바이오경제

바이오경제(BioEconomy)는 경제의 다양한 부문에서 상품과 서비스를 제공하기 위해 생물자원, 프로세스, 시스템의 생산과 사용을 포괄하는 용어이다. 이는 생명공학, 바이오 기반 소재 및 재생 에너지의 잠재력을 활용하여 식량 안보, 기후 변화, 자원 부족, 환경 악화 등의 글로벌 과제를 해결하는 것을 목표로 하는 새로운 패러다임이다. 바이오경제는 혁신과 경제성장의 원천일 뿐만 아니라 사회적, 환경적 지속가능성을 달성하는 수단이기도 하다.

바이오경제는 순환경제의 하위 집합으로 볼 수 있는데, 이는 폐쇄 루프 시스템에서 재료와 에너지의 감소, 재사용 및 재활용을 촉진하는 더 넓은 개념이다. 순환경제는 폐기물과 오염을 최소화하고 제품과 재료의 수명을 연장하며 자연 시스템을 재생하는 것을 추구한다.

개요

바이오경제(Bioeconomy), 바이오 기반 경제(Biobased economy), 또는 바이오테크노미(Biotechonomy)는 생명공학과 바이오매스를 사용하여 상품, 서비스 또는 에너지를 생산하는 경제 활동을 의미한다. 이러한 용어는 지역 개발 기관, 국가 및 국제 조직, 그리고 생명공학 기업들에 의해 널리 사용된다. 이는 생명공학 산업의 발전, 유전 물질을 연구하고 이해하며 조작할 수 있는 과학적 연구와 기술 발전의 결과로 긴밀히 연결되어 있다. 여기에는 농업, 건강, 화학, 에너지 산업에 과학적 및 기술적 발전을 적용하는 것이 포함된다.

바이오경제(BE)와 바이오 기반 경제(BBE)는 때때로 혼용되어 사용되기도 한다. 그러나 이 둘을 구분할 필요가 있다. 바이오 기반 경제는 비식품 상품의 생산을 고려하는 반면, 바이오경제는 바이오 기반 경제와 식품 및 사료의 생산과 사용을 모두 포함한다. 아프리카, 아시아, 유럽, 오세아니아, 아메리카에 걸쳐 60개 이상의 국가 및 지역이 바이오경제 또는 생명과학 관련 전략을 가지고 있으며, 이 중 20개는 바이오경제 전략을 별도로 발표한 바 있다.

정의

바이오경제에는 다양한 정의가 존재한다. 바이오경제는 농작물, 산림, 어류, 동물, 미생물과 같은 육지와 해양에서 얻은 재생 가능한 생물학적 자원을 사용하여 식품, 건강, 재료, 제품, 섬유 및 에너지를 생산하는 경제의 일부를 포함한다. 그러나 정의와 용어의 사용은 지역에 따라 다를 수 있다.

바이오경제의 중요한 측면은 유전적, 분자적, 그리고 유전체 수준에서의 메커니즘과 과정을 이해하고 이를 산업 공정을 창출하거나 개선하며, 새로운 제품과 서비스를 개발하고, 새로운 에너지를 생산하는 데 적용하는 것이다. 바이오경제는 화석 천연자원에 대한 의존도를 줄이고 생물다양성 손실을 방지하며 지속 가능한 발전의 원칙에 부합하는 새로운 경제 성장과 일자리를 창출하는 것을 목표로 한다.

초기 정의

'생명공학'라는 용어는 1997년 AAAS 회의에서 열린 유전체학 세미나에서 후안 엔리케즈(Juan Enríquez)와 로드리고 마르티네즈(Rodrigo Martinez)에 의해 처음 사용되었다. 이 논문의 발췌문은 Science에 게재되었다.

2010년, 알브레히트(Albrecht) 등은 보고서 "The Knowledge Based Bio-Economy (KBBE) in Europe: Achievements and Challenges"에서 다음과 같이 정의했다: "바이오경제는 식품, 건강, 섬유, 산업 제품 및 에너지를 위해 바이오매스를 지속 가능하게 생산하고 전환하는 것이다. 여기서 재생 가능한 바이오매스는 원료로 사용될 수 있는 모든 생물학적 재료를 포함한다."

2013년의 한 연구에서는 "바이오경제는 재생 가능한 생물학적 자원을 기반으로 재료, 화학물질 및 에너지의 기본 구성 요소를 도출하는 경제"로 정의했다.

