폐목재로 만든 '녹색연료'… 휘발유만큼 씽씽 달리네

폐기물로 발효시킨 에너지 '바이오 부탄올'… 연료 성능 휘발유의 91% 달해
　

비(非)식용 원료로 생산되는 친환경 에너지원 바이오 부탄올(Butanol)이 각광을 받고 있다. 미래창조과학부가 지난해 12월 바이오 부탄올을 생산하는 발효·흡착·분리정제 통합공정 기술을 '대한민국 기후변화대응 10대 기술'에 선정하면서 적극적으로 지원하겠다는 의지를 밝혔고, GS칼텍스는 올 하반기 전남 여수에 500억원을 투입, 국내 최초 바이오 부탄올 시범 생산공장을 착공할 예정이다.

그래픽=송윤혜 기자

연료 성능 휘발유의 91% 달해
가솔린 엔진에 넣어도 주행 가능
부식이 잘 되지 않는 장점
반도체 세정제·필름 코팅수지 등
친환경 화학제품으로 사용 가능

곡물가에 영향 안 주는 바이오 부탄올

바이오 에너지(Bio Energy)는 주로 식물을 발효하거나 연소해 얻는다. 사탕수수·옥수수를 활용하는 바이오 에탄올, 콩기름·유채기름에서 추출하는 바이오 디젤이 대표적이다. 그런데 최근 바이오 부탄올이 주목을 받는 이유는 폐목재·볏짚·사탕수숫대·갈대 등 폐기물에서 에너지를 생산할 수 있는 기술이기 때문이다. 바이오 에탄올과 바이오 디젤이 식량을 에너지원으로 쓰기 때문에 생기는 논란을 피해갈 수 있다.

2000년대 초 바이오 에탄올·바이오 디젤은 화석연료를 대체할 청정 에너지원으로 주목을 받으면서 미국 정부는 바이오 에탄올 생산자에게 세금혜택과 보조금 지원을 몰아줬다. 그러자 옥수수 활용량이 급증, 2000년대 말 미국에서 생산하는 옥수수 중 3분의 1에 달하는 1억t이 바이오 에너지용으로 쓰이기에 이르렀고, 옥수수 값은 3배 이상으로 치솟았다. 결국 국제 곡물가격과 식료품 상승을 부르면서 '애그리플레이션(agriflation)'을 낳았고, 곡물 수입이 필수인 식량 부족 국가들은 뜻하지 않게 고통을 겪어야 했다.

그래픽=송윤혜 기자

바이오 부탄올은 에너지 밀도가 휘발유의 91%로 65% 수준인 바이오 에탄올보다 연료로서 성능도 높다. 기존 가솔린 엔진에 바이오 부탄올을 넣어도 문제가 없다. 더구나 부식이 잘 되지 않아 연료뿐 아니라 반도체·LCD 세정제, 필름 코팅 수지, 방충제, 식품·화장품 착향료 등 친환경 화학제품 원료로도 쓸 수 있다.

효율 높은 균주 찾아내 경제성 확보

문제는 바이오 부탄올을 생산하는 과정이 바이오 에탄올이나 바이오 디젤보다 어렵다는 데 있다. 바이오 에너지 생산 공정은 비슷하다. 폐목재나 옥수수·사탕수수에 담긴 고분자량 탄수화물이 산(酸)이나 효소와 작용해 액체인 당(糖)으로 바뀌고, 이를 균주(미생물)가 분해해서 연료용 액체로 만드는 것이다.

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그래픽=송윤혜 기자

바이오 에탄올보다 가격 경쟁력
사탕수수·옥수수·콩 대신 사용
식량 고갈문제 벗어날 수 있어
찌꺼기는 석탄으로 대용 가능
생산과정 온실가스 발생도 적어

그런데 사탕수수·옥수수에서 나오는 포도당 계열 육탄당(六炭糖·hexose)은 균주가 비교적 쉽게 발효할 수 있지만 폐목재나 식물 중기 등에서 나오는 목당(木糖) 계열인 오탄당(五炭糖)은 균주가 잘 분해하지 못한다. 결국 생산하는 데도 더 오래 걸리고 완성도도 떨어진다. 이 오탄당을 분해할 균주를 찾는 게 바이오 부탄올 생산 기술 핵심이다.

GS칼텍스는 지난 9년간의 실험 끝에 유전자 조작을 통해 오탄당을 잘 분해하는 돌연변이 균주를 만드는데 성공했다. GS칼텍스 엄문호 기술연구소 수석연구원은 "일반 균주와 달리 육탄당과 오탄당을 구분 없이 분해하는 균주라 혼합당 발효 기간도 단축할 수 있다"고 했다.

GS칼텍스 대전 기술연구소에서 연구원들이 바이오 부탄올 실험에 몰두하고 있다. GS칼텍스는 미래 성장동력 확보 차원에서 여수에 바이오 부탄올 시범 공장을 건설할 예정이다. /GS칼텍스 제공

폐기물은 석탄 대용 활용 가능

바이오 부탄올의 장점은 또 있다. 폐목재·갈대·사탕수숫대에 있는 60~70% 이상의 당을 빼고 나면 찌꺼기 리그닌(Lignin)만 남는다. 이는 화력발전소에서 석탄 대용으로 사용할 수 있다. 폐목재에서 바이오 부탄올을 생산하는 공정은 원유에서 휘발유를 생산해내는 공정보다 온실가스 발생이 60% 저감된다. 버려지는 폐목재가 버릴 것 없는 에너지원이 되는 셈이다.

최근 바이오 부탄올 생산에 성공한 GS칼텍스. /TechUp Date 유튜브 채널