03 - 그린바이오: 그린바이오와 스마트 녹색기술
▲ 정봉진 부사장(CTO) 동부팜한농
지금은 저출산과 노령화 및 기후 변화로 인해 인류의 생존이 위협을 받고 있는 상황으로 지속 가능한 삶을 위해서 식량과 에너지의 확보가 중요한 화두인데 농생명 자원의 가치와 중요성이 날로 부각되고 있다.
세계적으로 바이오경제(Bio-Economics) 사회의 본격적인 전개가 이루어지면서 농생명 분야의 새로운 성장기회가 도래하고 있다.
특히 생명공학 기술(Biotechnology)의 발달은 식물, 동물, 곤충, 해조류 등과 같은 농생명 자원의 활용가치를 급속도로 확대, 발전시켜 화학 기반의 산업에서 바이오 기반의 산업으로 전환을 촉진시키고 있다.
그린바이오 정의 및 동향
생명공학 기술을 기반으로 하는 바이오 분야(BT)에서 그린바이오는 유전체 정보를 이용한 종자 개량과 식량 및 바이오매스 생산, 건강기능성 식품, 식물유래 신소재 개발 및 바이오 기반의 농생명 분야용 자재를 만들어 내는 분야이다.
국내 바이오산업 시장은 2015년도 11.3조 원 시장으로 추산되며, 2020년에는 16조 원 이상으로 연 평균 8.5%씩 성장할 것으로 전망한다.
특히 그중에서 그린바이오 시장은 2015년 5조 6천억 원 규모에서 2020년도에 11조 원 규모로 연평균 21% 이상 큰 폭의 성장을 보일 것으로 예상된다.
2013년도 세계경제포럼 산하 “생명공학 글로벌 아젠다 위원회(위원장 KAIST 이상엽 교수)”는 인류 위기에 해결책을 제시할 수 있는 10대 바이오 기술을 선정, 발표하였는데, 그린바이오(Green BT) 관련 기술로 식량생산공학, 환경을 개선하는 생명공학기술, 에너지 및 화학물질의 지속 가능한 생산기술, 해수를 이용한 바이오처리 기술 등을 제안하였다(그림 1 참조).
그린바이오와 스마트 녹색기술
오늘날 전세계 에너지 소비의 약 80%를 차지하는 화석연료 기반의 산업체계는 1970년대 이후 지속적으로 위기를 맞고 있고, 1990년대 이후에는 지구 온난화에 따른 다양한 환경 변화 이슈를 발생시키고 있다.
이러한 이슈에 대한 대응으로 바이오매스를 원료로 바이오 기반 화학제품 또는 바이오 연료를 생산하는 화이트바이오(White Bio)가 대두되었다.
이 역시 근본은 미생물, 식물, 동물, 곤충 등 다양한 생물 종을 활용하는 그린바이오에 있다.
경제협력개발기구(OECD)는 ICT 융복합 바이오산업이 오는 2030년부터 본격적으로 도래할 것이며 다보스 포럼에서도 바이오 혁명은 1, 2, 3차가 아닌 4차 혁명의 중심으로 거론하면서 현존하는 기술 간의 융복합화가 미래 산업을 주도할 것이며 현재는 레드바이오가 중심에 있지만 조만간에 저탄소 녹색성장을 지향하고 있는 그린바이오가 바이오 시장의 90%를 차지하여 시장을 주도할 것이라고 미래학자들은 예견하고 있다(그림 2 참조).
그린바이오 분야에서 스마트 녹색기술이란 ‘에너지 사용을 줄이고 오염물질 및 폐기물 배출을 최소화시키는 저탄소 녹색성장이 가능한 기술’을 말하는데 이중에서 바이오에너지, 바이오플라스틱, 바이오 기능성 소재 등 바이오산업제품을 경쟁력 있고 효율적으로 생산하기 위한 원료인 바이오매스(Biomass)의 확보와 공급이 중요하다.
바이오매스를 이용한 바이오에너지와 화학 분야는 인구 증가와 석유자원의 고갈로 현재 원유 가격이 30달러 대로 가격 경쟁력이 약하지만 지속 가능한 에너지 원료와 화학 소재로서 가치는 무궁무진하므로 인류가 지구상에 존재하는 한 확보를 위한 노력은 꾸준히 이뤄질 것이다.
에너지 사용을 줄이기 위한 방안으로 태양열, 풍력, 지열, 해수열 등을 이용하여 작물이 자라는데 필요한 냉난방 시스템을 구축하는 기술이 발달하고 있다.
또한 온실가스 발생을 줄이고 환경지속성을 유지하면서 농업 생산성을 높이기 위한 일환으로 각종 연료 연소과정에서 발생되는 이산화탄소를 포집하여 시설에 공급해 광합성 효율을 극대로 올려 생산성을 높이는 기술도 개발되고 있다.
그리고 우리나라와 같이 국토 면적이 좁은 국가인 경우 단위 면적당 농업생산성을 높이기 위한 방안으로 식물공장이 대안으로 제시되고 있는데 이들 내에서 얻어지는 각종 재배정보와 병해충 발생 등의 빅데이터 수집과 분석으로 모바일 원격제어를 통한 복합 환경 제어를 시도하는 움직임이 활발하다.
이를 위한 오픈 인터페이스 개발형 플랫폼과 클라우드 기반의 서비스를 구축하기 위해 SK, KT, LG 등의 대기업들이 IoT, 빅데이터 분석을 하여 지능형 서비스를 제공하려는 시도도 있다.