2015년 11월 베를린에서 열린 제1회 글로벌 바이오경제 정상회의에서는 바이오경제를 "모든 경제 부문에 걸쳐 재화와 서비스를 지속가능하게 제공하기 위한 생물자원, 생물학적 과정 및 원칙의 지식 기반 생산 및 활용"으로 정의했다. 정상회의에 따르면, 바이오경제는 재생 가능한 바이오매스, 관련 기술 및 융합 기술, 그리고 1차 생산(모든 생물학적 자원), 건강(의약품 및 의료기기), 산업(화학물질, 플라스틱, 효소, 펄프 및 종이, 바이오에너지)을 포함하는 응용 분야 간의 통합을 포함한다.

역사

엔리케즈(Enríquez)와 마르티네즈(Martinez)는 2002년 하버드 비즈니스 스쿨 연구 논문 "Biotechonomy 1.0: A Rough Map of Biodata Flow"에서 세계적으로 가장 큰 공공 유전자 데이터베이스인 GenBank, EMBL, DDBJ로 유전 물질이 출입하는 흐름을 다뤘다. 저자들은 이러한 데이터 흐름이 특허 창출, 바이오테크 스타트업의 진화, 라이선스 수수료에 미칠 경제적 영향을 가정했다. 이 논문의 적응 버전은 2003년 와이어드(Wired) 잡지에 게재되었다.

'바이오경제'라는 용어는 2000년대 중반부터 유럽연합(EU)과 경제협력개발기구(OECD)가 이를 새로운 제품, 시장, 바이오매스 활용법 개발을 촉진하는 정책 의제와 틀로 채택하면서 대중화되었다. 이후 EU(2012년)와 OECD(2006년)는 바이오경제를 위한 전용 전략을 수립했으며, 세계 여러 국가들도 점차 이를 도입했다. 이러한 전략은 종종 바이오경제와 바이오 기반 경제를 혼용한다. 예를 들어, 네덜란드는 2005년부터 바이오 기반 경제 창출을 촉진하기 위해 노력해 왔다. 레이스타트(Lelystad)의 Zeafuels와 같은 파일럿 플랜트가 시작되었고, 중앙 조직(Interdepartementaal programma biobased economy)과 이를 지원하는 연구(Food & Biobased Research)가 수행되고 있다. 그 외 유럽의 다른 국가들도 바이오경제 및 바이오 기반 경제 정책 전략과 틀을 개발하고 실행해 왔다.

2012년, 당시 미국 대통령 버락 오바마는 National Bioeconomy Blueprint을 발표하며 생물학적 제조 방식을 장려하겠다는 의지를 밝혔다.

목표

세계 인구 증가와 자원 과잉 소비로 인해 환경적 압박과 기후 변화가 심화되고 있다. 바이오경제는 이러한 문제에 대응하고자 한다. 이는 식량 안보를 보장하고 보다 지속 가능한 천연자원 활용을 촉진하며, 비재생 자원(예: 화석 연료 및 광물)에 대한 의존도를 줄이는 것을 목표로 한다. 일정 부분 바이오경제는 경제가 온실가스 배출을 줄이고, 기후 변화에 적응하거나 이를 완화하도록 돕는다.

유전자 조작

박테리아, 효모, 식물에 이르기까지 다양한 생물체가 효소 촉매 작용을 위해 사용되고 있다. 유전적으로 변형된 박테리아는 인슐린을 생산하는 데 활용되어 왔으며, 아르테미시닉산(artemisinic acid)은 유전자 조작 효모를 통해 만들어졌다. 일부 바이오플라스틱(폴리하이드록시부티레이트(PHB) 또는 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 기반)은 유전적으로 변형된 미생물이 설탕을 이용해 생산한다.

유전자 변형 생물체는 바이오연료 생산에도 사용된다. 바이오연료는 탄소 중립 연료의 일종이다.

CO₂ 고정을 목표로 하는 합성 대사 경로에 대한 연구도 진행 중이다. 유전적으로 변형된 대장균(E. coli)이 CO₂를 소비할 수 있도록 하면, 이 박테리아는 미래의 재생 가능한 식량 및 친환경 연료 생산을 위한 기반을 제공할 수 있다.

플라스틱(PET)을 분해하는 능력을 가진 생물체 중 하나인 Ideonella sakaiensis는 PET을 더 빠르게 분해하고 PEF도 분해할 수 있도록 유전적으로 변형되었다. 일반적으로 생분해되지 않는 플라스틱이 분해 및 재활용되어 다른 물질(예: Tenebrio molitor 유충의 경우 바이오매터)로 전환되면, 이는 다른 동물의 먹이로 사용할 수 있다.

