20세기 이후 화석연료의 기하급수적 소비로 인한 지구생태계의 파괴가 급진적으로 이루어지고 있으며 무엇보다도 심각한 것은 우리의 주 에너지원인 화석에너지가 40년 후엔 고갈될 것이라는 점이다. 이에 대한 특단의 해결책을 찾지 못한다면 가격 급등에 따른 연관 산업의 대변혁으로 전반적인 인류 생활(경제, 사회, 정치)에 어마어마한 혼란이 초래되고 지구온난화, 새로운 병원성 미생물의 출현 및 확산, 환경호르몬에 의한 기형 생물의 출현 및 유전질환 발생 증가로 지구 내 인류의 생존 자체가 심각하게 위협받을 수 있다.
 
따라서 환경오염의 주범인 화석연료를 대체하거나 경감할 수 있는 대책 마련을 위해 전 세계적 합의와 노력이 반드시 필요하며, 특히 이를 실현하기 위한 친환경적 바이오에너지 개발 연구에 총력을 기울여야 할 것이다. 특히 고갈되지 않으며 환경의 오염을 최소화할 수 있는 대체 에너지원의 개발은 석유 한 방울 나지 않는 우리나라로서는 생사가 달린 중차대한 문제가 아닐 수 없다.

바이오에너지 기술은 가까운 미래에 직면할 이러한 위협으로부터 피해를 대폭 감소시킬 수 있고 화석 에너지를 대체할 수 있는 이상적인 미래 유망 기술로 각광받는 기술의 하나이다. 바이오에너지 개발은 1) 바이오에너지의 재료인 biomass의 증산 및 질적 변환 2) biomass로부터 바이오에너지 전환 기술 개발 3) 상업화를 위한 공정의 경제성 제고로 크게 구분되어 긴밀하고 유기적 접근방법과 종합적 사고가 요구된다.

유지 작물로부터 에너지원인 바이오디젤을 얻거나 모든 생물의 유기물 biomass로부터 알코올을 얻기 위해서는 이 에너지원으로서의 가치를 제고시켜 주는 질적 형질의 변환이 요구되나 이 기술은 현실적으로 고난이 기술의 장벽이 존재하고 있다. 현재 바이오디젤은 디젤의 연료와 혼합하거나 식물성 기름 단독의 연료로써 쓰일 수 있다. 30% 바이오디젤과 70% 디젤로 혼합이 가장 좋으며, 공기정화가 요구되는 대도시에서 특히 바람직하다.
 
바이오디젤의 생산비용은 리터당 0.15-0.51$이며, 바이오디젤의 경제적인 가치에 영향을 미치는 가장 중요한 요인은 기름 수량이다. 따라서 바람직한 특성의 기름의 함량을 증가시키고 섬유소 함량이나 영양분이 아닌 화합물의 바람직하지 않은 특성을 줄임으로써 에너지원은 물론 식품과 사료 이용의 가치를 향상시킬 것이다.
 
 최근 기름 종자 변형 연구 프로젝터의 방대한 목표는 DNA 재조합 공학을 통해 통상의 고전 육종방법에서 얻을 수 없는 특별히 설계된 기름 종자를 생산할 수 있는 새로운 품종을 개발하는 것이다. 그래서 미생물이나 기타 생물에서 유래한 지방산 생합성 대사에 관여하는 유전자를 조작하여 양적, 질적 변환을 추구하는 연구가 활발히 진행되고 있다.
 
바이오매스 생산의 최대 도전은 바람직한 물리적 화학적 형질을 충족하는 작물을 개발하고 그 양을 2배 이상 증산시키는 것이다. 현재 목표는 광합성 시 빛 에너지의 최초 포획량을 증대시키는데 연구가 진행되는데 식물이나 광합성 세균에서 유래하는 관련 유전자를 조작하여 일부 성공한 사례가 보고된 바 있다.

또한, 유기물 biomass에서 methanol과 ethanol을 대량 생산하는 것도 에탄올이 연료로 사용 가능하고 그 부산물이 무해하기 때문에 매우 이상적이다. 유기물 biomass는 연료와 화학물질의 생산에 사용되며 이것의 주성분은 25%가 lignin이며 75%가 cellulose와 hemicellulose이며 이들은 중합도가 높고 특히 cellulose외에는 대개 복합 다당체이기 때문에 단당체의 전환 수율이 저조하여 생산의 경제성이 떨어진다. 이 부분이 해결된다면 생산가격을 1/4로 감소시킬 수 있을 것이다.
 
또한, 이것의 구성분인 육탄당과 오탄당을 동시에 효율적으로 발효할 수 있는 미생물이 개발될 것이 요구된다. 자연적으로 존재하는 어떤 미생물도 고수율, 고생산, 광역기질범위, 에탄올저항성, 가수분해산물에 내재한 저해제에 대한 내성, 바이오메스 처리 가격 등을 충족시키지 못한다. 따라서 이에 관련하는 여러 가지 대사경로의 유전자군을 수율 향상 요인들에 충족되게끔 remodelling하는 소위 대사공학이라는 조작이 필요하며 현재는 종래의 단일 유전자를 벗어나서 다중 유전자를 동시에 조작하는 방향으로 이 분야의 연구가 추진되고 있다.

바이오 에너지 분야는 유기적 접근방법과 종합적 사고가 요구되는 다학제의 융합 기술로 에너지 자원이 전무한 우리나라에서는 가장 미래지향적인 기술이며, 또한 우리의 축적된 BT역량을 꽃 피울 수 있는 분야이기도 하다. 현재 바이오에너지의 즉각적 실용화에 많은 문제점이 있지만, 국제유가의 지속적 상승 및 최근 생명공학기술의 급진전을 고려할 때 가까운 장래에 상용화가 가능할 수 있을 것으로 예상한다.
 
국가의 에너지 수급차원에서 선진국에서는 체계적으로 대형 연구팀을 구성하여 장기적인 연구를 수행하고 있으나, 우리나라는 일부 연구자들이 산발적으로 연구를 진행 중이어서 국가 경쟁에서 매우 불리한 상황에 부닥쳐 있으므로 무엇보다도 국가적인 열렬한 관심과 지원이 절실하다.

/ 윤상홍(농촌진흥청 국립농업과학원 기능성물질개발과)

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