위키원
바이오부탄올
바이오부탄올(Bio Butanol)은 폐목재나 톱밥과 같은 비식용 바이오매스를 이용한 미생물 발효를 통해 생산하는 바이오 원료이다.
1916년 이스라엘의 과학자 하임 바이츠만이 ABE 발효를 이용해 개발한 공정에서 추출되어 사용되다가 상대적으로 수익률이 높은 석유에 밀려 점점 잊혀졌다. 하지만 최근 미생물의 성질을 인위적으로 조절하는 '미생물 대사공학' 기술의 개발을 통해 생산량을 늘리는 데 성공하면서 다시 주목받기 시작했다.
개요
바이오부탄올은 폐목재, 볏짚, 해조류 등에서 추출한 포도당과 박테리아로 만드는 액체 연료로, 바이오디젤, 바이오에탄올과 함께 3대 바이오에너지로 불린다. 기존의 바이오에탄올 및 바이오부탄올 생산 기술은 옥수수, 사탕수수, 카사바와 같은 식용 바이오매스 활용으로 곡물 가격의 상승을 초래하고 식량자원을 파괴한다는 한계를 갖고 있었다. 최근 옥수숫대, 폐목재와 같은 비식용 바이오매스를 원료로 바이오부탄올을 생산하여 이러한 한계를 극복했다. 연간 국내에서 버려지는 폐목재는 300만 톤가량으로, 이를 활용하면 연간 3억 리터의 바이오부탄올을 생산할 수 있다고 한다.
바이오부탄올 생산 과정의 핵심은 폐목재와 같은 바이오매스와 고성능 균주이다. 곱게 간 폐목재로부터 생산된 당을 균주와 혼합하면 발효가 이루어지는데, 이 과정에서 아세톤, 부탄올, 에탄올이 생성된다. 이후 증류 과정을 거쳐 연료로 사용 가능한 바이오부탄올을 생산한다.
특징
- 기존 기반 시설 사용 가능
바이오 부탄올은 물 성분을 갖고 있지 않아 파이프라인 등 기존의 석유 수송 및 저장 인프라를 그대로 사용하여 생산할 수 있기 때문에 새로운 설비를 위한 투자가 필요하지 않다.
- 온실가스 감축
폐목재, 폐농작물 등 비식용 바이오매스를 이용한 생물학적 과정을 통해 생산되기 때문에 오염물질을 거의 배출하지 않고, 휘발유 대비 연간 이산화탄소 배출량의 100% 이상을 감축할 수 있다.
- 생산원가 절감
원료가격을 낮추어, 석유계 부탄올 대비 연간 45% 생산원가를 절감할 수 있다. 이처럼 바이오부탄올 생산과정은 경제적이고 친환경적이다. 그 활용 또한 굉장히 다양하다.
- 휘발유 차량용 연료
에너지 밀도가 높아 기존에 사용하던 휘발유 자동차 엔진을 개조하지 않고도 휘발유에 고농도로 혼합하여 사용할 수 있고, 그 효율성이 휘발유의 70% 밖에 되지 않는 바이오에탄올에 비교해 연비손실이 적다.
- 반도체 세정제
반도체 세정제에 들어있는 염화불화탄소(HCFC)는 오존층을 파괴하는 물질로, 우리나라는 2040년까지 이를 전폐해야 하는 의무를 갖고 있다. 바이오부탄올은 염화불소탄소를 대신한 친환경적인 반도체 세정제로 이용할 수 있다.
- 착향료 원료
식품, 화장품, 비누 등의 향을 강화, 변형, 억제하기 위해 사용되는 착향료의 친환경 원료로 사용할 수 있다.
- 점착제
물질에 달라붙게 만드는 성질을 가지고 있어 코팅제, 페인트나 접착제, 잉크에 사용되는 기존 석유계 부탄올 대신 점착제로 이용할 수 있다.
바이오부탄올 시장
바이오부탄올 시장 규모는 2023년에 158억 6천만 달러로 평가되었으며 2030년 말까지 283억 1천만 달러에 이를 것으로 예상된다. 예측 기간 동안 CAGR 9.2% 2024~2030.
바이오부탄올 시장은 지속 가능하고 친환경적인 연료에 대한 수요 증가로 인해 상당한 성장을 보이고 있다. 바이오매스에서 추출한 바이오 연료의 일종인 바이오부탄올은 기존 연료에 비해 더 높은 에너지 함량, 더 낮은 휘발성, 온실가스 배출 감소 등 여러 가지 장점을 제공한다. 이러한 이점으로 인해 자동차 연료, 화학 제조 및 다양한 산업 공정의 용매를 포함한 다양한 응용 분야에 대한 실행 가능한 대안이 된다. 또한, 탄소 배출량을 줄이고 여러 분야에 걸쳐 바이오 기반 제품의 사용을 장려하기 위한 정부 이니셔티브의 확대로 인해 시장 확장이 가속화되고 있다.