유전자 변형 작물도 활용된다. 예를 들어, 유전자 변형 에너지 작물은 제조 과정의 비용 감소와 같은 부가적 이점(예: 비용 절감 및 물 사용량 감소)을 제공할 수 있다. 한 예로, 리그닌(lignin)이 적거나 화학적으로 쉽게 분해될 수 있는 결합을 가진 리그닌을 발현하도록 유전자 변형된 나무가 있다.

그러나 유전자 변형 작물에는 여전히 몇 가지 과제가 남아 있다. 규제 승인, 시장 채택, 대중의 수용과 같은 장벽이 그것이다.

분야

2018년에 업데이트된 유럽연합 바이오경제 전략에 따르면, 바이오경제는 생물학적 자원(동물, 식물, 미생물 및 유래된 바이오매스, 포함하여 유기 폐기물), 이들의 기능 및 원칙에 의존하는 모든 부문과 시스템을 포함한다. 이는 농업, 산림업, 어업 및 양식업에서 생물학적 자원의 이용, 생산, 가공을 기반으로 하는 모든 1차 생산 및 경제·산업 부문을 아우른다. 바이오경제의 산출물은 일반적으로 식품, 사료, 기타 바이오 기반 제품, 바이오에너지, 그리고 생물학적 자원에 기반한 서비스이다. 바이오경제는 지속 가능성, 순환성, 환경 보호를 목표로 하며 생물다양성을 증진시킬 것이다.

일부 정의에서는 바이오경제에 생태계 서비스도 포함된다. 생태계 서비스는 이산화탄소 고정, 휴양 기회 제공 등 환경이 제공하는 서비스이다. 바이오경제의 또 다른 핵심 측면은 천연자원을 낭비하지 않고 효율적으로 사용 및 재활용하는 것이다

2016년 EU 바이오경제 보고서에 따르면, 바이오경제는 재생 가능한 생물학적 자원을 생산, 가공 및 재활용하는 다양한 경제 부문(농업, 산림업, 어업, 식품, 바이오 기반 화학물질 및 재료, 바이오에너지)을 통합한다.

농업

세포농업(Cellular Agriculture)은 생명공학, 조직공학, 분자생물학, 합성생물학의 조합을 사용하여 세포 배양을 통해 농업 제품을 생산하는 데 초점을 맞춘다. 이를 통해 전통적인 농업에서 나오는 단백질, 지방, 조직을 새롭게 생산하거나 설계할 수 있다. 이 산업은 주로 고기, 우유, 달걀과 같은 동물성 제품에 집중하고 있으며, 이는 농업 가축 사육 및 도축으로 인한 환경 문제, 동물 복지, 식량 안보, 인간 건강과 같은 글로벌 문제를 해결하는 데 기여한다. 세포 농업은 바이오 기반 경제의 한 분야이며, 가장 잘 알려진 개념은 배양육(cultured meat)이다.

그러나 모든 합성 영양 제품이 동물성 식품(예: 고기 및 유제품)만 해당하는 것은 아니다. 2021년 기준으로 상업화에 가까운 합성 커피와 같은 제품도 보고되었다.

바이오경제 농업 기반 연구 및 생산 분야는 다음과 같다.

• 미생물 식품 배양 및 유전자 변형 미생물 생산: 예를 들어 거미줄 유사 섬유(spider silk) 또는 태양 에너지를 기반으로 한 단백질 분말
• 식물 단백질의 제어된 자가 조립: 거미줄 유사 식물 단백질 기반 플라스틱 대체재
• 무세포 인공 합성: 예를 들어 전분의 무세포 합성
• 바이오 생산 모방 식품: 육류 대체품과 우유 대체품

바이오 제의 도구와 방법으로 생산 된 많은 식품은 인간의 소비가 아니라 가축 사료, 곤충 기반 애완 동물 사료 또는 지속 가능한 양식 사료와 같은 비인간 동물을 대상으로 한다. 전 세계에는 합성 생물학을 사용하여 동물 사료를 만드는 다양한 스타트업과 연구팀이 있다.

더욱이, 작물은 예를 들어 안전하게 수확량을 늘리거나, 살충제의 필요성을 줄이거나, 실내 생산을 용이하게 하는 방식으로 유전자 조작될 수 있다.

바이오경제 특화 제품의 예로는 광범위하게 이용 가능한 바이오경제 특화 제품 중 하나는 해조류 기름(algae oil)으로, 이는 덜 지속 가능한 어유(fish oil) 보충제를 대체할 수 있는 식이 보충제다.

