[독자투고] 바이오 에너지

자연계에 존재하는 모든 에너지는 태양으로부터 기인하며, 식물은 이 태양에너지를 광합성 반응으로 CO2를 고정하여 탄수화물 또는 지방산 형태로 저장한다.

즉, 곡류의 주성분인 녹말, 세포벽구성 성분인 셀룰로스, pectin, 이외에 여러 가지 당으로 구성된 헤미셀룰로스와 유채 등의 유지작물의 종실에 포함하고 있는 지질은 태양에너지의 화학에너지 저장상태라 할 수 있다.

이 다당체들은 다시 단당류의 형태인 glucose(포도당)나 galactose(육탄당) 또는 xylose(오탄당) 등으로 변환되어 해당과정과 발효를 통하여 바이오에탄올로 만들어질 수도 있고, 녹조류 등에 탄소원으로 제공되어 세포막을 구성하고 있는 지질의 함량을 증대시킨 후 추출하여 바이오디젤로도 만들어 질 수도 있다.

이러한 과정을 거쳐 생성된 바이오에탄올 및 바이오디젤은 연소되어 에너지를 방출하고, 그 구성성분은 자연계로 환원된다.

이와 같은 일련의 에너지생산과 자연계로의 환원과정은 자연환경에 어떠한 부담을 주지 않고 순환하기 때문에 재생가능한 친환경에너지라는 말로 표현된다.

최근에는 비식용으로 사용하는 식물체의 세포벽 구성성분인 셀룰로스를 이용하여 해당과정과 발효과정을 거쳐 생산되는 셀룰로스 에탄올을 생산하는 연구가 진행되어 좋은 연구결과를 얻고 있지만, 발효 후 증류하여 순수한 에탄올을 분류하는 공정과정을 거쳐야한다.

그리고 녹조류를 이용하여 바이오디젤을 생산하고자 할 때와 유채 등의 유지작물로부터 바이오디젤을 생산하고자 할 때는 모두 글리세롤에 결합되어 있는 지방산을 화학적인 처리로 분리하는 공정과정을 거쳐야 한다.

상기의 두 과정은 모두 1차적인 바이오에너지 생산에 이어지는 공정과정이 필수적이라서 번거롭기도 하고 생산비도 더 요구되기 때문에 더 간편하고 생산량을 증대시킬 수 있는 새로운 방법이 시도되고 있다.

우리 주변에 널려있는 식물체는 셀룰로스와 헤미셀룰로스를 주성분으로 포함하고 있다. 이들을 이용한 바이오디젤과 화학물질을 생산하고 자하는 연구결과가 “네이쳐” 최신호에 소개 되었다.

먼저 미생물체내에서 생성되는 지방산을 분해하여 이용하는 대사과정을 억제시킨 대장균 돌연변이를 만들고, 유전자조작을 통하여 세포벽 구성성분인 당을 분해하는 유전자와 지방산과 에탄올 생합성에 관여하는 일련의 유전자를 서로 다른 운반체에 나누어 클로닝 한 다음 최소한 3종의 운반체를 이 돌연변이 대장균 세포내에 형질전환 하여 새로운 생물 반응기를 만들어 내었다.

이 새로운 대장균 반응기에서 생산되는 바이오디젤은 세포 밖으로 배출되기 때문에 관련된 반응이 feedback 저해를 받지 않게 되고 지속적으로 바이오디젤 생산이 가능하다.

또한 지질의 특성상 배지에 섞이지 않아서 서로 뭉쳐있기 때문에 별다른 공정과정을 필요로 하지 않기 때문에 공정과정을 단축시킬 수도 있다.

이 기술은 미생물을 이용하여 바이오메스로부터 직접 바이오연료를 생산하는 것으로서 보다 더 규모를 크게 할 수 있고, 제어가 가능하며 경제성이 있는 것으로 평가받을 만하고 앞으로 산업화가 기대된다. / 김종범ㆍ농촌진흥청 국립농업과학원 기능성물질개발과