유해물질인 적조 활용, 바이오디젤 효율적 생산 기술 개발

논문 제1저자 조기철 UST 학생. (사진=UST제공)  

아주경제 한준호 기자 = 유해성 미세조류인 적조 플랑크톤을 활용해 바이오디젤 생산 비용을 획기적으로 절감할 수 있도록 하는 연구결과가 도출됐다.

과학기술연합대학원대학교(UST・총장 문길주)와 한국기초과학지원연구원(KBSI・원장 정광화) 캠퍼스 조기철 학생(청정화학 및 생물학, 석・박사 통합과정)이 제1저자, 김대경 지도교수(제주센터 분석연구부장, 책임연구원)가 교신저자로 참여한 관련 연구 논문이 바이오에너지 연구 분야의 세계적 학술지 ‘바이오리소스 테크놀로지(Bioresource technology)’ 2월호에 게재됐다. 

이번 연구는 바이오디젤 생산 총비용의 20~30%를 차지하는 미세조류 수확의 고 비용 문제를 독성 미세조류의 혼합(MIX) 배양과 응집현상을 통해 개선했다.

연구팀은 적조를 일으키고 굴, 바지락 등 패류에 강한 독성을 갖는 유해성 미세조류인 ‘헤테로캅사 서큘라리스쿠아마’가 적혈구 세포를 용해하는 독성 작용(용혈작용)에 영감을 얻어, 이 미세조류를 바이오디젤을 생산할 수 있는 식물플랑크톤이자 세포벽이 덜 발달된 녹조 미세조류인‘듀나리엘라 살리나’등의 배양액과 각각 혼합하고 응집현상을 측정·평가했다.

그 결과, 듀나리엘라 살리나와의 혼합 배양물에서 특이적인 응집현상이 일어나며, 듀나리엘라 살리나의 단독 배양과 비교해 약 9배 증가된 응집활성이 나타난다는 사실을 확인, 미세조류를 더욱 효과적으로 수확할 수 있음을 밝혀냈다.

또한, 바이오매스(생물학적 연료로 활용되는 식물, 미생물 등의 생물체)의 바이오디젤 활용 가능성을 결정하는 지표인 지방산 수치 또한 기존 바이오매스보다 최대 5.58배 증가, 더욱 양질의 바이오디젤을 생산할 수 있다는 사실도 밝혀냈다.

이번 연구로 미세조류의 특성을 분석하여 특정 종(species) 간 응집현상을 활용하면 기존의 물리적, 화학적 처리 방법보다 훨씬 단순하게, 효과적으로 바이오매스를 수확할 수 있다는 점을 규명했다.

또한, 기존에 보고된 종 간 응집현상 사례 중 하나인 규조류(규소 성분의 골격을 지닌 식물플랑크톤) 응집의 경우 규산염 등의 추가 성분 투입이 필요하지만, 이번 방법은 사회적 문제가 되고 있는 유해성 미세조류를 활용, 바이오디젤 생산 비용을 절감했다는 점에서 획기적인 성과로 평가받고 있다.

조기철 씨는 “자연의 유해물질을 활용해 바이오디젤 생산 비용을 절감한 것으로, 금번 성과를 바탕으로 바이오디젤 상용화가 더욱 앞당겨지길 기대한다”며, “현재 폐기물을 활용한 바이오디젤 생산 연구를 진행중이며, 앞으로도 산업적 활용 가치가 높은 새로운 현상들을 연구를 통해 밝혀내고 싶다”고 밝혔다.

또 김대경 교수는 “바이오에너지 분야의 화두인 미세조류 수확비용 문제를 획기적인 방법으로 개선한 사례”라며 “지도학생과 함께 현재 진행하는 추가적인 연구를 통해 더욱 효율적인 미세조류 바이오디젤 생산 방법을 개발할 것”이라고 밝혔다.

한편, 식물플랑크톤 미세조류의 일종인 ‘듀나리엘라 살리나’는 일반 작물에 비해 빠른 성장, 대기 중 이산화탄소의 효과적 제거, 많은 양의 지방 축적 등의 특징을 지니고 있어, 이를 활용한 바이오디젤 생산 연구가 전 세계적으로 활발하게 진행중이지만, 바이오매스 수확 비용이 상당해 상용화라는 과제가 남아있다.

적조로 인한 피해는 지구온난화와 더불어 전 세계적으로 증가하고 있다. 적조는 부영양화 등 다양한 원인에 의해 유해성 미세조류가 대량 증식하여 발생하는데 그 독성이 먹이사슬을 따라 이동해 인체로 흘러들어 설사, 마비 등 질병을 일으키며, 어・패류의 떼죽음을 유발하는 등 경제적 피해를 야기시키고 있다.