오늘날 전 세계는 석유·석탄 등 화석에너지에서 벗어난 대체에너지 찾기에 몰두하는 중이다. 지속가능한 에너지원을 찾아 본격적으로 태양광, 바람, 지열로 눈을 돌렸다. 국제유가에 희비가 엇갈리는 ‘쇼크’를 피하고자, ‘오일노예’가 된 경제기반을 바꿔 의존도를 낮추기 위함이다.

황인상 기자 his@

셰일 혁명으로 쓸모없던 셰일 층에서 천연가스가 생산되면서 미국은 세계에서 가장 저렴한 천연가스가 풍부한 지역으로 변모했다. 문제는 셰일가스의 주성분인 메탄이 지구온난화의 주범이라는 것이다. 

대표적인 녹색기술 C1 가스 리파이너리 기술

▲ 이은열 교수

최근 주목을 받고 있는 경희대학교 나노바이오공학연구실은 셰일가스, 천연가스, 바이오가스의 주성분인 메탄을 차세대 탄소자원으로 활용하여 생물 공정을 통해 고부가가치 물질을 생산하기 위한 연구를 진행하고 있다. 메탄은 환경오염의 원인이 되기도 하지만 셰일가스의 주성분으로 에너지자원으로도 큰 주목을 받고 있다. 또한 제철소나 화학공장 등에서 발생하는 부생가스인 CO는 호흡 시 질식사를 유발하는 대단히 독성이 높은 가스로서, 현재로는 단순한 산화반응으로 저부가가치 열량을 얻어내는 목적으로 주로 사용된다.

이은열 경희대학교 나노바이오공학연구실 책임교수는 “오늘날 메탄과 CO를 산업적으로 더 유용하게 활용할 수 있는 원천기술의 개발이 요구되고 있다”면서 “이 기술이 바로 ‘C1 가스 리파이너리 기술’이다. 이는 생물학적ㆍ화학적 직접 전환을 통해 메탄 및 CO를 고부가가치 화학원료나, 가솔린 등을 대체할 수 있는 수송용 연료를 제조하는 기술이다. C1 가스 리파이너리 기술은 대기오염 물질이 될 수 있는 메탄과 CO를 산업적으로 재활용해 기후변화 예방에도 기여할 수 있는 대표적인 녹색기술이다”고 설명했다. 우리 정부에서도 지난 2015년 C1 가스 리파이너리 사업단을 출범해 본격적으로 메탄과 CO의 바이오·화학 전환 기술 개발에 나섰다.

지금까지 총 180여편의 논문, 특허 출원 및 등록, 다수의 학술대회 입상 업적을 보유하고 있는 나노바이오공학연구실은 현재 미래창조과학부 지원 C1 가스 리파이너리 사업단의 바이오 총괄을 담당하고 있는 이은열 교수를 비롯해 박사후 연구원 1명, 전임연구원 1명, 박사과정 1명, 석박사 통합과정 6명, 석사과정 6명, 학부 연구원 2명으로 총 17명의 연구원이 활동 중이다. 이러한 전문인력을 바탕으로 연구실은 메탄가스에서 친환경 바이오 연료 및 고부가가치 소재 생합성 기술을 개발하는데 매진하고 있다. 이와 함께 학계에서는 보고되지 않은 새로운 균을 선별하고, 대사 특징을 분석 및 응용함으로써 메탄으로부터 바이오플라스틱 제조용 유기산 및 고부가가치 화장품용 알코올 제조 핵심 기술을 확보했다. 이은열 교수는 “현재 기능성 화장품 및 항암제 소재에 활용되는 2차 대사산물을 합성하는 대사경로까지 분석한 상황”이라며 “가스 발효로 배양한 균체 자체를 동물·어류용 사료로 사용하는 연구도 함께 진행 중이다”고 덧붙였다.

메탄자화균 활용해 고부가가치 산물 생산 연구
현재 나노바이오공학연구실이 주목하고 있는 것은 메탄자화균이다. 메탄을 먹고 자라는 메탄자화균의 메탄 대사경로를 기반으로 대사공학을 활용하면 메탄으로부터의 다양한 종류의 고부가가치 산물 생산이 가능하다는 것이 이은열 교수의 설명. 전 세계적으로 메탄의 바이오전환 기술에 대한 연구는 기초 단계에 머물러 있어 관련 연구 정보가 매우 제한적이고 기반 기술 또한 부족하다. 이러한 상황에서 상업화 수준의 C1 가스 리파이너리 핵심 기술이 개발된다면, 현재의 석유 중심 화학ㆍ에너지산업을 가스 원료 기반의 화학ㆍ에너지산업으로 전환시키는 패러다임 전환이 일어날 수 있다. 이는 2010년 기준으로 우리나라 산업 생산 순위가 4위, 5위에 해당되는 석유정제 및 석유화학산업의 구조 변화를 줄 수 있음을 의미한다.

뿐만 아니라 C1 가스 리파이너리 산업화는 단지 화학ㆍ에너지산업 부분에 영향을 미치는 데에 그치지 않고, C1 가스의 주요 배출처인 철강산업에서는 환경오염 물질을 고부가가치 물질로 전환해 수익성을 확보하는 것도 기대된다. 때문에 중국이나 일본, 유럽보다 한 발 앞선 연구를 수행하고 있는 나노바이오공학연구실의 행보는 상당히 고무적이라 할 수 있다. 이은열 교수는 “우리나라에서 C1 가스 리파이너리 원천기술을 상업화해 확보하면, 전 세계의 C1 가스 기반의 화학산업 구조 재편이 우리나라 중심으로 진행될 수 있을 것으로 기대된다”면서 “아울러 독도 주변 해저에 풍부하게 존재하고 있는 미래 에너지인 메탄 하이드레이트에 대한 경제적 채굴 기술이 개발된다면, C1 가스 리파이너리 원천기술은 메탄 하이드레이트의 화학ㆍ에너지산업에도 적용될 수 있을 것”이라고 전망했다. 이어 “메탄의 바이오전환 기술은 ‘온실가스의 자원화’라는 새로운 패러다임을 제시하고 화학산업구조 개선과 국가경제 발전에 기여하는 미래지향적 원천기술이 될 것”이라고 자신했다. NM