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미세조류 산업적 응용과 활용전망

양지원/ 글로벌프론티어 바이오매스연구단장

KAIST 생명화학공학과 교수

1. 서론

지난 100년간 석유자원 기반의 산업 시스템을 바탕으로 발전해 왔던 전 세계

국가들은 지구온난화로 인한 ʻ환경 위기ʼ와 고유가로 인한 ʻ에너지 위기ʼ에 직면해

있다. 이러한 위기를 극복하는 동시에 위기를 새로운 기회로 전환하여 지속

가능한 성장을 도모하기 위해서는 이산화탄소(CO2)의 발생량을 현저히 줄여야

할 뿐 아니라 사회 전반에 필요한 에너지 및 소재를 안정적으로 공급할 수

있어야 한다. 바이오매스는 이를 모두 만족시키는 자원으로써, 지속가능한 저탄소

녹색사회 구현을 위한 독보적인 대안이라 할 수 있다. 그 중 3세대 바이오매스인

미세조류는 옥수수, 사탕수수, 콩과 같은 곡물자원을 사용한 1세대 바이오매스와

다르게 윤리적 문제를 야기하지 않으며, 작물의 줄기나 폐목재 등을 사용하는

2세대 바이오매스보다 좁은 면적에서 고밀도 대량배양이 가능하고, 높은 지질을

함유하고 있기 때문에 바이오디젤로의 전환도 가능하다. 또한 2차대사산물을

이용한 고부가 가치 제품도 생산할 수 있는 장점이 있다.

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그림 1. 바이오매스

미세조류는 이산화탄소와 물, 그리고 태양에너지를 사용하는 광합성을 통하여

자신들의 에너지원인 유기물을 합성할 뿐 아니라 특정 종들은 빛이 없는 상태

에서도 기질이 제공되면 높은 지질을 함유하면서 성장하기도 한다. 현재 미세

조류는 지구 전 생태계에 존재하고 극지와 같은 다양한 환경에서도 살아 갈 수

있으며, 그 수는 약 5만여종(species)이 존재하나, 오직 만여종만이 조사되었다.

미세조류는 1차 대사산물인 지질, 당질, 단백질 등의 성분을 이용하여 바이오

디젤, 바이오알코올, 합성가스와 같은 다양한 바이오연료의 공급원으로 사용된다.

미세조류 유래 바이오디젤은 수송용 연료로 사용할 수 있으며, 기존의 화석연료

기반 시설들을 변경하지 않고 그대로 사용한다는 장점이 있다. 뿐만 아니라

생산과정 중에 이산화탄소를 흡수하여 대기 내의 이산화탄소 농도를 증가시키지

않아, 환경 친화적이고 지속가능한 대체에너지이다. 한편 2차 대사산물인 비타민,

카로테노이드, 다당류 같은 고부가 가치 물질은 건강보조식품, 천역색소, 의약용

물질, 생화학 물질, 수산양식용 사료 등으로 매우 다양하게 사용된다. 동시에

미세조류 배양 과정에서 필요한 이산화탄소 및 영양분을 발전소 및 공장의

배기가스와 폐수에서 얻는다면, 이산화탄소 고정화와 폐수처리 등 환경적인

응용이 결합된 미세조류 유래 바이오연료와 고부가 가치 물질 생산이 더욱

경제적이고 지속가능해질 것이다.

본고에서는 다양한 공급 원료로서의 미세조류를 이용한 산업적 응용 가능 분야

중에서 에너지, 환경, 고부가 가치 물질 분야에의 이용 측면을 살펴보고, 몇몇

연구 결과를 소개하고자 한다.

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2. 본론

1) 기술개요

미세조류가 산업적으로 활용되기 위한 주요 공정은 ① 미세조류 선정 및 기능

강화 (균주 개량), ② 미세조류의 대량 배양 및 수확, ③ 미세조류 바이오매스로

부터 바이오연료 및 유용물질 생산으로 구분해 볼 수 있다.