수직농업

수직농업(Vertical Farming)은 작물을 수직 및 수평으로 적층된 구조에서 재배하는 농업이다. 이는 종종 작물 성장을 최적화하기 위해 제어된 환경 농업을 포함하며, 수경재배(hydroponics), 아쿠아포닉스(aquaponics), 에어로포닉스(aeroponics)와 같은 비토양 농업 기술을 활용한다.수직 농업 시스템을 위한 주요 구조물로는 건물, 컨테이너, 지하 터널, 폐광 등이 사용된다.

이 개념은 1999년 컬럼비아 대학교 환경보건학 교수인 딕슨 데스포미어(Dickson Despommier)에 의해 제안되었다. 데스포미어와 학생들은 50,000명을 먹여 살릴 수 있는 고층 농장을 설계했으며, 비록 실현되지는 않았지만 수직 농업 아이디어를 대중화하는 데 성공했다

수직 농업은 전통적인 농업 방식에 비해 10배 이상의 수확량을 가져오며, 공간 활용을 극대화하고 날씨로 인한 작물 손실을 줄이는 장점을 제공한다. 그러나 초기 비용이 높고, LED 조명을 포함한 높은 에너지 요구량과 엄격한 온도, 습도, 수분 공급 관리가 필요하며, 재생 가능 에너지가 아닌 경우 전통 농업보다 더 많은 오염을 발생시킬 수 있다

수직 농업 시스템은 여러 지역에 도입되어 시행되고 있으며, 그 사례로는 파이그턴(Paignton), 이스라엘, 싱가포르, 시카고, 뮌헨, 런던, 일본, 링컨셔(Lincolnshire) 등이 있다.

그러나 초기 설치 비용이 높고, 모든 작물을 재배할 수 없으며, 에너지 소모가 많아 경제적 도전 과제에 직면해 있다.

균류재배

균류 재배는 인간이 식품 준비, 보존 및 기타 목적을 위해 균류를 사용하는 것을 말하며, 이는 광범위하고 오랜 역사를 가지고 있다. 버섯 농업 및 버섯 채집은 여러 나라에서 대규모 산업을 형성하고 있다. 균류의 역사적 사용 및 사회적 영향을 연구하는 학문은 민족균학(ethnomycology)이라고 한다.

균류는 항생제, 비타민, 항암제 및 콜레스테롤 저하 약물과 같은 생물학적 활성 물질을 생산하는 데 오래전부터 사용되어 왔으며, 현재는 균류의 유전자 공학 개발을 통해 산업 생산이 더욱 효율적으로 이루어지고 있다. 예를 들어, 효모와 같은 균류 종의 유전자 변형을 통해 약물 생산을 더욱 효율적으로 수행할 수 있다.

균류 기반 산업은 생물경제(bioeconomy)의 주요 부분으로 간주되며, 섬유, 대체육, 일반적인 균류 생명공학 등의 다양한 응용 분야가 연구 개발되고 있다.

균류는 식품 발효에도 광범위하게 사용된다. 예를 들어, 효모(Saccharomyces cerevisiae)는 빵, 피자 도우, 덤플링 등의 밀가루 제품을 만드는 데 사용되며, 술을 발효시키는 데도 필수적이다. 또한, Aspergillus oryzae는 된장, 간장, 청주의 제조에 필수적이며, Rhizopus 종은 템페(Tempeh) 제조에 사용된다.

한편, Quorn은 Fusarium venenatum으로 만든 대체육으로 균류를 활용한 대표적인 식품 사례 중 하나이다.

마이코프로틴

균사체 기반 단백질 또는 곰팡이 단백질이라고도 하는 Mycoprotein(직역하면 "곰팡이에서 추출한 단백질")은 인간이 섭취하기 위해 곰팡이에서 파생된 단세포 단백질의 한 형태이다.

조류 재배

조류 재배(Algaculture)는 미세조류 및 해조류를 재배하는 양식의 한 형태이다.

대다수의 재배되는 조류는 미세조류(microalgae)에 해당하며, 이는 오메가-3 지방산(algaloil), 천연 식품 색소, 비료, 생물 연료, 바이오플라스틱 등의 생산에 사용된다.

한편, 해조류는 크기 및 성장 환경의 특정 요구 사항 때문에 재배가 쉽지 않지만, 최근의 새로운 해조류 재배 기술의 발전으로 상황이 달라질 가능성이 있다.

