 사용되는 식물기반 화학자원 생산량을 매년 적정량씩 증가시키면 석유자원으로부터 공급되고 있는 화학산업물 원료 총량과 동일한 양을 멀지 않은 장래에 공급받을 수 있음을 나타낸다.

이는 바이오매스로부터 인류의 성장에 필요한 물질로 전환하는 기술의 확립될 경우, 미래에도 화학산업 물질 공급이 지속적으로 가능하다는 의미이다. 바이오매스는 매년 새롭게 재생되는 자원으로서 형성에만 수억년이 소요된 화석자원이 고갈될 경우, 이를 대체할 수 있는 유일한 대안이며, 이를 가용 가능한 화학자원으로 전환하는 바이오 화학전환 기술은 인류의 지속성장을 확보하기 위한 필수적인 기술이다.

바이오 기술의 기본인 농림기술은 인류 삶의 근원이 되는 물질, 즉 바이오매스를 지속적으로 제공하며, 미래 화학기술은 이 물질을 원료로 사용하여 삶의 질을 향상시키며 문화를 유지하는 물질과 에너지를 생산하는 역할을 하게 될것이다. 이렇게 석유나 석탄과 같은 화석자원을 대신하여 바이오매스를 화학기술로 전환하여 에너지, 생활과 산업성장에 필요로 하는 화학물질을 생산하는 기술체계가 바이오리파이너리(Biorefinery)이다.

미국, 유럽을 비롯한 주요 선진국과 듀퐁 등 주요 기업들은 엄청난 규모의 인력과 예산을 투입하여 기존에 석유가 담당하던 역할을 지속적으로 재생산이 가능한 자원인 바이오매스로 대체하기 위한 자원의 확보와 바이오리파이너리 기술개발전략을 적극적으로 추진하고 있다.

검은색의 화석자원에 대비되어 무공해 친환경 자원을 얻는 화이트 바이오테크놀로지 분야에서 세계적으로 기술패권을 차지하기 위한 치열한 경쟁이 벌어지고 있는 것이다.

그러나 이러한 바이오 자원의 화학전환 체계는 적용에 많은 난제를 안고 있다. 필요한 특정 식물자원의 공급제한, 식물자원의 자원화로 식량 공급의 감소, 식물자원으로부터 얻은 화학자원의 성능과 효율성의 문제, 공정의 경제성, 지구 환경 변화 등 관련되어 있는 문제가 많다.

이러한 문제에도 불구하고 미래형 바이오 화학자원의 공급체계의 확보는 인류에게 다가오고 있는 화석자원의 고갈과 환경문제를 해결하고 풍요로운 지속성장이 가능한 미래를 만들어 가기 위한 필수적인 대안임은 이미 언급한 바와 같다. 우리나라는 화학 공정기술은 이미 세계적 수준에 있다.

국가적 투자와 지원으로 이러한 화학기술력과 인력이 바이오 화학전환기술과 접목되고 화학작물과 에너지작물 개발 및 식물자원의 전환을 위한 복합단지화 등이 구현되면 바이오 자원의 문제를 극복하고 지속성장이 가능한 미래를 열어 갈 수 있을 것이다.