그림 2. 미세조류를 이용한 바이오디젤 생산 과정

미세조류가 산업적으로 응용되어 활용되기 위해서는 생산 목적과 상황에 맞는

미세조류의 탐색, 분리, 선정이 선행되어야 한다. 미세조류를 선정하는데 고려

되는 사항으로는 미세조류의 성장률, 지질의 축적정도, 다양한 환경에 대한

저항성, 영양분의 활용 정도 등이 중요한 요소이다. 미세조류는 대학

(University of Texas Algal Culture Collection, Korea Marine Microalgae

Culture Center)과 정부출연연구소 (National Institute for Environmental

Studies Collection, Korea Research Institute of Bioscience &

Biotechnology)등으로부터 구할 수 있으며 하천과 호소 또는 바다의 토착

미생물 군에서 분리를 통하여 직접 구하기도 한다. 연구자들 간의 직접 교류를

통해서도 미세조류는 많은 교환이 이루어지나 기업으로부터의 기증은 미비한

상황이다. 이상적인 미세조류의 유전적 형질인 빠른 생장과 높은 지질 함량, 얇은

막을 갖는 대형 세포, 세포내 오일의 외부로의 분비 등과 같은 성질을 얻기 위

하여 돌연변이, 원형질체 융합 등의 유전적 형질전환 방법이 주로 사용되지만,

이에 대한 연구는 상대적으로 미흡한 상태이다.

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이처럼 생산 목적과 상황에 맞게 선정된 미세조류는 배양, 수확, 그리고 바이오

연료 및 유용물질 생산과 같은 공정에 의해 산업적으로 응용 및 활용될 수 있다.

2) 에너지 분야에의 활용

클로렐라(Chlorella), 스피룰리나(Spirullina) 등의 건강식품 기능을 넘어 최근

미세조류 연구에 초점을 모으고 있는 가장 주요한 목적은 에너지 생산이다.

서론에서 언급했듯이, 미세조류는 식물자원 중 바이오에너지를 단위면적 당 가장

많이 그리고 빠르게 생산할 수 있다. 미세조류 배양을 통해 생산할 수 있는

에너지는 바이오디젤, 수소, 메탄, 에탄올, 합성가스(syngas) 등이 있는데,

연구자들이 가장 관심을 가지고 연구에 주력하는 에너지는 바이오디젤이다.

미세조류는 다른 식물과 다르게 지질함량이 최대 80%까지 높고, 그 지질은

트랜스에스테르화 반응(transesterification)을 통해서 바이오디젤로 쉽게 전환

시킬 수 있다. 바이오수소의 경우 미세조류의 생물학적 기작을 이용하여 수소가

직접 생산되도록 하는 것으로 생산성을 높이기 위한 연구가 진행되고 있지만

수소저장 및 안전성에 대한 검증이 미흡한 것으로 평가되고 있다. 메탄이나

에탄올은 미세조류의 발효를 통하여 쉽게 생산될 수 있으나 현재의 바이오

에탄올은 사탕수수와 옥수수로부터 생산되기 때문에 논외의 대상이다. 합성

가스는 일산화탄소와 수소의 혼합물로서 디젤, 메탄올 등을 생산할 수 있는

기체인데, 미세조류의 열분해(pyrolysis)를 통해서 생산할 수 있다. 하지만

미국이나 유럽 등지에서 가장 많은 노력을 기울이는 연구 분야는 미세조류

유래 바이오디젤이다. 최근 미국 에너지성(DOE)은 오랜 연구 끝에 목질

계로부터 바이오에탄올 생산을 위한 연구비를 줄이고 미세조류로부터 바이오

디젤을 생산하기 위한 연구개발에 집중하기로 했다. 따라서 본고에서도 미세

조류유래 바이오디젤을 중심으로 설명하도록 하겠다.

미세조류로부터 생산되는 바이오디젤은 여러 장점이 있는데, 무엇보다도

원료의 친환경성 및 에너지전환 용이성이다. 서론에 언급하였듯이, 바이오연료를

연구하는 목적은 온실가스의 저감 및 화석연료 대체인데, 미세조류는 광합성을

통해 이산화탄소를 산소로 전환시키면서 바이오디젤의 원료가 되는 지질을

체내에 축적하므로 이 목적에 부합한다. 또한 성장속도가 빠르고 지질함량은

높아 대량의 바이오디젤을 생산할 수 있는 가능성이 높다. 우리나라와 같이

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에너지를 전량 수입에 의존하는 국가의 경우 미세조류를 직접 생산하여 바이오

