광생물반응기로 대량배양...산업규모 확장 가능
식물플랑크톤으로 제조된 경유 '그린디젤'이 성능저하 없이 화석연료를 대체할 수 있다는 연구결과가 나왔다.
브라질 파라나연방대학교 호세 코엘료 바르가스 교수 연구팀은 호수나 강가 등 담수환경에서 흔히 발견되는 미세조류 '테트라데스무스 오블리쿠스'(Tetradesmus obliquus)가 경유의 주성분인 탄화수소를 배출한다는 사실을 밝혀냈다고 영국 일간지 데일리익스프레스가 2일(현지시간) 보도했다. 미세조류는 바다와 민물에 서식하는 단세포 광합성 생물로 흔히 식물플랑크톤으로 불린다.
최근 미세조류를 비롯해 식물, 동물의 배설물 등을 활용한 '바이오연료'가 주목받고 있다. 수백만년에 걸쳐 형성되는 화석연료와 달리 빠르게 제조 가능하고, 제조시 이산화탄소를 흡수하면서 환경 부담을 획기적으로 줄일 수 있기 때문이다. 특히 미세조류는 옥수수나 사탕수수 등 같은 식물성 대체연료보다 효율적이다. 농지를 개간하고, 화학비료를 뿌리는 등 재배 과정에서 발생하는 추가적인 환경 부담이 없기 때문이다.
연구팀은 광합성을 통해 미세조류를 대량 배양하고, 유용물질을 생산할 수 있는 '광생물반응기'를 활용했다. PVC재질의 투명한 광생물반응기는 상업적인 규모로 성장시킬 수 있다는 가능성을 시사하기 위해 12㎥ 크기로 세로방향으로 켜켜이 쌓아올려졌다. 탄소, 질소, 인을 다량 함유하고 있는 양돈분뇨를 배양매체로 광합성을 통해 미세조류가 배양됐다.
배양된 미세조류는 15일 뒤 회전증발건조 방식으로 분리됐다. 여기서 기름을 추출하고, 헥산과 에탄올을 흘려넣어 조합하면 1킬로그램 당 4만1952킬로줄(kJ)의 저위발열량을 갖춘 연료가 제조된다. 저위발열량은 연료를 태웠을 때 발생하는 총발열량에서 이용할 수 없는 수증기 증발의 잠열을 뺀 값으로 실제 사용되는 연료의 발열량을 나타낸다. 저위발열량이 4만2093kJ/kg 수준인 저유황경유와 비교했을 때 성능저하 없이 사용할 수 있을 정도다.
연구팀은 "미세조류의 유전자 조작을 통해 탄화수소 합성을 향상시킨다면 미세조류 유래 '그린디젤'은 조만간 엔진성능 저하 없이 화석연료를 대체할 수 있을 것"이라며 "미세조류 주도 바이오연료가 늘어나는 화석연료 수요와 기후위기 완화에 대한 해결책이 될 수 있다"고 밝혔다.
해당 연구논문은 국제 학술지 화학공학 및 기술(Chemical Engineering & Technology)에 게재됐다.
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