상업 및 산업적 조류 재배는 음식, 화학 원료, 동물 및 수산업 사료, 제약 및 오염 제어뿐 아니라 탄소 격리와 같은 다양한 목적으로 활용된다.

세계적으로 양식된 수생 식물 생산량은 1995년 1,350만 톤에서 2022년 3,780만 톤으로 증가하였으며, 이는 주로 중국, 말레이시아, 필리핀, 탄자니아 등이 주도한 생산 확대의 결과이다.

조류 재배는 미래의 건강하고 지속 가능한 식품 시스템 개발에 큰 가능성을 제공하며, 생물경제에서 점점 중요한 역할을 하고 있다.

폐기물 관리, 재활용 및 바이오마이닝

바이오 기반 응용 프로그램과 폐기물 관리의 연구 개발은 바이오경제의 일부를 형성할 수 있다. 바이오 기반 재활용(전자 폐기물, 플라스틱 재활용 등)은 폐기물 관리 및 생산과 제품의 관련 표준과 요구 사항과 연결된다. 폐기물의 일부 재활용은 바이오마이닝(biomining)이 될 수 있으며, 일부 생물 채굴은 재활용을 넘어서 응용될 수 있다.

예를 들어, 2020년에 생명공학자들은 PETase(2016년에 처음 발견됨)와 MHETase(Ideonella sakaiensis에서 발견됨)의 협동 효소들을 유전자 변형하여 PET 및 PEF의 분해를 더 빠르게 할 수 있도록 개선했다고 보고하였다. 이는 혼합 플라스틱의 오염 정화, 재활용 및 업사이클링에 유용할 수 있으며, 기계적 및 화학적 PET 재활용보다 환경 친화적이고 비용 효율적일 수 있다. 또한, 엔지니어링된 균주를 기반으로 한 순환 플라스틱 생물경제 솔루션을 가능하게 한다. 더 나아가, 미생물은 바살트 암석에서 유용한 원소를 생물 침출(bioleaching)을 통해 채굴하는 데 사용될 수 있다.

의학, 영양 과학 및 건강 경제

2020년, Grand View Research 분석에 따르면 전 세계 건강보조식품 산업의 가치는 1403억 달러였다. 건강 경제의 일부는 바이경제와 겹칠 수 있으며, 여기에는 노화 방지 및 수명 연장 관련 제품과 활동, 위생/미용 제품, 기능성 식품, 스포츠 성능 관련 제품, 바이오 기반 테스트(예: 개인의 미생물 군집 분석) 및 은행(예: 대변 은행, 구강 슈퍼 대변 캡슐 포함)과 DNA 데이터베이스 등이 포함된다. 이러한 데이터는 개인화된 개입, 모니터링 및 새로운 제품 개발에 사용될 수 있다. 또한 신약 개발을 포함한 제약 부문도 생물경제의 일환으로 간주될 수 있다.

산림 바이오경제

산림 바이오경제는 숲과 그 자연 자원을 기반으로 하며, 다양한 산업 및 생산 과정을 포함한다. 산림 바이오경제에는 예를 들어 숲의 바이오매스를 가공하여 에너지, 화학, 식품 산업과 관련된 제품을 제공하는 과정이 포함된다. 따라서 산림 바이오경제는 목재 재료를 기반으로 하는 다양한 제조 과정을 포함하며, 최종 제품의 범위는 매우 넓다.

전통적인 산림 산업 제품에는 펄프, 종이, 포장 재료, 제재 목재가 포함된다. 또한 목재는 전통적으로 가구 및 건설 산업에서 사용된다. 그러나 이러한 전통적인 제품 외에도 재생 가능한 자연 자원으로서 목재에서 추출한 성분은 혁신적인 바이오 제품으로 활용될 수 있다. 예를 들어, 핀란드의 대형 산림 산업 회사들은 기존의 제재소를 바이오 정제소(biorefinery)로 전환하는 과정을 거치고 있다. 다양한 과정에서 숲의 생물질은 섬유, 화학 물질, 화장품, 연료, 의약품, 지능형 포장, 코팅, 접착제, 플라스틱, 식품 및 사료 등을 생산하는 데 사용된다.

블루 바이오경제

블루 바이오경제는 재생 가능한 수생 자원의 지속 가능한 사용과 관련된 사업을 포함하며, 물 관련 전문 분야도 포함한다. 이는 블루 바이오경제 제품과 서비스의 개발 및 마케팅을 포함한다. 이에 따라 주요 분야는 수자원 전문 기술, 수상 관광, 수생 생물질 활용, 어업 가치 사슬과 관련된 사업 활동을 포함한다. 또한, 수생 자연 자원의 무형의 가치도 매우 높다. 수역은 경제 활동의 플랫폼 이상의 다른 가치도 제공한다. 인간의 복지, 레크리에이션, 건강을 제공하기 때문이다.