디젤로 전환시키면 에너지 대외 의존도를 줄여 에너지 안보를 확보할 수 있는

장점도 존재한다. 바이오디젤은 석유에서 정제한 디젤에 비해서 황산화물 배출이

적고, 저온에서 응고되는 현상이 적기 때문에 물성도 우수하다. 현재 바이오디젤은

콩이나 팜나무 같은 작물을 원료로 생산하고 있는데, 1년에 수확할 수 있는 시기가

한정되어 있고, 넓은 면적을 필요로 하므로 석유 디젤을 대체하기 어렵고 현재의

세제 혜택이 없으면 생산이 곤란해지는 상황이지만, 미세조류유래 바이오디젤은

이것을 극복할 수 있는 유일한 대안으로 평가받고 있다. 현재의 연구 상황은

바이오디젤의 생산 단가를 석유 디젤에 맞추기 위한 연구에 집중되고 있다. 생산

단가는 upstream 공정에 속하는 우수 미세조류 분리 및 유전공학적 개량에

가장 크게 의존하고 있으나, 미세조류를 대량으로 배양한 후 수확하고 지질을

추출하는 downstream 공정의 경제성을 높이는 연구개발도 중요한 부분에

속하기 때문에 세계 각국이 경쟁적으로 연구개발에 뛰어들고 있다.

현재 미세조류 배양, 수확, 추출 및 전환을 아우르는 생산단가는 갤런 당 10 달러

정도로 평가받고 있는데, 미국 에너지정보청(EIA)에 따르면 석유 디젤 가격은

세금과 수송비용을 제외하면 3 달러에 못 미치는 정도라고 볼 수 있다. 따라서

현재 가격을 기준으로 하고 세제 혜택이 없다고 가정했을 때 생산단가를 3배

이상 줄여야지만 경제성이 확보된다고 볼 수 있다. 현재 기술 수준에서 비용이

가장 많이 드는 부분은 배양이다. 미세조류가 필요로 하는 영양분(배지)의 가격이

상당하고, 배양 시설 구축비용(CAPEX), 대규모 배양의 경우 미세조류의 성장

속도가 기대치에 미치지 못하는 문제점 등 실제적인 적용에 있어 극복해야 할

사항들이 있으며 현재 주요한 연구 주제 중 하나이다. 이에 대한 대안으로 다양한

산업폐수 또는 축산폐수, 생활하수 등을 배지로 이용할 수 있는데, 이 경우

박테리아 같은 다른 미생물이 번식하여 미세조류의 성장을 저해하는 문제가 있다.

따라서 유전자 개량을 통하여 다른 미생물의 오염에 강하고, 성장속도 및 지질

축적을 강화한 미세조류 균주의 개발도 중요한 연구과제이다. 두 번째로 비용이

많이 드는 부분은 수확 및 추출인데, 저비용으로 대부분의 수분을 제거할 수

있는 기술은 확보가 되어 있으나, 완전히 건조시키지 않으면 현재 효율적으로

지질을 회수할 수 있는 기술을 확보하지 못한 상태이다. 물은 증발열이 크기 때문에

건조 과정에 에너지가 많이 소비된다. 따라서 건조 과정을 생략하고 효율적으로

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지질을 회수하고자 하는 연구가 이루어지고 있다. 추출 후 전환 및 정제도 중요한

이슈인데, 전환 공정에 사용되는 촉매를 재사용이 가능한 고체형태로

(heterogeneous) 만드는 것이 중요하고, 유기산 메틸 에스터(Fatty Acid

Methyl Ester, FAME) 형태의 바이오디젤을 알칸(alkane)으로 전환시켜 물성을

향상시키는 연구도 이루어지고 있는데, 성공한다면 경제성 향상에 매우 큰

도움을 줄 것이다.

