제철소 일산화탄소, 녹색에너지 수소(H2)로 변신 선언!

해양 고세균을 이용한 바이오수소 생산기술개발 성공, 수소시장 수요량 5%(1천억원대) 창출 가능

 
□ 국내 제철소 등에서 배출되고 있는 부생가스의 주성분인 일산화탄소(CO)를 해양극한미생물을 생촉매로 이용하여 수소로 전환시키는 기술이 국내 연구진에 의해 개발되어 경제성이 높은 미래 녹색에너지 자원을 확보하는데 크게 기여할 것으로 기대된다.

ㅇ 국토해양부(장관 권도엽)는 ‘해양바이오에너지 기술개발사업’의 일환으로 추진 중인 ‘해양 초고온 고세균 이용 바이오수소 생산기술 개발’ 연구성과 발표회 및 실증생산 플랜트동 준공식을 6월 19일, 한국해양연구원(안산, 원장 강정극)에서 개최하면서, 태평양 심해저 열수구(熱水口)에서 분리한 해양 고세균(NA1)을 이용하여 세계 최고수준의 생산성을 가진 바이오수소 실증생산 기술개발에 성공했다고 밝혔다.

ㅇ 해양 고세균(NA1)의 일산화탄소를 이용한 수소생산성은 기존에 보고된 유기물을 원료로 혐기성 박테리아를 이용한 수소생산율과 비교하면 최고 15배에 달해 현재까지 밝혀진 수소생산 미생물 가운데 가장 우수하다.

○ 이번 연구를 주도한 한국해양연구원 강성균 박사 연구팀은 해양바이오수소 실증생산을 위해 국내최초로 5리터, 30리터, 300리터 고온 혐기 바이오수소생산 생물반응기를 구축하였다.

그리고 ?바이오수소 생산 최적화 연구?를 통해 1톤 규모의 반응기를 사용할 경우 개미산 및 일산화탄소를 원료로 하여 1일에 각각 100kg과 10kg의 바이오수소를 생산할 수 있는 기술을 개발하였다.

이러한 연구성과는 지금까지 개미산이나 일산화탄소를 원료로 하여 바이오수소를 생산한 기술로서는 세계 최고 수준이다.

□ 이번 연구성과는 환경오염물질인 일산화탄소의 저감은 물론, 제철소 부생가스의 효율적인 재활용을 통해 신재생에너지인 수소를 생산함으로써 녹색성장에 기여할 수 있다는 측면에서도 크게 기대를 모으고 있다.

○ 제철소 전로가스(LDG 가스)는 60% 정도의 일산화탄소를 함유하고 있는데, 지금까지는 대부분 제철소 자체발전을 위한 열원으로 사용되거나 대기 중으로 배출되고 있다. 이 중 한해 200만톤 이상은 활용이 가능한 것으로 파악되고 있으며, 이를 이용하여 바이오수소를 생산할 경우 환경오염물질 저감과 신재생에너지 생산이라는? 두 가지 기대효과를 모두 충족할 수 있을 것으로 보인다.

□ 연구팀은 이번 성과를 바탕으로 본격적으로 실증생산연구를 추진하기 위하여 연구용 플랜트 구축을 완료하고 수소 대량생산연구 등 2단계 연구에 박차를 가할 계획이라고 밝혔다.

○ 2018년까지 대량생산기술 개발을 완료할 경우, 일산화탄소를 활용한 바이오수소 생산이 가능해져 국내 수소 수요의 약 5%(연간 1만톤 생산, 고순도 수소 경우 1천억원 규모) 정도를 대체할 수 있을 것으로 보인다.

〔수소 1만톤의 산업화 사용 능력〕

① 연료전지 활용 전기 생산시 4만가구의 1년 전력소비량
＊ 가구당 1달 평균 전력소비량 300KWh 기준시

② 수소자동차 5만대 1년 운행 가능량
* 자동차 1대당 1년 평균 2만km 주행 및 수소 1kg당 100km 주행 기준

○ 최근 실시한 바이오수소 경제성 연구(서강대 박정수 교수) 결과에 의하면 2015년도에 2단계 수소생산성 향상 연구가 완료되면 수소생산 단가를 현재 kg당? $7 ~ 20에서 약 $2 ~ 3 내외로 낮출 수 있을 것으로 예측되어 경제성을 확보할 것으로 분석되었다.

* 현재 국내 수소 시장 단가 : ㎏당 저순도 3～5천원, 고순도 1만원

□ 한편, 이번 연구성과는 지난 10 여년에 걸쳐 태평양 심해저에서 원천생물자원(NA1) 확보부터 수소생산 핵심기술개발까지 모두 국내연구진이 이룩한 원천기술로 그 의의가 더욱 크며, 학술적으로도 높이 평가받고 있다.

○ 즉, 이번 연구의 원천생물자원인 써모코커스 온누리누스 NA1 (Thermococcus onnurinues NA1)*의 분리, 배양, 유전체 분석, 수소생산기작 분석, 균주개량, 바이오수소 생산최적화 등 모든 기술이 국내 연구자에 의해 개발되었다.

* 63-90℃의 고온에서 성장이 가능한 심해 극한미생물. 고세균(archaea)의 일종으로 수심 1,650m 깊이 심해열수구 근처에서 채취

○ 극한미생물 NA1은 세계기록인 8개의 수소화효소군*(hydrogenase cluster)을 보유하고 있고, 일산화탄소, 개미산, 전분을 원료로 이용하여 세계 최고 수준의 바이오수소 생산성을 보이는 것으로 밝혀졌다.**

* 2008년 11월 국제권위지인 Journal of Bacteriology에 게재
** 2012년 Biotechnology Letters 게재 및 국제특허출원(러시아 등록) 완료.

○특히, 이정현ㆍ강성균 박사팀은 세계 최고 권위지인 ?네이처(Nature)?(2010.9)에 NA1의 바이오수소 생산 메커니즘 논문을 게재한 바 있으며, 이 연구성과는 2011년 국가과학기술위원회가 선정한 ?우수성과 100선? 중 TOP5에 선정되기도 하였다.

□ 연구팀은 앞으로 올해 6월까지 해양바이오수소 생산기술개발 1단계 원천핵심기술 개발사업을 마무리하고 2015년까지는 파일럿 규모(pilot-scale)인 2톤 규모까지 생물반응 공정실험을 추진하는 등 수소생산성 향상을 위한 실용화기술개발 2단계 연구에 박차를 가할 계획이라고 밝혔다.

○ 아울러, 권도엽 국토해양부장관은 수소가 앞으로 자동차, 연료전지 등에 녹색에너지원으로 수요가 급증할 것으로 예상되는 만큼 바이오수소가 조기에 시장에 공급될 수 있도록 실용화 연구 투자를 최대한 확대하겠다고 밝혔다.

출처 : 국토해양부