[특별기획(Ⅲ)] 바이오연료의 사업화 전략

(1)

가수분해 과정에서 생산되는 미생물 생육저해 물질에 저항성을 가지며, ② 에탄올 수율의 향상을 위해서 부 산물의 생산이 최소화되어야 하며, ③ 비생산성 (specific productivity)이 우수하며, ④ 생성된 에탄올 에 의한 생육 및 발효 저해를 받지 않아야 하며, ⑤ 대 량 생산공정에 적용하기 용이한 균주가 되어야 한다.

앞서 기술한 재조합 대장균, 재조합 Zymomonas, 재

조합 효모 모두 위의 조건을 모두 만족시키지는 못한 다. 하지만, 목질계 자원의 전처리 과정에서 생산되는 organic acids, furan derivatives, phenolic compounds 등의 많은 미생물 inhibitory compounds 들에 강한 내성을 보이고 이미 전분계 자원을 이용한 에탄올 생산에서 그 상업적 가능성을 선보인 recombinant S. cerevisiae가 유망할 것으로 사료된다.

박 영 훈

CJ(주), ypark@cj.net

서언

바이오연료사업은 바이오매스 자원으로부터 바이 오에탄올, 바이오디젤 등 바이오연료를 생산, 공급하 는 사업으로 산업 바이오(industrial biotech)의 중요 한 부분 중 하나이다. 산업바이오 분야는 각각 레드 및 그린 바이오텍으로 알려진 의약과 농업관련 바이 오 기술과 함께 앞으로 도래할 바이오 경제를 이끌고 나갈 미래기술사업 분야이다. 좀 더 구체적으로 이야 기한다면, 옥수수, 콩, 사탕수수 등의 바이오매스 자원 을 원료로 사용하고 생명공학 기술을 이용하여 바이 오 기반 화학제품이나 바이오연료 등의 물질을 생산 하는 기술 분야이다. 기존에 잘 알려진 원유를 원료한 석유정제(petroleum refinery) 프로세스와의 유사성 에 빗대어 “바이오 리파이너리(biorefinery)”라고 불

리기도 한다[그림 1]. 이 기술은 친환경적이라는 점 이외에도 인류가 앞으로 닥칠 석유자원의 고갈 등에 대비하는 에너지기술 분야로서 반드시 확보되어야 하 는 기술이다. 당연히 이 분야에 있어서 절호의 사업 기회도 발견할 수 있으리라 판단됨은 두 말할 필요가 없다. 그러나 바이오연료의 사업 기회를 분석함에 있 어서는 자원 확보, 운송 및 물류, 마케팅 문제 등 다양 한 각도에서의 고려가 필요하며 정확한 정보가 확보 되어야 한다. 현재 우리나라에서는 많은 기업에서 이 분야에 관심을 갖고 준비작업을 진행 중이라고 알려 져 있다. 본 고에서는 우리나라에서의 바이오연료 사 업의 사업화 전략에 대해 부분적으로나마 고찰해 보 고자 한다.

석유자원 기반경제

전환 바이오매스 기반경제

식물자원

석유화학산업

석유연료

바이오연료 산업바이오

포도당

납사 석유화학 기초원료

1차 대사산물

고분자 합성수지 화합물 및 화학제품 기능성소재 등

그림 1. 석유기반 화학산업과 산업바이오 비교.

(2)

해외 바이오연료 사업 육성 동향

바이오연료 사업의 3대 핵심성공인자(key success factor)은 바이오매스 자원(feedstock)과 프로세스 기 술, 투자자본의 확보라고 할 수 있다. 이에 따라 기술 과 자본이 이미 풍부히 갖추어진 미국 등 선진국에서 는 바이오매스 자원, 즉 feedstock의 안정적 확보가 사업 추진의 핵심 요건이 되고 있으며 이에 대한 연구 투자가 매우 활발하다.

