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대전 대덕연구개발특구 내 GS칼텍스 중앙기술연구소. 이곳에는 하루 80리터(L)의 바이오부탄올(Bio-Butanol)을 시험 생산하는 시설이 있다. 바이오부탄올은 볏짚 등 생물성 원료와 박테리아로 만드는 액체연료다. 오염원을 배출하지 않아 미래 청정 휘발유로 불린다.


하지만 제조 원가가 휘발유의 2~3배나 되는 것이 상용화의 걸림돌이었다. GS칼텍스산(産) 바이오부탄올은 생산성을 대폭 높여 제조 원가가 휘발유와 비슷하다. 12월부턴 자동차에 주입해 상용화 시험을 시작한다.


이를 가능케 한 주역이 바로 KAIST 이상엽 특훈교수(생명화학공학)다. 이 교수는 대장균 같은 박테리아로 유익한 물질을 생산하는 분야에서 세계 최선두권에 속하는 학자다. 그는 박테리아의 생체대사(代射) 활동 전반을 새로 설계하고 이를 완전히 뜯어고친다. "한두 개 유전자를 조작하는 수준으론 상업성 있는 물질을 만들 수 없기 때문이죠."


바이오부탄올도 박테리아 기술로 제조한다. 일반 박테리아가 배출하는 물질에는 부탄올 함량이 60%밖에 안 된다. 이 교수는 이를 85%로 높이고 대사 속도도 높인 새 박테리아를 만들었다. 여기에 GS칼텍스의 제조 공정 기술을 접목해 생산성을 크게 높였다.


부탄올은 석유화학으로도 만들 수 있다. 원유를 사용하는 석유화학산업은 자원 고갈, 지구온난화 같은 문제를 안고 있다. 그 대안으로 떠오른 것이 바이오화학산업이다. 나무·풀·볏짚·낙엽·사탕수수 등 지구가 매년 1700억t씩 내놓는 생물성 원료를 이용한다. 바이오화학의 핵심 '생산자'가 바로 박테리아다. 박테리아는 물질 생산이 끝나면 완전히 소멸시키기 때문에 생태계를 교란할 위험이 없다. 생명 윤리 논쟁을 촉발하지도 않는다.


▲ KAIST 이상엽 특훈교수가 바이오부탄올 배양액을 들어 보이고 있다. 노란 액체 속엔 식물에서 뽑아낸 포도당을 먹고 부탄올을 분비하는 박테리아가 자라고 있다. 이를 정제하면 휘발유에 버금가는 연료를 얻을 수 있다. 대전=신현종 기자


세계경제포럼(WEF)은 부탄올을 비롯한 바이오 연료 시장 규모가 2020년 800억달러(약 88조원)에 달할 것으로 전망하고 있다. 온실가스 문제가 부각될수록 시장은 더 커질 수밖에 없다. "이 분야는 세계 최고·최초만이 의미가 있어요. 미국 MIT나 UC버클리 등 이 분야 초일류들을 앞서야 합니다. 그렇지 못하면 100년 가까이 발전해온 석유화학산업과 경쟁할 기회가 아예 주어지지 않거든요."


이 교수 연구는 특히 상업적 활용도가 높아서 산업계에서 각광받는다. 그는 2004년 폴리에스터 등 각종 화학물질의 원료인 숙신산(酸) 생산 기술을 개발했다. 미국 거대 화학 회사보다 생산성이 3배 넘는 세계 최고 수준이었다. 이 교수는 되새김질을 하는 소의 위(胃)를 활용했다. 꼬박 6개월간 매일 도살장에서 소 위를 얻어와 샅샅이 뒤진 끝에 새로운 박테리아를 발견했다. 그 박테리아의 게놈(유전체) 정보를 전부 분석, 숙신산 생산 공정을 만들었다. 당시 네이처 바이오테크놀러지에 발표된 이 교수 논문은 한국 연구진에 의한 최초의 게놈 분석 사례였다.


이 교수는 LG화학과 함께 미생물을 활용해 플라스틱도 생산하는 길을 텄다. 몇억년이 걸리는 진화 과정을 4년으로 압축한 인공 진화를 통해 새로운 미생물을 만들어낸 것. 

연구 결과가 발표되자 미국 CNN은 "한국 과학자들이 석유 없이 플라스틱을 만들어냈다"고 대대적으로 보도했다. 이 교수는 "석유화학으로 만들 수 있는 것이면 뭐든지 미생물로도 만들 수 있다는 가능성을 제시한 것이라 반향이 컸다"고 말했다.