특히 식물공장은 기후변화에 대한 효과적인 대응 이외에도 온실가스 저감 및 수자원 확보 측면에서도 긍정적인 효과가 있다.
현재의 농업은 1차 생산만으로는 성장의 한계에 와 있으며, 농업의 범위를 6차 산업(1차+2차+3차)+α로 확대할 필요가 있다. 이러한 융복합화 기술을 종합적으로 이용한 것이 식물공장이다.
식물공장은 IT와 BT, 건축기술 및 농업기술 등 다양한 기술이 집약된 기술의 결정체로서, 농업용 로봇, LED 인공광, 생산자동화 시스템 기술 등 농업기술 외의 다양한 융복합 기술의 산물로 향후 스마트 농업을 주도할 수 있는 충분한 잠재력을 가지고 있다.
식물공장은 유럽, 미국, 일본을 중심으로 연구개발 및 보급 확대가 이루어지고 있으며, 유럽은 주로 자동화 설비를 갖춘 유리온실 형태로 엽채류, 허브, 과채류 생산 및 신품종 육종 등 다양한 작물을 생산하거나 품종을 개발하는 데 이용하고 있다.
미국의 경우는 도심에 위치한 고층빌딩형 식물공장(Vertical Farm) 위주의 연구개발을 진행 중이다.
일본은 2008년 글로벌 금융위기와 후쿠시마 원전 사고 이후 미래의 신성장 동력 산업으로 일본의 대기업을 중심으로 육성하고 있으며, 이를 위해 국가 차원의 보조금 지원, 지역경제 활성화 차원 등 정부의 노력을 통해 지속적으로 성장을 유도하고 있다.
국내의 경우 ICT 융복합을 근간으로 10ha 이상의 대규모 첨단 유리온실을 이용한 작물의 생산을 추진하고 있으나, 아직 환경이 완전히 제어되는 밀폐형의 식물공장을 활용한 재배는 활발히 진행되고 있지 않으며, 농촌진흥청이나 학계를 중심으로 연구개발이 이루어지고 있는 상황이다.
특히 기업농 등 대규모 영농업체의 진입, 고부가가치 작물 재배기술, LED 광, 센서, 재배시스템 등 개발업체 등이 시장을 확대하기 위해 노력하고 있지만 건축, 조명설비, 전기설비, 양액재배 시스템 등 초기 설비투자 비용(일반 비닐하우스 대비 약 17배 수준)이 매우 높아 민간 영역에서의 시장 확대는 활발하지 못한 편이다(그림 3 참조).
기후변화에 좌우되지 않고 에너지 고효율형 농업
생산이 가능하고 물 절약 측면에서 유리한 점이 많은 식물공장은 농지 확보가 어려운 국가에 식물공장 설비 자체를 공급할 수 있는 수출 지향형 산업이다.
초기설비 투자 및 유지 관리 등을 고려해 볼 때 민간업체 주도의 시장 확대는 부정적으로 볼 수 있으나 2000년대에 들어 성장이 정체된 농업의 6차 산업화를 위해 식물공장은 농업경쟁력 제고와 신성장 동력으로 주목받고 있다.
선진국들은 식물공장을 장기적인 공공 투자의 의미로 접근 중이며 국내에서도 정부, 지자체 중심으로 지속적인 추진 의지를 표명하고 있다.
또한 관련 연구기관 및 민간분야에서는 식물공장의 단점인 초기 설비투자비를 낮추기 위해 노력하고 있다.
농생명 자원을 활용한 환경보전 분야는 다양한 응용이 일어나고 있는데 그중 하나가 형질전환 식물과 미생물들을 환경정화 분야에 적용하는 것으로서 지속 가능한 성장과 환경보전을 동시에 추구하는 미래산업의 하나로 주목받고 있다.
최근에는 식물의 독성 금속물질 수송 기작과 특정식물의 독성금속 흡수와 저항성 연구 분야 및 기능이 규명된 유전자를 식물에 삽입 발현시켜 금속오염에 저항성을 보이는 형질전환 식물체를 개발하는 등 다양한 형태의 생물을 활용한 환경정화 기술이 등장하고 있어 이 분야의 발전도 기대해 볼 만하다.
맺음말
그린바이오는 생명공학기술을 기반으로 하기 때문에 미래의 발전 방향이 무궁무진한 분야이다.
그린바이오 시장은 연평균 21% 신장을 보여 2020년도에 11조 원의 규모로 확대될 것으로 예상된다.
농림어업 및 축산, 식품, 에너지, 화학, ICT, 건축 등 다양한 산업 간의 융복합화와 에너지 사용을 줄이고 환경오염을 획기적으로 줄이는 스마트 녹색기술의 개발과 응용이 활발하게 이뤄지면, 전체 바이오 시장의 90% 이상을 차지하면서 미래의 농생명 산업을 주도할 것으로 예상된다.
농생명 자원들의 유전체에 대한 빅데이터를 활용하면 바이오산업제품을 경쟁력 있고 효율적으로 만들기 위한 원료인 바이오매스의 확보와 공급, 먹거리를 해결할 수 있는 고효율 고수량의 농업 생산물을 만들기 위한 식물공장의 확대, 해양에 기반을 두고 이용하는 해수농업의 발달, 더 나가서 우주농업까지 확대될 것으로 예상된다.
또한 지속 가능한 농업과 지구를 지키기 위한 농생명 자원을 이용한 환경보전 분야의 발달이 획기적으로 이뤄질 것이다.
이런 목표를 달성하기 위해서 정부나 학계, 민간기업 간의 다양한 학제적 연구와 실용화를 앞당기기 위한 공동의 노력이 더욱 필요한 시점이다.