미세조류를 이용한 바이오수소 생산은 클라미도모나스(Chlamydomonas)같은

종을 이용해 산소가 없는 조건에서 효소반응을 유발해 수소가 생산되도록 하는

기술이다. 수소의 생산량을 증대하기 위한 다양한 유전자 개량 연구가 진행되고

있지만, 산업적인 관심은 바이오디젤에 비하면 적다. 바이오디젤 생산 과정 중

배양 단계에서 수소 생산을 병행하는 방안이 있지만, 수소 포집 비용 등의 문제가

있다. 지질을 추출하고 난 미세조류 찌꺼기(microalgal residue)는 발효 등의

공정을 통해 메탄 또는 에탄올을 생산하는데 이용할 수 있다. 이러한 공정은 바이오

디젤 생산 과정에서의 부산물을 활용하는 것이므로 전환공정 부산물인 글리세린

활용이나 배지 재활용 등과 더불어 경제성 향상에 큰 도움이 될 것이다. 합성가스

생산의 경우 미세조류를 단순한 탄소 기반 바이오매스로 보고 열분해하는 것인데,

미국의 몇몇 벤처기업이 시도하고 있는 공정이다. 기존의 열분해 장치를 그대로

활용할 수 있는 장점이 있지만, 미세조류 배양 비용을 고려하면 경제성 분석이

필수적이다.

앞서 말했듯이, 미세조류 바이오매스의 주목적은 에너지 생산, 특히 바이오디젤

생산에 있다. 미세조류의 장점인 빠른 성장속도 및 높은 지질 함량은 바이오디젤의

원료로 사용하기 충분하며, 현재 경제성을 확보하기 위하여 학계뿐만 아니라

Solazyme, Sapphire Energy, OriginOil 등의 벤처 기업들이 연구를 진행하고

있으며, 특히 최근 미국 정부가 목질계(cellulosic) 바이오매스에서 조류(algae)

바이오매스의 에너지화 연구에 주력하려는 움직임을 보임에 따라 국내의 산·학계

에서도 더욱 많은 관심을 가져야 할 것이다.

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3) 환경 분야에의 활용

최근 다양한 환경오염 문제를 해결하기 위해 세계적으로 다각적인 연구가 진행

되는 가운데, 미세조류를 이용한 폐수처리, 중금속 흡착, 이산화탄소의 생물학적

고정화 등 미세조류의 환경정화 능력이 주목받고 있다.

폐수처리의 정화 공정에 이용되는 미세조류는 여러 가지 복합적인 역할을 하는데,

폐수 내 탄소, 질소, 인 등의 성분을 영양분으로 흡수·축적하여 미세조류 바이오

매스로 전환하고, 빛이 제한된 조건에서는 미세조류가 독립영양생물에서 혼합영양

생물로 바뀌어 폐수 내 무기화합물뿐만 아니라 유기화합물도 제거한다. 또한,

미세조류의 광합성으로 인해 폐수의 pH가 높아지면 인이 침전되고 암모니아가

기화되는 등의 오염원이 제거되는 현상이 나타난다. 더불어 미세조류는 유기물을

분해하는 박테리아를 위한 산소를 제공하면서, 살균효과도 지니고 있어 병원균을

제거하기도 한다.

폐수처리에 미세조류를 이용하면 기존의 활성슬러지법보다 적은 비용으로 생물

학적 산소요구량, 병원균, 인, 질소를 제거할 수 있다. 전통적인 폐수처리 공정에는

폐수처리장 전체 에너지비용의 45~75%를 차지하는 기계식 포기 장치를 이용해

폐수 내 유기화합물을 제거하는 호기성 박테리아에게 산소를 제공한다. 한편, 미세

조류는 오염원을 제거하면서 광합성을 통해 호기성 박테리아에게 필요한 산소를

제공한다. 활성슬러지법으로 1 kg의 생물학적 산소요구량을 제거하는 데 1 kWh의

전력이 포기장치에 소요되는 반면, 미세조류의 광합성을 통한 산소공급으로 1 kg의

생물학적 산소요구량을 제거하는 데는 에너지가 거의 들지 않으며 1 kWh의 전력에

해당하는 메탄을 생산하는 미세조류 바이오매스를 생산할 수 있다.

미세조류를 이용하여 폐수처리를 하기 위해서는 충분한 빛과 적절한 온도, 빛을

효율적으로 사용할 수 있는 공간이 필요하며, 폐수가 미세조류에게 무해하고 충분한

영양분을 제공할 수 있어야 한다. 그 밖에도 염분, pH, 박테리아와의 공생, 잔류

시간, 교반, 깊이, 배양 시스템에 따라 미세조류의 폐수처리 효율이 달라진다.

일조량과 공간이 충분하다면, 미세조류를 이용한 폐수처리 시스템은 활성슬러

지법을 기반으로 한 기존 폐수처리 시스템의 유망한 대안이 될 수 있다.

