재생에너지 자원이면서도 기존의 에너지 이용 시스템을 그대로 사용할 수 있다는 장점으로 인해서 바이오연료들에 대한 관심이
매우 뜨겁다. 특히 휘발유와 혼합하여 사용할 수 있다는 장점을 지닌 바이오에탄올은 관심의 정점에 서 있다. 그러나 옥수수 등의
곡물로부터 만들어지는 바이오에탄올의 증가는 식량 문제라는 새로운 문제를 야기시켰다.
이에 바이오에탄올에 대한 최근의 연구 및 개발의 핵심은 식용으로 이용할 수 없는 셀룰로오스계 바이오매스를 이용하는 방법을
찾는 것이 되었다(전문가 의견).
셀룰로오스계 바이오에탄올 생산 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.
하나는 미국의 제켐사가 개발하고는 복합 공정과 같이 열화학적 방법을 통해서 목재의 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등을
분해하여 에탄올을 생산하는 것이다.
특히 제켐사는 2개의 전통적인 전환 방법들(당류의 발효와 바이오매스 가스화)으로부터 생산되는 물질들을 촉매 기반의 3 번째
공정-수소 첨가 공정(Hydrogenolysis; 탄소 이원자에 수소를 첨가하는 반응)에 주입하여 에탄올을 생산하는 복합 공정을 통해서
주입되는 에너지의 이용 효율을 극대화한다.
또 다른 하나는 옥수수 등으로부터 바이오에탄올을 생산하는 발효 공정을 셀룰로오스계 바이오매스들에 직접 적용하는 것이다.
일부 기관에서는 셀룰로오스 바이오매스의 세포벽에 미세한 기공을 만들어 에탄올 전환율을 향상시키는 기술을 개발하기도 하고
(일부에서는 셀룰로오스를 직접 에탄올로 전환하는 효소를 찾고 있다.
셀룰로오스계 바이오매스의 생물학적 전환을 통한 바이오에탄올 생산에 주력하는 미국의 베레니움사-셀루놀(Celunol)사와 다이
버사(Diversa)사의 합병으로 만들어진 베레니움 코퍼레이션(Verenium Corporation)은 셀룰로오스계 바이오 연료들과 효소들을
전문적으로 생산-는 최근 상업화 전단계인 시연 규모의 전환 플랜트를 건설한다고 발표하였다. 또한 일본에 있는 플랜트에서 1년
에 140만 리터(대략 37만 갤런)의 셀룰로오스계 에탄올을 상업적으로 생산한 대가로 주요 기술을 제공한 미국의 플로리다 대학
(University of Florida)에 6만 6천불의 로열티를 제공하였다.
베레니움사는 플로리다 대학의 로니 잉그램(Lonnie Ingram) 박사가 개발하고 특허를 소유하고 있는 기술을 이용한다.
일본의 마루베니 코퍼레이션(Marubeni Corp.)과 츄키시마 키카이 컴퍼니 주식회사(Tsukishima Kikai Co., Ltd.)가 합작한
벤처회사인 바이오에탄올 일본은 베레니움사로부터 기술을 도입하여 셀룰로오스계 에탄올을 생산한다. 바이오에탄올 일본(BioEthanol Japan) 플랜트는 건축용 폐목재로부터 셀룰로오스계 에탄올을 상업적 규모로 생산하는 세계 최초의 플랜트이다.
바이오에탄올 일본은 2008년에 셀룰로오스계 에탄올 생산 용량을 400만 리터와 확대할 계획을 가지고 있다
건축용 폐목재로부터 셀룰로오스계 에탄올을 생산하는 기술의 핵심 요소는 유전학적으로 제어된 두 종류의 박테리아이다.
하나는 목재의 셀룰로오스에 있는 C6(Hexose)를 발효시켜 분해하는 BW34와 헤미셀룰로오스에 존재하는 C5(Pentose) 당류를
발효시켜 분해하는 KO11 이다. 베레니움사의 공정은 다음과 같은 단계를 거친다. 수집된 셀룰로오스계 바이오매스들은 전처리를
거쳐서 헤미셀룰로오스의 가수분해를 거친다. 가수분해 공정을 거쳐서 나온 물질들은 셀룰로오스와 리그닌 성분이 많은 섬유질
과 헤미셀룰로오스 성분으로 나누어진다. 섬유질들은 BW34가 있는 생물 반응기에서 셀룰로오스 가수분해와 에탄올 발효를 거치
게 된다. 헤미셀룰로오스 성분은 KO11이 존재하는 생물반응기에서 펜토즈 발효를 거치게 된다. 2개의 생물 반응기를 거친 반응물
들은 혼합되어 증류과정을 거쳐서 에탄올과 잔류물로 나누어진다. 증류기에서 버려지는 잔류물은 보일러로 보내져 에너지 회수에
사용된다
베레니움사는 미국 루지애나주의 제닝스(Jennings)에서 파일럿 규모의 셀룰로오스계 에탄올 생산설비를 운연한다.
이 설비는 회사의 연구 개발의 핵심 기지이다. 또한 2007년 2월에 베레니움사는 미국에 최초의 시연용 규모의 셀룰로오스계
에탄올 설비의 기공식을 개최하였다. 회사는 2007년 말까지 140만 갤런의 에탄올을 생산할 수 있는 시연 설비의 기계적 설치 작업이 완료될 것으로 예상한다.
베레니움사는 플로리다 대학의 바이오기술 개발 인큐베이터에서도 연구 실험실을 운영하고 있다. 또한 회사의 셀룰로오스계 에탄
올 생산설비를 건설하기 위한 협력 회사를 찾고 있다.
셀룰로오스계 바이오에탄올의 재생연료를 개발하는 회사들이 앞다투어 개발하고 있는 분야가 되었다.
일부에서는 기존의 석탄 전환과 같이 가스화 또는 열분해를 통해서 열화학적으로 바이오에탄올을 생산하려고 하며 일부에서는
발효 공정과 같은 생물학적 방법을 통해서 생산하려고 한다.
현재까지의 기술 개발 현황을 보면 어느 분야가 상업화에 유리할 것인가가 결정되지 못했다.
다만 산림 자원이 풍부한 국내에 적용된다면 에너지 안보와 석유 의존도 감소라는 에너지 문제를 해결하는 데 도움을 줄 것이다.
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