최근 바이오부탄올 생산 기술의 발전으로 시장 채택이 더욱 가속화되었다. 발효 공정과 미생물 유전공학의 발전으로 바이오부탄올 생산의 수율과 비용 효율성이 향상되었다. 또한 기업들은 증가하는 글로벌 수요를 충족하기 위해 생산 기술을 최적화하고 공급망을 확장하기 위해 연구에 점점 더 많은 투자를 하고 있다. 바이오부탄올은 농업 잔재물, 비식량 작물 등 다양한 재생 가능 자원에서 생산될 수 있으므로 보다 순환적이고 지속 가능한 경제로의 전환을 지원하여 바이오에너지 분야의 기존 기업과 스타트업 모두의 투자를 유치한다.
바이오부탄올 시장과 함께 성장하고 있는 관련 분야로는 바이오 기반 부탄디올 시장. 이 시장은 생분해성 플라스틱 및 용제의 적용이 증가함에 따라 확대되고 있으며, 이는 산업 전반에 걸쳐 지속 가능한 재료에 대한 선호도가 높아지는 것과 일치하다. 바이오 기반 화학물질로의 전환은 환경 문제를 해결할 뿐만 아니라 석유 기반 소스에 덜 의존하는 원료의 안정적인 공급을 보장한다. 바이오 기반 대체품에 대한 이러한 관심 증가는 업계가 운영의 지속 가능성을 향상시킬 수 있는 보완적인 바이오 제품을 추구함에 따라 바이오부탄올 시장에 긍정적인 영향을 미쳤다.
바이오부탄올의 도입은 특정 산업에만 국한되지 않는다. 다재다능한 특성으로 인해 광범위한 응용 분야를 발견했다. 예를 들어, 자동차 부문에서는 바이오부탄올이 기존 연료 인프라와 호환되고 휘발유와 혼합할 수 있어 화석 연료에 대한 의존도가 낮아진다는 이점이 있다. 화학산업에서 바이오부탄올은 다양한 파생상품을 생산하는 핵심 원료로 활용돼 수요를 더욱 촉진하고 있다. 업계가 계속해서 친환경 솔루션을 우선시함에 따라 생산 규모 확대를 목표로 하는 지속적인 혁신과 전략적 협력을 통해 글로벌 시장에서 바이오부탄올의 역할이 강화될 것으로 예상된다.
상업화의 추진
바이오 부탄올의 생산 방식은 사용하는 균주에 따라 나눌 수 있다. 클로스트리듐 계열의 세균을 이용해 노말 부탄올을 생산하는 방식과 비 클로스트리듐 계열의 세균을 이용해 아이소 부탄올을 생산하는 방식으로 나뉜다.
대표적인 노말 부탄올의 상업화를 추진하는 기업으로는 Green Biologics사, Eastman chemical company사, GS칼텍스 등이 있다. 이어서, 아이소부탄올의 상업화를 추진하고 있는 기업으로는 Butamax사와 Gevo사가 대표적이다. 이 회사들은 각각 차별화된 균주와 부탄올 생산 공정을 개발해냈고, 이를 기반으로 상업화를 추진 중이다. 더하여, 기존의 바이오 에탄올 공장을 바이오 부탄올 공장으로 개조해 인프라 구축을 하거나 다른 회사와 합작사업을 진행하는 등의 노력을 보이고 있다. 보다 빠르게 상업화 연구에 성공할 수록 더 큰 이익을 취할 수 있기에, 상업화를 추진하는 기업간의 경쟁도 심화될 것이다.
국의 GS칼텍스 같은 경우 KAIST와 공동연구를 통해 부탄올의 생산 효율을 3배 이상 높인 새로운 균주 개발에 성공하였다. 또한, 독자적인 발효공정과 분리 정제 공정 기술개발로 이 공정에서 사용되는 에너지량을 70% 감소시키면서 세계에서 손꼽을 만한 기술 경쟁력을 가지게 되었다. 현재 GS칼텍스는 기술개발연구과 함께, 여수에 바이오부탄올 시범공장을 건설하는 등 상업화에 힘쓰고 있다.
참고자료
- 한국 에머슨, 〈차세대 청정 연료, 바이오부탄올의 현재와 미래〉, 《네이버 블로그》, 2018-03-15
- 〈바이오부탄올 시장 규모, 점유율〉, Verified Market Reports, 2024-10
- 알 수 없는 사용자, 〈바이오 에너지의 새로운 패러다임, 바이오 부탄올〉, 《대학생신재생에너지기자단》, 2017-03-09
- 오일지키미, 〈차세대 친환경 연료, 바이오부탄올〉, 《네이버 블로그》, 2017-08-25
같이 보기
