Technology Brief - 미세조류 바이오연료 개발을 위한 전략 외
미세조류 바이오연료
개발을 위한 전략
고유가와 기후변화협약 대응을 위한 바이오연료의 원료는 기존 옥수수, 사탕수수, 콩, 유채, 팜 등의 곡물 자원에서 2세대의 목질계 바이오매스를 거쳐 이제 3세대로 인식되는 해조류에 대한 관심이 높아지고 있다.
특히 해수나 담수에 전 세계적으로 널리 분포하는 식물성 플랑크톤으로도 불리는 미세조류는 광합성을 하는 단세포 미생물로 극지방, 적도, 사막 등 열악한환경에도 적응력이 뛰어나고 폭발적인 성장이 가능해 바이오연료의 원료로서 가장 관심을 끌고 있다.
학술지 <네이처>는 원유의 ‘검은 금’에 비유하여 미세조류로 만든 바이오연료를 ‘녹색금’으로 소개했다.
실제로 미세조류의 지방질 성분으로부터 생산되는 바이오디젤의 생산성은 콩의 100배에 이른다고 알려져 있으며, 당연히 비식용 작물이므로 식량자원을 에너지원으로 쓴다는 비판과 물에서 생산하기에 농경지 사용에 대한 논란에서도 벗어날 수 있다.
미국 에너지부에서는 2010년 국가 해조류 바이오연료 기술로드맵을 작성하여 국가 차원에서의 지원을 추진하고 있고 2012년 오바마 정부는 원유 수입의 17%를 해조류 연료로 대체할 수 있다고 하였다.
현재 우리나라도 2010년 출범한 교육과학기술부의 글로벌프론티어사업 차세대바이오매스연구단과 국토해양부의 해양생명공학기술사업 등을 통하여 이 분야에 대한 연구개발 투자가 적극적으로 이루어지고 있다.
최근 국토해양부의 인천 영흥도 미세조류 실증배양장 준공식등 작년부터 대량 배양장에 관한 소식을 비롯하여 이를 통한 청정에너지 확보에 대한 장밋빛 보도를 자주 접할 수 있다.
그러나 아직 미세조류 바이오연료의 상용화를 위해서는 미세조류의 탐색 및 개량, 경제성 있는 고밀도 대량 배양 및 회수 등 극복해야 할 문제점이 산적해 있어 이를 위한 꾸준한 연구개발과 냉정한 접근이 필요하다.
미세조류의 연료화 연구는 이미 1970년대 2차례의 석유파동을 겪으면서 미국 재생에너지연구소(NREL)을 중심으로 18년간 진행된 바 있다가 최근에 다시 주목 받고 있다는 점을 알아야 한다.
당시에도 상용화까지 이르지 못한 기술적인 문제점을 잘 파악하여 현재의 발전된 기술을 이용하여 이를 극복할 지혜가 필요할 때다.
현재 석유 기반의 디젤에 비하여 미세조류 바이오디젤은 가격이 2배 이상 높으며 전문가들은 2020년 이후에야 상용화가 가능할 것으로 보고 있다.
아울러 미세조류의 유용성분을 고부가가치화하여 활용하는 경제성 확보 전략도 필요할 것이다.
서동진
한국과학기술연구원 책임연구원
청정 환경을 위한
휘발성
유기화합물의 제어
휘발성 유기화합물(VOCs: Volatile Organic Compounds)이란 증기압이 높아 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체 유기화합물의 총칭으로 물질 자체만으로도 인체에 유해하며 대기 중에 배출되면 악취뿐만 아니라 태양광에 의해 광화학적 산화반응을 일으켜 오존을 생성한다.
연료의 불완전연소, 석유류 및 유기용제 등의 유통과정, 도료나 잉크의 제조 및 사용 등 대부분의 산업 및 생활현장이 휘발성 유기화합물의 광범위한 배출원이 되고 있어 종합적인 배출 억제 대책이 반드시 필요하다.
이에 따라 선진국보다는 늦었지만 우리나라도 1990년대 중반부터 공장이 많은 여천, 울산, 미포, 온산의 특별대책지역과 2000년 이후 서울, 인천등의 대기환경규제지역에서 관리대상물질로 지정된 휘발성 유기화합물의 배출 규제를 실시하고 있다.