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그 밖에도 최근 미세조류의 구리, 납, 니켈, 카드뮴, 아연 등 중금속에 대한 높은

흡착 능력이 밝혀지면서 미세조류를 폐수 내 중금속 처리에 활용하는 연구 또한

진행되고 있다. 폐수 내 중금속을 제거하는데 미세조류를 이용하면, 새로운 물질을

합성할 필요가 없고, 막(membrane) 공정보다 더 높은 중금속 농도의 폐수에

적용할 수 있으며, 중금속 제거 효율이 높을 뿐만 아니라 흡착용량도 상당히

크다. 또한 여러 흡/탈착 순환에 재사용할 수 있고, 중금속이온에 대한 선택성도

매력적인 장점이다. 연속식, 불연속식 공정에 사용할 수 있으며, 미세조류 찌꺼기를

사용할 경우 산소나 영양분 공급이 필요 없다. 호기성과 혐기성 폐수에도 모두

사용할 수 있지만 미세조류 찌꺼기를 사용하기 위해서는 건조비용이 들고, 미세

조류를 고정화해야 하며, 회분식 공정에서는 제한적이라는 단점이 있다. 그러나

지질을 추출한 후의 미세조류 찌꺼기를 사용하기 때문에 경제성이 매우 높게

평가되고 있다.

녹조류, 홍조류, 갈조류, 이 세 가지 주요 미세조류는 세포벽에 각각 셀룰로즈

(cellulose), 카라기난(carrageenan), 알긴산염(alginate)을 가지고 있는데, 이

구성성분들 내에 수산기(hydroxyl), 카르복시기(carboxyl), 아미노기(amino),

설프하이드릴기(sulfhydryl) 등 어떠한 작용기가 있냐에 따라서 각각의 미세조류가

특정 중금속에 대한 선택성을 가진다. 또한, 미세조류에 산, 염기, 염, 유기화합물,

효소 등을 이용해 전처리를 하면, 미세조류의 흡착능력을 개선할 수 있다.

미세조류는 기존에 중금속으로 오염된 폐수를 처리하기 위한 흡착제를 대체할

수 있을 것으로 기대되지만, 미세조류 종의 선택성, 미세조류를 고정화할 수 있는

새로운 디자인, 폐수 내 다른 물질에 의한 방해, 공정의 모델링과 시뮬레이션 등

추가적인 연구가 필요하다.

폐수와 중금속 처리뿐만 아니라 미세조류의 높은 광합성 효율을 이산화탄소

고정화 기술에도 활용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 이산화탄소 고정화는

크게 화학 반응 기반의 고정화와 생물학적 고정화로 나뉜다. 화학적 고정화는

고온·고압에서 이루어져 에너지 소모와 비용이 큰 공정들이 사용되며, 고정화된

이산화탄소와 사용된 흡착제를 처리해야 하는 문제를 안고 있다. 반면에, 생물학적

고정화는 자연계 물질순환의 원리를 이용하는 환경·친화적이고 재생 가능한

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방법으로 화학적 고정화 방법에 비해 반응속도가 늦어 생산성과 효율이 떨어지는

단점이 있으나, 공정이 상온·상압에서 이루어진다는 장점을 가지고 있다. 또한

미세조류를 이용하면, 연소가스로부터 이산화탄소를 분리·정제하지 않고 바로

이용할 수 있으며, 천연가스나 합성가스 발전소의 배출가스인 질소산화물(NOx)

또는 황산화물(SOx) 같은 오염물질 조차도 미세조류의 영양분으로 사용될 수

있다. 물론 질소산화물 또는 황산화물은 pH를 낮추어 미세조류 배양에 다소 영향을

줄 수도 있다. 정화과정에서 광합성을 통해 생산되는 바이오매스는 바이오연료,

바이오폴리머, 비료 등의 상품으로 전환될 수 있어 이는 이산화탄소 고정화 공정에

드는 비용을 상쇄할 수 있다.