현재 바이오화학 분야는 미국 다우케미컬·듀폰, 독일 바스프·에보닉 등 메이저 회사들이 천문학적 투자를 하고 있다. 컨설팅 기업 맥킨지는 보고서에서 "2050년이 되면 인류가 쓰는 석유화학 물질 중 65%가 바이오로 대체될 것"이라고 전망했다.


이 교수는 서울대 화학공학과를 나와 미 노스웨스턴대에서 박사 학위를 받았다. 미국 화학회가 미생물·생명화학공학 분야에서 가장 탁월한 연구자에게 주는 '마빈존슨상'을 아시아 최초로 수상했다. 그는 대학원생들에게 '65세 이력서'를 쓰게 하는 걸로 유명하다. 박사 학위를 딴 이후 자신의 인생 여정을 미리 그려보게 하는 것이다. 이 교수는 "과학자로서 목표가 분명하지 않으면 세계 1등을 할 수 없다"고 말했다.


* 바이오부탄올(Bio-Butanol)

폐목재·볏짚·해조류 등에서 뽑아낸 포도당과 박테리아를 이용해 만든 액체 연료. 특성이 휘발유와 비슷해 기존 가솔린 엔진에 연료로 사용할 수 있다. 



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탄소배출권시장ㆍ신재생에너지시장 등 녹색시장이 급속도로 성장할 것으로 전망되면서, ‘녹색선도시장'을 창출하여 선도자의 이익을 확보하기 위한 국가 간 경쟁이 치열해지고 있다. 선도시장이란 기술이나 규제의 표준이 설정되는 시장으로, 이곳에서 설정된 표준을 다른 국가들도 채택할 수밖에 없다. 따라서 표준을 주도한 국가가 향후의 시장을 주도하면서 선도자의 이익을 누릴 수 있게 되는 것이다.

녹색경쟁의 승자는 과연 누가 될 것인가. 새로운 시장의 선점권을 확보하기 위해 국력을 집중하고 있는 주요 국가들의 정책을 살펴본다.

일본 : 오일쇼크 이후부터 지속된 녹색기술 개발, 저탄소사회 실현에 앞장

일 본은 오일쇼크를 겪은 이후 중간중간의 유가 하락에도 아랑곳하지 않고, 한국과는 대조적으로 지속적으로 관련 정책을 개발하고 일관되게 추진함으로써 세계 최고의 에너지효율 국가로 거듭났다. 이를 바탕으로 최근에는 ‘저탄소사회'를 실현하는 녹색기술을 개발하는 데 주력하고 있다.

지난 6월에는 이른바 ‘후쿠다 비전'을 통해, 이산화탄소 배출량을 2020년까지 현재보다 14% 줄이고, 2050년까지는 최대 80% 감축하는 목표를 설정했다. 더불어 이산화탄소 감축 목표를 달성하기 위한 에너지효율과 신재생에너지 관련 핵심기술을 구체화했다.

특히 일본의 녹색기술 지원 정책에서 눈여겨볼 만한 것은 NEDO(New Energy Development Organization)라는 기구다. NEDO는 우리나라로 치면 에너지관리공단과 같은 조직이다. 하지만 NEDO에는 민간도 함께 참여한다는 점에서 에너지관리공단과는 다르다. 그리고 녹색산업에 대해 기술 개발부터 사업화까지의 전 과정을 원스톱으로 지원한다는 데 결정적 차이점이 있다.

EU : 글로벌 녹색시장의 강자, 강력한 규제와 기술 개발로 시장 창출

EU는 강력한 환경규제와 법 제정을 통해서 글로벌 녹색시장의 주도권을 장악하고 있다. 온실가스 규제 등의 환경규제로 역내 산업의 경쟁력을 강화하는 한편 외국 기업의 진출을 봉쇄하고 있는 것이다.

예를 들어 EU 의회는 지난해 7월, 자동차의 주행거리당 이산화탄소 배출량을 현재의 킬로미터당 140 그램에서 2015년부터는 125그램으로 제한하는 규제를 도입했다. 이러한 기준을 충족시키지 못하는 자동차는 수입을 아예 금지하겠다는 것이다. 물론 역내에 있는 기업들은 2015년 이전까지 관련 기술을 확보할 수 있을 것이란 계산을 했을 것이다. 그러니까 기술 확보 후에 규제를 강화하면서 일종의 비관세 무역장벽을 만들어 가고 있는 것이다.

또한 EU는 2003년 제정한 ‘신재생에너지법'을 기반으로 회원국 공동으로 관련 기술을 개발하기 위한 정책적 지원을 강화해 나가고 있다.