올해 9월에는 삼성중공업, 대우조선해양, 현대중공업 등 6개 대형조선소들이 5년간 휘발성 유기화합물 총 1만 4,896톤을 줄이기로 2차 자발적 환경협약을 체결하였는데 이는 승용차 2,160만 대 제조 시 배출되는 양에 해당한다.
휘발성 유기화합물을 처리하기 위하여 현재까지 개발된 제어기술로는 직접연소, 촉매연소, 흡착, 흡수, 응축, 바이오필터, 막 분리 등이 있으며 최근에는 축열재를 이용하여 열 교환율을 90% 이상으로 높여 연소를 위한 연료비를 대폭 줄인 축열식 연소 설비의 적용이 급증하고 있고, 저농도 악취 제거를 위한 바이오필터의 사용도 증가하고 있다.
가장 오랜 역사의 활성탄을 이용한 흡착법은 저농도에서는 가장 효율적이나 농도가 높아지면 흡착제를 자주 교체해야 하는 문제가 있으므로 이를 보완하여 흡착 농축 후 연소시키는 방법도 적용하고 있다.
650 ~ 800°C의 고온을 적용하는 직접연소는 에너지소모 문제뿐만 아니라 질소산화물, 일산화탄소 등 2차 오염물질을 발생시킬 수 있으므로 250 ~ 400°C의 저온에서 작동하는 촉매연소가 촉매의 피독이 큰 문제가 되지 않는 경우에는 큰 장점을 지니고 있다.
이 밖에도 막 분리 기술이 아직은 적용에 한계성을 보이지만 상당한 가능성을 지니고 있으며 광촉매, 플라즈마, 전자빔 등 다양한 산화 기술이 시도되고 있다.
휘발성 유기화합물의 제어 기술은 어떠한 기술이 우수하다고 하기보다는 배출 특성, 경제성, 현장 상황 등을 종합적으로 고려하여 선정하는 것이 무엇보다도 중요하며 앞으로는 친환경 도료, 친환경 용제의 개발과 같이 배출을 원천적으로 제어할 수 있는 방법이 가장 효과적이라고 할 수 있다.
서동진
한국과학기술연구원 책임연구원
안전운전을 돕는
스마트 핸들 기술
자동차의 전조등이나 태양광선처럼 갑작스럽게 비추는 빛은 일시적으로 운전자의 시각장애를 유발하여 정상적인 운전을 어렵게 한다.
이른바 섬광효과(effect of glare)라는 것인데, 이는 교통사고를 유발하는 주요한 원인 중의 하나로 자동차 제조업체들은 이 문제를 해결하기 위해 오랫동안 기술개발을 추진하고 있다.
네바다 대학교 르노캠퍼스(University of Nevada in Reno) 컴퓨터과학 및 엔지니어링학과 조교수인 Eelke Folmer 교수와 Burkay Sucu가 개발한 특별한 핸들은 바로 이런 위험에서 운전자를 돕기 위한 것이다.
이 연구팀이 개발한 핸들은 갑작스럽게 섬광이 발생했을 때, 핸들의 진동을 통해 안전한 방향으로 핸들을 조작하도록 유도하는 방식이다.
즉 GPS와 차선 준수 카메라가 앞쪽의 도로를 매핑하면서, 자동차가 차선을 변경하는 경우 센서가 이를 감지하고, 핸들의 진동-촉각시스템(vibro-tactile system)이 부저를 울리게 되는 것이다.
이 진동은 사람이 민감하게 느끼는 주파수 대역인 275Hz로 맞추어져 있는데, 만약 자동차가 좌측 차선을 벗어나는 경우 핸들의 좌측부가 진동하게 된다.
운전자는 이 진동을 감지하고 핸들을 우측으로 조작하여 자기 차선으로 돌아오는 경우, 핸들의 진동이 멈추는 방식이다.
사실 자동차의 차선 이탈을 방지하기 위한 기계적 장치고 ‘터치’나 ‘진동’을 사용하는 것은 새로운 기술은 아니다.
이미 카네기 멜론 대학교와 AT&T Labs의 연구진들도 자동차의 운행방향을 지시하고, 도로 상에서 운전자가 안전을 유지하도록 하는 진동하는 핸들 콘셉트를 공개한 바 있다.