특히 이미 2005년도부터 년간 120억불 규모에 달하 는 세계 바이오에탄올 시장에서 브라질과 함께 최대 의 바이오에탄올 생산국으로 부상하고 있는 미국[그 림 2]은 부시 대통령이 2006년 1월 연두회견에서 밝 힌 바와 같이 미국 내 바이오매스를 활용, 바이오에탄 올 등 바이오연료를 자체 생산함으로써 2025년까지 중동 석유 수입 의존도를 현재의 25% 수준까지 떨어 뜨리겠다는 야심찬 계획을 가지고 있다. 미국의 바이 오연료 생산 계획은 2017년까지 350억

갤런으로 정해졌는데, 해당년도에 소비 될 가솔린의 15%에 이르는 양이다. 이 중 바이오에탄올이 차지하는 비중은 적어도 150억 갤런은 될 것으로 추정되 고 있다. 생산가를 갤런당 2불로 추정 하면 이것만으로도 년간 300억 달러 규 모의 시장이다. 현재 바이오매스 자원 으로는 옥수수 전분이 가장 많이 쓰이 고 있으나, 경제성을 확보하기 위해서 는 보다 값싼 포도당 자원을 필요로 하 고 있다. 이를 위한 후보로는 스위치그 라스(switchgrass)와 같은 속성재배가 가능한 저원가 셀룰로스 자원의 육종 개발이 검토되고 있으며 적어도 150억 갤런의 에탄올 중 절반은 셀룰로오스 물질로부터 만들어져야만 세계 옥수수 시장에 대한 심각한 교란없이 바이오 에탄올을 생산할 수 있을 것으로 평가 되 고 있 다 . 미 국 재 생 연 료 협 회

(Renewable Fuels Association)에 따르면 현재 111 개의 에탄올 바이오 리파이너리(BR: biorefinery) 플 랜트가 19개의 주에서 연간 54억 갤런의 생산능력으 로 가동 중에 있다. 현재 78개의 에탄올 BR플랜트가 건설 중이며, 7곳이 확장되어 2009년까지 60억 갤런 의 생산능력을 추가할 것이다. 그러므로 생산능력의 확충이 문제가 될 것 같지는 않고, 합리적 가격의 옥수 수 공급과 셀룰로오스로부터 에탄올을 생산하기 위한 상업화 기술의 확보가 핵심요소가 될 것으로 보인다.

또 2050년까지 화학산업 원료의 50%를 대체할 계 획도 알려지고 있다. 따라서 바이오매스를 이용한 화 학제품 제조기술도 DuPont 등 거대 화학회사에 의해 병행 개발되고 있으나 바이오연료 산업에 비해 사업 적 성과는 아직 미진한 것 같다. 일례로서 Cargill- Dow사는 수년전에 이미 옥수수 전분으로부터 젖산 및 폴리락타이드 바이오플라스틱 개발에 성공하였으

(백만 톤)

(십억 갤런) 브라질, 미국, 기타 국가,

추정량,

(년) (년)

<출처 : Ethanol Today August 2005>

<출처 : BP Statistical Review of World Energy 2006>

전 세계 바이오에탄올 생산량 변화 추이,

미국 바이오에탄올 생산량 변화 추이,

20

15 10 5 0

4.0

3.0

2.0

1.0

0

95 96 97 98 99 00 01 02 03 04 05

80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 04

0.175 0.2150.35 0.375 0.43

0.610.710.83 0.845 0.870.90 0.951.101.201.35 1.40

1.201.301.40 1.471.531.77 2.12

2.81 3.25*

그림 2. 바이오에탄올의 전세계 및 미국내 생산규모 변화.

(3)

며, 듀폰은 2,3-프로판디올의 발효생산 기술을 확보하 였으나 아직도 경제성 있는 대량생산 상업화에는 이 르지 못하고 있는 것을 들 수 있다.

유럽은 미국에 비해 기술면에서 경쟁력은 있으나 저가 바이오매스 자원의 조달 측면에서는 미국에 비 해 열세이므로 이를 극복하기 위한 노력이 집중되고 있다. 이에 따라 비교적 풍부한 유채원료를 기반으로 바이오디젤 사업이 비교적 활발한데, 독일을 중심으 로 2005년 기준 연 250만톤의 바이오 디젤이 생산되 고 있다. EU는 2030년까지 수송연료의 25%를 바이 오연료로 대체함으로써 석유의존도와 CO

2

방출을 획 기적으로 줄일 수 있다고 보고 있다. 또한 2025년까지 정밀화학 제품을 포함, 다수의 화학제품을 산업바이 오로 생산할 계획이 BASF 등 세계적 화학회사를 중 심으로 추진되고 있다.