이러한 미세조류의 환경정화능력은 최근 주목받기 시작한 바이오디젤의 생산과

결합하여, 미세조류의 배양에 필요한 영양분을 폐수 내의 영양분에서 얻으면서

동시에 폐수처리를 하고, 필요한 이산화탄소를 발전소 및 공장의 배기가스에서

얻으면서 동시에 이산화탄소를 고정화하여 배양된 미세조류로 바이오디젤을 생산

후, 남은 미세조류 찌꺼기를 이용해 중금속 흡착에 활용하는 일석사조의 효과를

얻을 수 있다. 이러한 시너지효과는 미세조류유래 바이오디젤의 지속가능성과 가격

경쟁력을 향상시키는 요인으로 작용하고 있으며, 이로 인해 폐수와 배기가스를

이용한 바이오디젤 생산용 미세조류 배양과 환경정화를 결합한 공정 연구가 활발

하게 진행되고 있다.

4) 고부가 가치 물질 분야에의 활용

현실적으로 미세조류를 통한 바이오연료 생산으로 석유기반 에너지 전체를

대체하기에는 현재의 기술 수준으로는 더 많은 시간이 필요한 실정이다. 이 분야의

전문가들도 미세조류 바이오디젤이 리터당 1달러 수준으로 생산될 수 있으려면

5년에서 10년이 더 걸릴 것으로 전망하고 있다. 그러나 이것도 일부 경제적 측

면에서만 이정도 가격을 맞출 수가 있을 것이며, 전 세계적으로 사용되고 있는

석유디젤 전체를 미세조류유래 바이오디젤로 대체하려면 더 오랜 기간이 필요할

것이다. 따라서 미세조류 분야의 많은 벤처기업들이 바이오디젤 생산을 유일한

비즈니스 모델로 하기보다는 다양한 고부가 가치 상품들을 통해 회사의 수익을

맞추고자 하는 노력을 하고 있다. 미세조류로부터 생산할 수 있는 대표적인 고부가

가치 상품은 다음과 같다.

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(1) 지방산(Fatty acids)

태초에 미생물은 움직이는 범위에 한계가 있으므로 주변에서 얻을 수 있는

영양분만을 섭취하게 되었고, 생명유지를 위해 필요한 성분들은 반드시 체내 합성을

통해 만들어져야 했다. 하지만 생물이 진화를 거듭하면서 다양한 음식물을 섭취

하고 소화시키게 되면서 이런 체내 합성 기능은 약화되었고, 몇몇 성분들은 꼭

섭취를 하게 되었는데 탄소수가 18개가 넘는 지방산인 DHA (Docosahexaenoic

acid), EPA (Eicosapentaenoic acid), GLA (Gamma-linolenic acid) 등이 이에

해당된다. DHA와 EPA는 오메가 3로 더 많이 알려져 있는데, DHA는 유제품

광고를 통해 많이 알려져 주로 이유식광고에서 많이 볼 수 있다. 태아의 발달부터

아기의 지능발달까지 도와주는 영양분으로서 주목을 받았고, 눈의 망막에 주요한

구성성분 성분이며, 심장관련 문제에도 좋은 영향을 미친다는 연구가 있어서 건강

보조식품으로서도 가장 가치가 높다. EPA는 소염 효과 및 정신분열증, 우울증을

완화하는 효과를 가지고 있다는 보고가 있다. EPA와 DHA의 경우 서로 효능을

보강해주는 역할을 하여 같이 상품화 되어 생산되기도 한다. GLA도 소염 작용 및

항암효과가 있다고 보고되었고, 자가면역문제, 관절염, 습진 등에도 효능을 보여

연구가 진행 중이다.

이전까지 이런 지방산들은 주로 생선이나 생선기름을 통해서 섭취되어 왔는데,

먹이사슬관계의 의해 축적되는 중금속 문제가 부각되면서 다른 생산원을 찾게

되었고, 미세조류를 통한 생산이 현재 몇몇 기업에서 이루어지고 있다.

(2) 천연색소

카로테노이드는 당근에 많이 들어있는 성분으로, 주로 음식에 천연 첨가물로

쓰이거나 미용에 사용된다. 카로테노이드는 비타민 A로 전환될 수 있는 프로

비타민 A로써 높은 영양가와 치료효과를 가지고 있는데, 항산화능력과 항암효과를

가지고 있으며, 소염효능도 있어서 다양한 방면으로 이용될 수 있다. 현재 항암

효과의 정확함 검증을 위해 임상실험이 이루어지는 중이다.