또한 Ford사는 디트로이트 모터쇼에서 공개한 ‘Fusion 2013’ 모델도 자동차가 차선을 침범하는 경우 핸들을 통해 운전자에게 경고하는 기능을 갖추고 있었다.
이처럼 햅틱 핸들은 전혀 새로운 방식은 아니지만, 이번에 네바다 르노대학의 연구진이 개발한 방식은 운전자의 시각을 대신해 핸들의 조작 정도를 진동으로 표시한다는 데 특징이 있다.
즉 운전자의 시야가 완전히 가려진 위급한 상황에도 손의 감촉만으로 언제 어느 방향으로 그리고 얼마나 핸들을 움직여야 하는지를 알려줌으로써 안전운전을 가능하게 한다는 것이다.
연구진은 “새로운 햅틱핸들은 갑잡스런 섬광 이외에도 짙은 안개나, 폭설 등으로 시야가 가려진 모든 상황에서 적용할 수 있다”고 설명했다.
기술과경영 편집실
EU 과학자들이
예측한 2013년
임페리얼 컬리지 · 런던의 과학자들이 2013년도에 의료 · 우주 · 환경의 분야에서 무엇이 일어날것 같은가를 예측한 결과를 발표했다.
이 예측에 따르면 의료 분야에서는 손상된 장기를 환자 자신의 세포를 이용해 재생시키는 연구가 큰 진전을 보일 것으로 전망됐다.
매우 섬세한 간세포가 잠재 능력을 발휘해 완전한 장기를 형성하기 위해서는 배양이 필요한데, 환자의 장기에 세포를 성공적으로 착상시키는 성공률이 높아질 것으로 예측됐다.
유럽에서 인공 장기의 개발은 Polak 의학교수와 화학공학 Mantalaris 명예 교수가 이끌고 있으며, EU로부터 5,600,000유로의 기금을 받고 있다.
우주 과학 분야에서도 큰 성과를 거둘 것으로 전망됐다.
EU는 무인 로봇 탐사와 3개의 우주선이 지구자기장 지도를 그리기 위해서 일체가 되어 활동할 예정이다.
특히 이 우주선은 지구와 충돌 가능성이 높은 소행성의 궤도를 바꾸는 실험에 투입될 예정이다.
EU는 이를 통해 소행성 충돌 회피 가능성을 검증한다는 계획이다.
기후에서는 최대의 변화를 예고했다. 현재 감지되는 기후변화 패턴은 올해 전지구적으로 최대의 영향을 가져올 가능성이 있는 것으로 예측되고 있다.
이상기후에 직접적인 영향을 끼치는 엘니뇨 현상도 피크를 기록할 전망으로, 이에 따라 2013년은 기후에 관한 큰 사건이 특히 많아질 것으로 전망했다.
박문수
생산기술연구원 수석연구원
일본의
초소형 자동차
도입 촉진
일본은 에너지 절약, 고령자의 생활과 이동의 질을 높이기 위해 초소형 자동차 도입 촉진방안을 추진 중이다.
이를 위해 일본의 국토교통성은 지방공공단체 등을 중심으로 초소형 자동차 도입을 지원한다는 방침을 밝혔다.
초소형 자동차는 일반 자동차보다 크기가 작고 지역내에서 간편하게 이동이 가능한 1 ~ 2인승 차량이다.
에너지 소비량은, 통상의 자동차에 비해 1/6이며, 전기자동차와 비교해도 절반정도에 불과하다. 일본은 이를 효과적으로 추진하기 위해, 초소형 자동차의 도로주행을 위한 인정 제도를 신설할 계획이며, 초소형 자동차의 특성과 매력 홍보사업을 중점 지원한다는 방침이다.
이와 함께 지방정부가 초소형 자동차의 도입을 시행하는 경우 차량도입과 사업계획 수립 등에 소요되는 비용의 50%를 지원한다는 방침이다(민간 사업자는 1/3).
차량 구분 등 관련 제도의 정비, 이것을 활용한 저탄소 · 집약형 거리 만들기에 관한 검토를 가속화 하여 초소형 자동차의 시장을 창출한다는 계획이다.
일본정부는 이를 통해 에너지절약, 저탄소화에 기여할 뿐 아니라, 생활교통에 새로운 교통수단의 제공, 신규시장, 수요의 창출이 가능할 것으로 기대하고 있다.