유럽연합(EU)에 따르면 블루 바이오경제는 수생 또는 해양 환경에 집중하며, 특히 비식용, 식용 및 사료를 포함한 새로운 양식 응용 프로그램에 집중한다.

2017년의 유럽연합 푸른 성장 전략 보고서에서는 블루 바이오경제를 블루경제(blue economy)와 다르게 정의하였다. 블루경제는 해양 환경과 관련된 산업을 의미하며, 여기에는 조선, 운송, 해안 관광, 재생 가능 에너지(예: 해상 풍력), 생물자원 및 비생물 자원이 포함된다.

에너지

바이오경제에는 바이오에너지, 바이오수소, 바이오연료, 조류 연료도 포함된다.

세계 바이오에너지 협회에 따르면, 전체 최종 에너지 소비에서 17.8%는 재생 가능 에너지로 충당되었다. 재생 가능 에너지 출처 중 바이오에너지(생물 기반 자원에서 나온 에너지)는 가장 큰 재생 가능 에너지 출처이다. 2017년, 바이오에너지는 재생 가능 에너지 소비에서 70%를 차지했다.

바이오에너지의 역할은 국가와 대륙에 따라 다르다. 아프리카에서는 바이오에너지가 가장 중요한 에너지원으로, 그 비율은 96%에 달한다. 미주(59%), 아시아(65%), 유럽(59%)에서는 바이오에너지가 중요한 에너지원이다. 바이오에너지는 산림, 농업, 폐기물 및 산업의 부가 부산물 등 다양한 바이오매스에서 생산되어, 전 세계적으로 전력, 난방, 교통 연료를 위한 유용한 최종 제품(펠릿, 나무 조각, 바이오에탄올, 바이오가스, 바이오디젤 등)을 생산한다.

바이오매스는 재생 가능한 자연 자원이지만 여전히 제한된 자원이다. 전 세계적으로 많은 자원이 있지만, 환경적, 사회적, 경제적 측면이 그 사용을 제한한다. 바이오매스는 저탄소 해결책에서 중요한 역할을 할 수 있으며, 고객 공급, 에너지, 식품 및 사료 분야에서 활용될 수 있다. 실제로 많은 경쟁적인 용도가 존재한다.

바이오 기반 경제는 1세대 바이오매스(작물), 2세대 바이오매스(작물 잉여물), 3세대 바이오매스(조류, 해조류)를 사용한다. 그런 다음, 바이오정제소(biorefinery)에서 이러한 바이오매스를 최대한 활용할 수 있는 여러 가공 방법이 사용된다. 이러한 방법에는 다음과 같은 기술들이 포함된다:

• 혐기성 소화(anaerobic digestion)
• 열분해(pyrolysis)
• 토레팩션(torrefaction)
• 발효(fermentation)

혐기성 소화는 일반적으로 바이오가스를 생산하는 데 사용되며, 발효는 당분을 발효시켜 에탄올을 생산한다. 열분해는 열분해유(고형화된 바이오가스)를 생산하는 데 사용되며, 토레팩션은 바이오매스-석탄을 만드는 데 사용된다. 바이오매스-석탄과 바이오가스는 에너지 생산을 위해 태워지며, 에탄올은 교통 연료뿐만 아니라 피부 관리 제품과 같은 다른 용도로도 사용될 수 있다.

바이오 기반 에너지는 태양광과 풍력과 같은 가변 재생 가능 에너지의 간헐성을 관리하는 데 사용될 수 있다.

우드칩과 펠릿

우드칩과 펠릿은 전통적으로 공간 난방이나 에너지 플랜트에서 재생 가능 에너지로 전기를 생산하는 데 사용되어 왔다. 유럽을 포함한 대부분의 국가에서 나무 조각의 주요 공급원은 벌목 잉여물이었다. 향후에는 그루터기와 원목의 비율이 증가할 것으로 예상된다. 2013년 EU에서는 바이오매스 에너지 잠재력에 대해, 지속 가능한 산림 이용과 전통적인 산림 부문에 제공되는 목재를 포함하여 약 2억 7천7백만 m³의 지상 바이오매스와 5억 8천5백만 m³의 총 바이오매스가 예상되었다.