자원은 부족하나 높은 수준의 바이오기술을 보유한 일본의 경우 정부의 경제산업성을 중심으로 바이오리 파이너리 공정의 실용화 및 바이오플라스틱 사업을 적극 추진하고 있다. 민간에서는 Toyota사가 친환경 자동차의 이미지 구축이라는 전략적 목적을 가지고 동남아산 타피오카를 원료로 이용하는 연산 10만톤 규모의 폴리락타이드 바이오플라스틱 생산계획을 추 진하고 있다. 또 일본 정부는 2002년 에너지와 화학제 품 생산에 바이오매스 활용을 촉진하기 위한 “바이오 매스 일본(Biomass Nippon)”이라는 계획을 수립해 놓고 있고, 2010년까지 바이오플라스틱 200만톤 생산

으로 5조원 규모의 시장창출을, 2030년까지 자동차 연 료의 10%를 바이오에탄올로 대체하는 것을 목표하고 있다. 이를 위해 자원 부국인 브라질과 동남아시아 국 가들을 상대로 활발한 자원 협력을 전개하고 있다.

거대한 자원부국인 중국도 풍부한 농업자원을 이용, 이미 세계 제3위의 바이오에탄올 생산국으로 부상하 였으며, 2005년도부터 4개성, 즉 길림, 흑룡강, 안휘, 하남성에 바이오에탄올 10% 함유 연료를 권장 사용 하는 정책을 펴고 있으며 2020년까지 바이오에탄올 및 바이오디젤 각각 1,200만톤 생산을 목표로 설정하 고 있다.

우리나라의 현황

국내 바이오연료 분야는 도입초기 단계로서, 바이 오디젤 분야는 2006년부터 보급 상용화를 시작하였지 만 아직 초기시험실시 단계라고 할 수 있으며, 바이오 에탄올 분야는 아직도 검토단계에 있는 정도이다. 현 재 국내의 대기업들이 바이오연료 사업에 관심은 있 어도 초기 투자부담과 미래의 불확실성 때문에 투자 에 소극적인 반면에, 소규모의 중소 또는 벤처기업 차 원에서는 보다 공격적인 투자 시도가 이루어지고 있 다. 여기서 가장 두드러지게 활동하는 기업 중의 하나 가 (주)창해에탄올이다. 보해양조의 출자회사로 알려 진 동사는 2005년부터 해외농장 후보지를 물색해오다 가, 2007년 4월 파푸아뉴기니 정부와 타피오카 생산을 위한 대단위 경작면적(2만ha)의 40년간 무상임대사 용에 합의했다는 보도가 있었다. 최근 창해에탄올 측 은 2008년 중반까지의 계획으로 타피오카를 원료로 발효생산된 바이오에탄올을 국내에 시험도입 및 실증 평가를 추진하고 있다고 알려져 있다.

이에 비해 바이오디젤 분야는 비교적 빠르게 사업 추진이 이루어져서 2006년 7월 1일부터 산업자원부에 의해 국내 주유소 판매가 허용되었다. 일반 차량은 BD5(바이오 디젤 5% 이하 혼합 경유), 수송업체 대 형 트럭 등은 BD20(바이오 디젤 20% 이하 혼합 경 유)을 각각 사용하도록 하고 있다. 정부는 2011년까지

미국 내 BE 생산량(2005) = 39.2억 갤런(67억 달러)

(44개사)

Aventine Cargill

Abingdon Bioenergy New Energy Corp Vera Sun Energy Farmers

Co-ops

그림 3. 미국 내 바이오에탄올 생산규모 및 생산 기업

(2005).

(4)

바이오 디젤을 연간 55만 킬로리터를 생산한다는 목 표를 세워놓고 있다. 이는 연간 국내 경유 소비량의 2.4%에 달하는 규모이다. 현재 산업자원부에 등록돼 있는 바이오 디젤 생산업체는 16개사에 달한다. 이들 업체가 사용하는 원료를 보면 수입 대두유가 70%, 폐 식용유가 30% 정도를 차지한다. 대부분 중소기업인 가운데 대기업인 SK케미칼, 애경유지 등이 바이오 디 젤 사업을 준비 중인 것으로 알려지고 있다. 그러나 실제로는 현재 허가된 BD5 또는 BD20과는 전혀 거 리가 먼 0.5% 혼합디젤유가 극소량 판매되고 있을 뿐 으로, 이는 현실적으로 배급권을 쥐고 있는 유류 회사 들의 소극적 태도에 기인하다고 평가된다. 이러한 상 황에 대해서는 여러 가지 이유가 있을 수 있겠으나, 그 중 가장 큰 이유는 원료유의 장기 안정적 공급이 불확실하다는데서 찾을 수 있을 것으로 보인다. 이러 한 상황에 대처하여 몇몇 중소벤처기업들이 자원 확 보에 적극적으로 나서고 있음은 시사하는 바가 크다.