미국 : 시장의 후발주자, 차세대 녹색기술 개발에 주력

그동안 기후변화 대응에 소극적이었던 미국은 일본과 EU로부터 녹색산업의 주도권을 빼앗기 위해 차세대 기술 분야에 집중함으로써 향후의 시장주도권 장악을 모색하고 있다. 예컨대 실리콘계 태양전지 시장은 독일과 일본이 이미 장악했다는 판단 하에, 차세대 분야인 비(非)실리콘계 태양전지에 R&D 투자를 확대하고 있다.

태양전지시스템은 빛을 전기로 변환시켜 주는 장치로, 현재 주 재료가 실리콘이다. 실리콘은 지구상에서 산소만큼이나 흔한 물질이지만 태양전지에 사용되는 실리콘은 순도가 99.9999%이어야 한다고 한다. 그래서 실리콘계 태양전지는 재료비가 비싸고 공정도 상당히 복잡하다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 실리콘 사용을 최소한으로 줄이거나 아니면 아예 실리콘을 사용하지 않는 비실리콘계 태양전지 기술이 주목을 받고 있다. 대표적인 것이 유기태양전지다. 유기태양전지는 실리콘 대신 반도체성 고분자 플라스틱을 재료로 사용하는데, 고분자는 스스로 조립되는 성질이 있어서 만들기가 간단하다. 또한 실리콘계 태양전지에 비해서 가볍고 잘 휘어지기 때문에 전자제품의 휴대용 전원으로 활용될 수 있다.

미국은 비실리콘계 태양전지 외에도 대형 태양열발전, 목질계 바이오 에탄올, IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle), CCS 등에 대한 집중적인 연구개발을 통해 차세대 시장을 공략할 계획이다.

목질계 바이오 에탄올은 포플러 나무 등에서 에탄올을 추출하는 기술로, 사탕수수나 옥수수 같은 곡물을 원료로 사용하는 바이오 에탄올의 문제점을 해결했다는 점에서 주목을 받고 있다. 바이오 에탄올은 에너지 가격과 곡물 가격의 동반 상승을 초래한다는 문제를 안고 있었다. 고유가로 바이오 에탄올의 생산량이 증가하자 그에 따라 곡물 가격도 상승했던 것. 곡물이 아닌 나무에서 추출하는 목질계 바이오 에탄올이 부상할 수밖에 없는 이유다.

IGCC는 석탄연료로부터 전기뿐 아니라 수소ㆍ액화석유까지 만들 수 있는 차세대 석탄발전기술을 말한다. 석탄을 고온ㆍ고압으로 가스화하여 전기를 생산하는 기술로, 기존의 미분탄 화력발전 방식보다 효율이 10% 이상 높다고 한다.

중국 : ' 세계의 공장 ' 으로 몰려드는 선진기업과 손잡고 글로벌 기업 육성

세계의 공장 노릇을 하면서 오염생산국이라는 오명을 얻은 중국도 거대한 자국시장을 활용하여 특히 신재생에너지 분야를 집중 육성하고 있다. 자국의 시장잠재력을 보고 몰려드는 해외 선진기업들에게 기술이전 등을 계약 전제조건으로 제시하여 빠르게 선진기술을 습득해 나가고 있다. 이미 글로벌 기업도 배출하고 있는 상황이다.

태양전지업체 썬텍(Suntech)의 경우 2001년 설립 이래 선진기업과의 기술제휴로 공격적인 경영, 안정적인 원자재 조달 등에 성공하면서 2007년 매출액 기준으로 세계 2위 기업으로 등극했다. 2006년 모듈업체인 일본의 MSK(Making Solar worK)를 인수한 데 이어 미국시장을 공략하기 위해 썬텍 아메리카 설립을 추진하고 있고, 미국의 MEMC(Monsanto Electronic Materials Company)나 노르웨이의 REC(Renewable Energy Corporation) 같은 폴리실리콘 업체들과 장기공급계약을 체결했다.

또한 풍력터빈 생산업체인 골드윈드(Goldwind)는 1997년 풍력산업에 진출한 이후 기술제휴 등을 통한 기술확보 전략으로 성장에 성공하면서 이 분야 세계 7위에 올라 있다. 골드윈드는 풍력터빈 기술을 확보하기 위해 2004년 독일의 리파워(REpower)와 기술 라이선스를 체결했으며, 벤시스(Vensys)와는 2.5MW급 풍력터빈을 공동개발 중이다.



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