바이오 디젤 02 조류(Algae)와 바이오 연료(Bio Fuel)

바이오 디젤 02 조류(Algae)와 바이오 연료(Bio Fuel)

 

자산운용과 관련이 있냐고 물을 수 있습니다. 답은 관련이 있다입니다. 이 세상 존재하는 대부분의 것들은 돈으로 환산될 수 있습니다. 그리고 돈으로 환산된 모든 것은 투자대상이 될 수 있습니다.

 

물론 돈으로 환산하는 것이 도덕적이냐 아니냐는 논란과 투자하는 것이 경제적 가치가 있냐 아니냐는 문제는 존재하겠지만.

 

에너지 역시 돈으로 환산될 수 있고, 바이오 연료를 포함한 대체 에너지 역시 투자 대상이 될 수 있습니다.

 

2. 조류(Algae)와 바이오 연료(Bio Fuel)

 

1) 미세조류(微細藻類, Microalgae)

 

3세대 바이오 연료 중 미세조류에 대해 아주 조금만 더 알아봅시다. 아주 조금인 이유는... 지면상의 문제가 아니라 저 역시 그렇게 자세히 알지 못한 관계로.

 

Algae(조류)는 미세조류(micro algae) 및 미역, 다시마 등의 대형조류(macro algae)로 크게 구분되며 지구에 20만종 이상의 다양한 종이 분포하고 있다고 합니다.

 

그 중 미세조류(이하 ‘algae’)는 일반적으로 광합성 색소를 가지고 광합성을 하는 단세포 생물들을 통칭합니다. 이러한 미세조류들은 이산화탄소, 물, 태양의 에너지를 이용하여 유기물 합성한다는 측면에서는 식물과 동일한 특성을 지니고 있습니다.

 

미세조류는 종마다 다르지만 대략적으로 몸 전체의 50%가 기름이라고 합니다. (평균 50%, 최대 80%). 그리고 연간 1만㎡ 당 최대 98,500ℓ의 바이오 연료 생산 가능하다고 합니다.[1] 이는 이전 세대 원료 중 가장 효율이 높다는 팜유보다 약 16배 이상이나 높은 수준입니다.

 

또한 미세조류는 옥수수, 대두, 팜 등 식물 대비 증식속도가 빠르고 식용작물이 아니며 오일 함유량이 많아 단위면적당 바이오 디젤(bio diesel) 생산량이 수십~수백배로 높기에 algae를 'Green Gold'라고도 부릅니다.

 

비록 미세조류 바이오매스가 아직까지는 소규모로 생산되고 있지만 2030년까지 전체 에너지 공급의 2.5%를 차지할 것으로 예상하기도 합니다.[2]

 

그렇게 예상하는 데에는 무언가 장점이 있기 때문이겠죠.

 

그 중 하나는 Algae 1t이 이산화탄소 3t을 흡수•소비한다는 점입니다. 환경적으로는 지구온난화 방지 효과가 있다는 것이고, 경제적으로는 CDM[3] 수익을 창출할 수 있다는 이점이 됩니다. 동시에 상온과 상압에서 단순한 공정에 의해 바이오 디젤을 생산할 수 있다는 점도 장점으로 부각되고 있습니다. 일단 너무 어렵거나, 비용이 너무 많이 들면 관심 밖에 머물 수 밖에 없으니까요.

 

또한 Algae에서 oil 이외에도 단백질(protein) 및 탄수화물 (carbohydrate)이 추출되어 제약, 화장품, 건강식품, 사료 등의 원료로 사용[4]될 수 있다는 점도 Alge에 관심을 갖는 이유 중 하나입니다.

 

2) 미세조류를 활용한 바이오 메스 에너지의 종류

 

미세조류를 활용한 바이오 매스 에너지는 바이오 에탄올, 바이오 디젤, 바이오 수소 등이 있습니다. 바이오를 활용해서 각각 에탄올, 디젤, 수소를 생산하는 것이라 보면 됩니다.

 

(1) 바이오 에탄올(Bio Ethanol, BE)

 

리그닌[lignin, 목질소(木質素)] 성분이 없고 셀룰로오스[cellulose, 섬유소(纖維素)] 함유량이 낮은 해양조류를 이용해 에탄올을 생산하는 방법입니다.[5] 이들 미세조류가 생물학적으로 분해가 더 쉽다는 특징이 있습니다.

 

(2) 바이오 디젤(Bio Diesel, BD)

 

미세조류의 경우 기름 함유량이 상당히 높게 나타나 새로운 바이오 디젤 원료로 각광을 받고 있다고 합니다. 그러다 보니 현재 미세조류를 활용한 바이오 매스 에너지 생산은 바이오 디젤 위주로 진행되고 있답니다.