(주)코리아팜스가 필리핀 민다나오 섬에 45만ha의 경작지를 확보하고 여기에 자트로파 농장을 개척, 이 로부터 자트로파 바이오디젤유의 생산을 야심적으로 추진하고 있다. 또 최근 보도(2007년 7월)에 의하면 군인공제회, 굿모닝신한증권 등이 라오스에 투자하여 자트로파 바이오디젤유 생산을 위한 합작법인 (주)코 라오에너지를 설립했다고 알려졌으며, 한국기술산업 (주)는 필리핀 국영기업인 PNOC-AFC사와 자트로 파BD 생산을 위한 합작법인 설립에 합의(2007년 8 월)했다고 한다.

이러한 기업들의 움직임을 감안해 보면, 자본력이 있는 대기업의 참여도 빠른 시간 안에 이루어 질 수 있으리라고 생각된다. 여기서 어떠한 점들이 바이오 연료 사업기회의 분석에 활용되어야 하는지 검토해 보기로 한다.

사업화 추진에 있어 주요 고려사항

캐나다의 섬유소분해 에탄올 회사인 IOGEN사의 Jeff Passmore(2006)에 의하면 바이오연료 사업의

기회분석에 반드시 고려해야할 요소로서 다음 5가지 를 들고 있다.

① Feedstock(type, availability, cost, collection), ② Gov. policy(tax, mandate, incentive, risk sharing),

③ Infrastructure(water, road network, rail, power, natural gas), ④ Investment(tax rate, industrial development incentive, financial option) ⑤ Ethanol/

coproduct sale(offtake customer, refinery/market proximity)

여기에 또 추가해야할 중요 요소로 생산기술(효소 처리 및 대량발효)과 물류(운송) 및 마케팅을 들 수 있겠다. 그러나 바이오연료 사업에서 가장 핵심은 ① 의 원자재 부분이라고 할 수 있다. 그만큼 생산원가에 서 원자재가 차지하는 몫이 큰 것이다. 2005년 자료를 보면 원자재가 생산원가에서 차지하는 비중이 60%

이상에 이른다. 따라서 원자재를 장기적, 안정적으로 공급할 수 있는 방안이 바이오연료 사업의 핵심이라 할 수 있다. 또 중요한 것은 초기 투입자본이 막대하 고 이익환수에 걸리는 기간이 장기적이니만큼 초기 생산 후 안정적 수익의 확보가 무엇보다도 바람직할 것이다. 이를 위해 정부 차원의 법적 제도적 지원책은 물론 재정적 지원을 확보하는 것도 매우 중요하다. 특 히 우리나라에서의 바이오연료 사업은 정부 보조와 지원이 없으면 대규모 전개가 불가능하다는 것이 필 자의 판단이다. 특히 원자재 확보를 위해 해외 대규모 플란테이션 및 현지 생산이 불가피한 상황에서 현지 농민 및 해당 지방 및 중앙 정부와의 협조 관계 구축이 매우 긴요하게 될 것이다. 이에 정부 차원의 능동적인 자원외교가 필요하며 국가 대 국가의 외교적 채널을 활용하여 이러한 문제들을 해결함으로써 민간 기업이 국가 경제에 기여할 수 있도록 지원해야 할 것이다.

맺음말

바이오연료 산업은 석유자원의 고갈과 환경문제의

이슈와 맞물려 세계적으로도 이제 새로운 전환기를

맞고 있다. 미국과 유럽은 물론 선진국 개도국 가릴

(5)

것없이 앞으로 경제성장에 있어서 에너지문제의 중요 성을 인식하고 있고, 그 중에서도 바이오연료는 석유 대체 수단으로서 매우 유용한 방법이기 때문이다. 현 재 우리나라는 비록 세계 경제규모 11위를 차지하는 선발중진국의 위치에 처해 있기는 하지만, 에너지 조 달 문제에 있어서는 거의 손을 놓고 있는 실정이라 할 수 있다. 우리나라의 새로운 미래성장동력으로서 바 이오산업을 꼽는다면, 그 중에서도 바이오연료 사업 은 우리의 기술력에 기반하여 에너지 문제와 환경문 제를 동시에 해결할 수 있는 부문이다. 물론 천연자원 이 부족한 우리로서 바이오매스 자원이라는 한계를 어찌할 수 없지 않은가 하는 질문이 있을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 우리의 인적두뇌자원을 활용한다 면 우리는 다시 21세기의 바이오 강국으로 발돋음 할 수 있을 것으로 생각된다. 이를 위해서는 다음과 같은 몇 가지가 신중히 검토되고 지원책이 마련되어야 할 것으로 판단된다.