새로운 난방 연료 시스템은 나무 조각이나 나무 펠릿을 사용한다. 나무 조각의 장점은 비용이 저렴하고, 나무 펠릿의 장점은 연료 가치를 제어할 수 있다는 점이다. 나무 조각을 자동화된 난방 시스템에 사용하는 기술은 견고하다.

나무 조각의 크기, 습기 함량, 원료는 작은 발전소에서 연료로 사용할 때 중요한 요소이다. 그러나 나무 조각의 분류 기준에 대한 표준은 많지 않다. 2018년 3월, 미국 국가표준협회(ANSI)는 AD17225-4 나무 조각 난방 연료 품질 표준을 승인했다.

바이오매스 활용

경제적 이유로 바이오매스의 처리는 특정 패턴(캐스케이딩이라고 하는 과정)에 따라 수행된다. 이 패턴은 사용되는 바이오매스의 유형에 따라 다르다. 가장 적합한 패턴을 찾는 모든 것을 바이오 정제라고 한다. 일반 목록은 부가가치가 높고 바이오매스 함량이 가장 낮은 제품부터 부가가치가 가장 낮고 바이오매스 함량이 가장 높은 제품까지 보여준다.

• 정밀화학/의약품
• 음식
• 화학물질/바이오플라스틱
• 수송용 연료
• 전기와 열

바이오매스는 재생 가능한 자연 자원이지만 제한적이다. 바이오매스의 경제적 가치는 바이오정제 과정에 따라 달라지며, 고부가가치 제품을 얻기 위한 적절한 처리 방식이 중요하다. 전통적으로 사용되는 식물들은 원격 지역에서 가치 있는 제품을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 예를 들어, 담배 식물을 통해 경제적으로 중요한 화합물을 추출할 수 있다는 연구 결과가 있다.

기타 분야 및 응용

바이오제품은 바이오매스로 만든 제품으로, 화석 연료 의존도를 줄이기 위해 개발된다다. 다양한 성질과 응용 분야를 가진 산업 및 상업 제품을 포함하며, 이를 개발하는 핵심은 재생 가능한 자원을 지속 가능한 방식으로 바이오제품, 재료 및 연료로 변환할 수 있는 바이오정제 기술을 발전시키는 것이다.

• 이식 가능한 장기 및 재생: 합성 생물학은 약물 전달용 나노입자 및 생물학적 세포 기능을 모방한 합성 세포를 만들기 위해 사용됩니다.
• 마이크로기술: 의학 및 에너지 분야에서 사용되며, 예를 들어, 합성 나노입자가 동맥경화증을 치료하거나, 조류-세균 혼합 세포 반응기를 통해 수소를 생산하는 기술이 있다.
• 기후 변화 적응: 바이오 기반 활동인 재조림, 조류 양식, 산호초 복원 등이 바이오경제의 일환으로 수행된다.
• 재료 및 바이오플라스틱: 건축 재료(예: 단열재, 폴리머)와 혁신적인 바이오플라스틱이 탄소 발자국을 줄이고 생분해 가능하거나 재활용 가능한 특성을 가지고 개발되고 있다. 바이오플라스틱은 바이오 기반의 비생분해성 플라스틱(예: 바이오 기반 PE, PP)과 생분해성 옵션(예: PLA, PHA, PBS)으로 나뉜다. PLA 및 셀룰로오스 기반 바이오플라스틱과 같은 새로운 재료는 생분해성, 내열성 등의 개선된 특성을 제공한다.
• 지속 가능한 포장: 생분해성 포장 대체재는 식물 단백질, 유제품 필름 또는 거미줄에서 영감을 받은 재료로 개발되고 있다. 이는 석유 기반 포장을 대체하고 환경 영향을 줄이기 위한 것이다.
• 섬유: 섬유 산업은 자연 섬유, 재생 섬유 및 바이오 기반 재료를 사용하여 바이오경제의 중요한 분야로 성장하고 있다. Lyocell(텐셀)과 같은 지속 가능한 섬유는 화학 사용을 줄이고 물 소비를 낮춘 방식으로 개발되고 있다.

요약하자면, 바이오경제는 에너지와 의학부터 재료 및 섬유에 이르기까지 다양한 분야에서 환경 영향을 줄이고 화석 자원 의존도를 낮추는 것을 목표로 하고 있다.

바이오경제와 순환경제

바이오경제와 순환경제는 다음과 같은 몇 가지 공통 원칙과 목표를 공유한다.