현재 많은 비타민 영양제에 사용되고 있는 카로테노이드는 자연 상태에서 얻어진

것보다 가격 경쟁력이 높은 합성 카로테노이드가 많으나, 자연 발생된 시스

(cis) 형태의 이성질체가 인공적으로 합성 된 트랜스 (trans) 형태의 이성질체보다

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더 우수한 효능을 가지고 있다고 보고되고 있다. 이런 이유로 더 좋은 효능을

가진 미세조류 천연색소 생산은 지속적으로 연구되고 있고 여러 기업이 시장을

점유하고 있다.

(3) 생화학적 동위원소

미세조류는 또한 동위원소로 만들어진 화합물을 생성할 수 있는데, 광합성을

통해 값싼 무기분자(13CO2, 15NO3, 2H2O 등)의 안정된 형태의 동위원소를

값비싼 유기물(아미노산, 탄수화물, 지방, 핵산 등)로 전환 할 수 있다. 이는

다루기 어려운 동위원소를 쉽게 얻을 수 있는 방법으로, 산업적 응용에 기대가 크다.

제품 시장규모 (U.S.$×106) 개발정도

바이오매스

건강식품 1250-2500 성장

기능성식품 800 성장

사료 300 성장

수산양식 700 성장

토양 조정제 유망함

색소

Astaxanthin <150 시작단계

Phycocyanin >10 정체단계

Phycoerythrin >2 정체단계

항산 화물질

β-Carotene >280 유망함

Tocopherol 정체단계

Antioxidant extract 100-159

ARA 20 성장

DHA 1,500 성장

PUFA 추출물 10

기 타Toxins 1-3

Isotopes >5

*PUFA: polyunsaturated fatty acids표 1. 미세조류를 통해 생산한 고부가가치상품시장평가

(자료 : APPl Microbiol Biotechnol (2004) 65: 635-648)

앞서 이야기 한 것처럼 미세조류 기반 바이오디젤의 경제성을 더욱 증진

시키기 위해서는 다양한 고부가가치 상품의 활용이 필요하다. 위의 표에서 볼

수 있는 것처럼 DHA를 필두로 다양한 건강보조식품들이 미세조류를 통해

생산 되고 있고, 이를 위해 Cyanotech, Cognis Nutrition and Health,

DSM, Bioreal, Martek, Spectra Stable Isotopes 등 전 세계 수많은 기업

들이 연구 및 생산을 지속해 나가고 있다.

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3. 결론

세계 각국은 환경과 에너지를 국가 발전의 핵심 수단으로 인식하고 기술적,

정책적 대응 전략을 준비하고 있는 상황이다. 우리 정부 또한 ʻ저탄소 녹색

성장ʼ이라는 새로운 패러다임을 내세워 범지구적 기후변화 대응에 동참하며

녹색성장을 통한 저탄소 사회 구현을 위한 다각적 노력을 기울이고 있다.

이런 노력에 발맞추어 미세조류의 연구 및 그의 산업적 응용은 바이오연료

및 고부가 가치물질 생산은 물론 환경산업에의 응용도 다양하며 석유자원과

달리 지속생산가능하기 때문에 멀지않은 미래에 바이오매스 자원의 시대가 올

것은 자명하다고 할 수 있다.

다가올 바이오매스 시대에 선두 주자가 되기 위해 교육과학기술부가 2010년에

발족시킨 차세대 바이오매스 연구단(ABC: Advanced Biomass R&D Center)은

바이오매스 생산 및 전환에 대한 기초·원천기술을 확보함으로써 바이오매스를

통한 미래 에너지 및 화학원료의 소재를 안정적으로 공급할 수 있는 기반을

마련하고, 나아가 탄소배출 석유화학 경제체제의 패러다임에서 탄소 순환형

바이오매스 경제체제로의 전환을 꾀함으로서 저탄소 녹색성장 사회를 이룩

하는데 크게 기여할 것이다. 앞으로 지속적인 연구와 개발을 통해서 경제성이

향상된다면 미세조류로부터 바이오에너지 생산 및 바이오리파이너리에의 응용

전망은 매우 밝아 보인다.

그림 3. 바이오매스 기반 탄소순환형 경제체제

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Bioin 스페셜웹진 2012년 제27호

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