 

미세조류의 특징에 대해 좀더 알아보면 글리세롤(Glycerol[6])에 3개의 지방산이 결합된 골격을 가지는 트리아실글리세롤(Triacylglycerol[7])로 구성되어 많은 양의 오일을 축적할 수 있다고 합니다.

 

조류로부터 추출된 오일은 지방산 메틸에스테르(methyl esterase)를 만들기 위해 알코올과 산 또는 염기와 혼합되어져 에스테르[8]와 반응을 통해 바이오 디젤로 전환되게 됩니다.

 

사실 위의 이야기들이 무슨 말인지는 저도 잘 모릅니다. 실제 개발하는 사람들에게는 아주 기초적인 이야기이겠지만, 투자자 입장에서는 대략적인 흐름만 이해하고, 이게 과연 경제성이 있을까 없을까 판단할 수 있을 정도면 되지 않을까 생각합니다.

 

(3) 바이오 수소

 

그리고 최근에는 조류를 활용한 수소 생산 가능성에 대한 연구가 진행 중이라고 합니다. 식물이나 조류는 광합성 작용에 의해서 대사 중에 산소와 환원체를 생성하게 됩니다. 조류는 식물과 차이점이 있는데 식물과 달리 이산화탄소를 고정함과 동시에 양성자를 수소로 환원할 수 있다고 합니다.  이럴 경우 저렴한 생물반응시설에 의해 물과 태양광으로 부터 효율적인 생물과 수소생산 반응을 제공하고 동시에 생성된 수소를 모을 수 있기에 이에 대한 연구가 진행 중입니다.

 

3) 수익성(High Productivity)

 

결국 투자자들에게 중요한 것은 기술적 측면보다는 경제성이겠죠. 아직은 화석연료 보다 경제성이 뒤지고 있습니다만, 바이오 연료 중에는 경제성이 뛰어날 것으로 예상됩니다.

 

우선 Algae의 단위면적당 oil 생산량은 대두(soybean)의 500배, 야자(palm) 대비 15배 이상을 상회합니다.

 

Algae의 오일 성분인 중성지방(triglycedides, 약어로 TAG) 함유량은 평균 50%, 최대 80%로 soybean 등 식물성 유지작물(油脂作物, oilseed)의 평균 20% 대비 최소 2배 이상 상회합니다.
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그리고, Palm 또는 jatropha 등 식물의 성장기간은 1년에서 수년이 소요되나 Algae는 종류에 따라 하루에 doubling 되며 사막 같은 볼모지 또는 폐수(waste water)에서도 성장이 가능하다고 합니다.

 

또한 Algae는 무게 기준 3배의 이산화탄소를 흡수하므로 친환경 및 탄소배출권(CDM) 수익을 창출할 수 있는 장점이 있습니다.

 

수익성(Oil Yield)을 비교하면 다음과 같습니다.[9]

 

Crop	작물	Oil Yield (Gallons/acre)
Corn	옥수수	18
Cotton	목화	35
Soybean	대두	48
Mustard Seed	겨자씨	61
Sunflower	해바라기	102
Rapeseed	평지씨	127
Jatropha	야트로파, 자트로파	202
Oil palm	기름야자	635
Algae (50g/㎡/day at 50% TAG)	미세조류	10,000

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[1] [찾아라, 에너지 블루오션] 해조류•미세조류는 '바이오 연료의 寶庫,' 한국일보, 2011.04.25
[2]  '[알아봅시다] 미세조류 바이오연료의 가능성,' 디지털타임즈, 2011.06.28
[3] Clean Development Mechanism, 청정개발체제
[4] ‘미세조류 바이오디젤 발전소 특별자산펀드,’ 남상원, 2011.12월; SRS Energy
[5] “미세조류를 이용한 신재생에너지 생산동향,” 남귀숙, 한국농어촌공사 농어촌연구원, 2010
[6] 지방족 3가 알코올의 하나로서 무색 무취이며 단맛이 나고 끈기가 있음. 건조방지제, 용제, 감미료로 사용되거나 음식물의 보존에 사용
[7] 글리세롤과 3개의 지방산들의 에스테르. 지방(fat)과 유지(oil) 등
[8] 산과 알코올에서 물을 제거할 때 생성하는 화합물 및 이론상 이에 해당하는 구조를 가진 화합물
[9] ‘미세조류 바이오디젤 발전소 특별자산펀드,’ 남상원, 2011.12월; National Renewable Energy Laboratory, a national laboratory of U.S. Department of Energy 인용