• 효율성: 두 접근 방식 모두 자원과 에너지 사용을 최적화하고 생산 및 소비가 환경에 미치는 영향을 줄이는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 바이오경제는 바이오매스를 다양한 제품과 서비스로 전환하기 위해 생명공학과 바이오정제를 사용함으로써 농업 및 산업 프로세스의 효율성을 향상시킬 수 있다. 순환경제는 내구성이 있고 수리가 가능하며 재활용이 가능한 제품과 시스템을 설계함으로써 자재 흐름의 효율성을 향상시킬 수 있다.

• 다양성: 두 접근 방식 모두 생물학적, 기술적 시스템의 다양성과 솔루션 및 이해관계자의 다양성을 중요하게 생각한다. 예를 들어, 바이오경제는 생물다양성의 보존과 지속가능한 이용을 촉진함으로써 생물자원과 생태계의 다양성을 육성할 수 있다. 순환경제는 다양한 행위자와 부문 간의 혁신과 협력을 장려함으로써 기술 솔루션과 비즈니스 모델의 다양성을 촉진할 수 있다.

• 복원력: 두 접근 방식 모두 사회 경제적, 생태계 시스템의 회복력을 강화하고 불확실성과 변화에 대처하는 것을 목표로 한다. 예를 들어, 바이오경제는 바이오 기반 대안의 가용성과 접근성을 높여 식품 및 에너지 시스템의 탄력성을 향상시킬 수 있다. 순환경제는 유한하고 변동성이 큰 자원에 대한 의존도를 줄여 물질적, 경제적 시스템의 탄력성을 향상시킬 수 있다.

그러나 바이오경제와 순환경제는 동의어가 아니며, 어느 정도 상충관계와 긴장 관계가 있을 수도 있다. 예를 들어바이오경제는 비료, 살충제, 에너지 등 재생이 불가능하거나 화석 기반 투입물에 의존할 수 있으며, 이는 시스템의 순환성과 지속 가능성을 손상시킬 수 있다. 순환경제에서는 환경과 인간 건강에 위험을 초래할 수 있는 플라스틱, 금속, 화학 물질과 같은 합성 물질이나 생분해되지 않는 물질을 사용해야 할 수 있다.

바이오경제는 자연토지나 농지를 바이오에너지나 바이오기반 생산으로 전환하는 것을 수반할 수 있으며, 이는 생태계 서비스, 생물다양성, 지역사회의 생계에 영향을 미칠 수 있습니다. 순환경제는 재료와 제품의 재배치나 재분배를 수반할 수 있으며, 이는 소비자와 생산자의 사회적, 문화적 가치와 선호도에 영향을 미칠 수 있다.

바이오경제는 바이오 기반 솔루션의 개발과 채택을 제한하는 기술, 규제, 시장 장벽에 직면할 수 있다. 순환경제는 선형 모델에서 순환 모델로의 전환을 방해하는 행동적, 제도적, 체계적 장벽에 직면할 수 있다.

따라서 지속가능성의 환경적, 사회적, 경제적 측면을 고려하여 바이오경제와 순환경제는 시너지적인 방식으로 정렬되고 통합되어야 한다. 시너지적 접근 방식은 다음과 같은 바이오경제와 순환경제 모두에 기회와 이점을 창출할 수 있다.

• 혁신: 시너지적 접근 방식은 바이오 기반 솔루션과 순환 솔루션의 장점을 결합한 새로운 기술, 제품, 서비스의 개발과 확산을 촉진할 수 있다. 예를 들어 생분해성 및 퇴비화 가능한 플라스틱, 바이오 기반 및 재활용 가능 직물, 바이오 영감을 받은 모듈형 디자인 등이 있다.

• 가치 창출: 시너지적 접근 방식은 새로운 시장 창출, 자원 효율성 향상, 비용 및 위험 감소를 통해 바이오 기반 및 순환 부문 모두에 부가가치와 경쟁 우위를 창출할 수 있다. 예를 들어 바이오리파이너리, 산업 공생, 제품-서비스 시스템 등이 있다.

• 지속가능성: 시너지적 접근 방식은 온실가스 배출 감소, 자원 안보 개선, 사회 복지 강화를 통해 지속 가능한 개발 목표(SDGs)와 파리 협정 달성에 기여할 수 있습니다. 예를 들어 바이오 연료, 바이오 숯, 순환 도시 등이 있다.

참고자료

• "Bioeconomy", Wikipedia
• 〈바이오경제: 바이오경제와 순환경제: 시너지적 접근〉, FasterCapital

같이 보기

• 바이오
• 경제
• 순환경제
• 생물공학
• 바이오매스

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