Biomass

           1.     BIO ENERGY 연구의 필요성

A.     ENERGY 문제의 심각성
 
<WTI, 서부 텍사스 원유가격, 변동>
 
            20세기 산업경제의 발달과 함께 화석연료의 사용이 급증함에 따라 2008년 세계경제 호황과 투기자본에 따른 에너지 수급불균형의 우려로 원유가격이 사상최대로 상승하여 큰 혼란을 초래하였고, 최근 경제회복기대감으로 2007년 수준을 회복하여 상승세를 유지하고 있는등 20세기를 이끌었던 화석연료만으로는 앞으로의 전 세계의 산업 경제를 지원할 수 없게 되었고, 화석연료의 사용으로 인해 지구 온난화가 가속화된다는 심각한 환경 문제도 대두되었다. 이러한 국제 에너지안보상황에 대응하기 위해 선진국을 중심으로 여러 가지 대체 에너지에 대한 연구가 이루어지고 있다.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
<수소에너지>
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
<지열발전> 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 <태양열발전>
 
 
 
태양열, 태양광, 지열, 풍력, 수소, 해양(조력, 해수온, 파력), 연료전지 그리고 바이오매스까지 원료와 비용을 최소화하고 효율을 높이기 위해 현재 개발되고 있는 대체에너지원들이다. 그러나 대부분은 에너지밀도가 낮아 소규모 에너지생산에만 적합하거나, 지역적 또는 환경적 제약이 있고, 액체 연료인 석유로 대표되는 에너지원에 최적화 되어있는 현재의 시스템 하에서 이러한 대체에너지가 석유를 완벽하게 대체할만한 수준까지 올라서기에는 시스템 변경부담, 에너지 생산비용 및 효율성 등에서 많이 부족한 것이 현실이다.
 
 

 

 최근 발표된 국가에너지기본계획을 살펴보면 신재생에너지의 비중을 높여 석유의존도를 상대적으로 낮추려는 의도를 엿볼 수 있다. 특히 현재 보다 바이오에너지 비중이 상당히 높게 계획되어 있는 것으로 볼 때, 바이오에너지 상용화에 대한 정부의 의지가 명확함을 알 수 있다. 이러한 신·재생에너지 비중확대는 2005년 교토의정서(Kyoto Protocol, 기후변화협약에 따른 온실가스 감축목표에 관한 의정서) 발효로 온실가스에 대한 경각심이 높아지고 최근 원유가격의 불안정 등으로 온실가스 감축과 에너지 수급불안정 해소 측면에서 선진국을 중심으로 전 세계적으로 추진되는 추세이며, 이는 에너지 해외의존도가 95%이상이고 화석에너지 비중이 대부분을 차지하는 우리나라의 경우 환경문제를 차치하고서라도 에너지안보와 국내경제 안정성 확보 측면에서 반드시 추진해야 하는 시급한과제이다.
 
 
 
B.      지속 가능한 재생에너지 / 청정에너지에 대한 요구
  앞서 언급한 대부분의 대체에너지들은 거의 무한히 에너지원을 이용할 수 있고, 환경문제를 야기하지 않는 지속 가능한 재생에너지로서 각각이 지닌 기술적 또는 실용화 측면의 한계를 극복한다면 미래사회를 이끌어갈 에너지원으로 사용될 수 있을 것이다. 그 중, 특히 바이오디젤 또는 바이오에탄올은 약간의 설계변경으로 석유를 이용하는 모든 시스템에 바로 적용 가능하여 상용화가 용이하며, 사용가능한 장소, 환경의 제약이 없다는 장점이 있을 뿐만 아니라, 바이오매스는 곧 CO2 고정량이라고 할 수 있을 만큼 바이오매스가 대기의 CO2 를 생물학적으로 고정하는 과정에서 나오는 결과물이기 때문에 바이오에너지의 원료가 될 바이오매스를 확보하는 과정자체가 지구온난화의 주범인 대기중의 CO2 감축에 도움을 줄 수 있어 청정에너지 이상의 가치를 지닌다고 할 수 있다.
 
 
2.     목질계 바이오매스의 장점
A.     BIO ENERGY 기술의 현재
        바이오에너지는 바이오에탄올로 대표되는데, 일반적인 바이오에탄올은 곡물, 사탕수수 등 당질계 원료를 이용하여 발효과정을 거쳐 생산된다. 대표적으로 브라질에서는 이미 사탕수수를 이용한 당질계 바이오에탄올을 생산하여 휘발유보다 많은 양을 차량에 이용하고 있을 뿐만 아니라 잉여분을 해외에 수출하고 있다. 또한 70년대 석유파동으로 큰 충격을 받은 스웨덴은 지난 30년간 석유의존도를 지속적으로 30%까지 낮춰왔고, 그 중 일부는 바이오에너지 사용의 증대로 이루어졌다. 그러나 바이오에탄올 생산효율을 극대화하기까지는 많은 양의 원료가 필요하며, 원료에서부터 발효공정 전 상태까지 만드는 데는 원료의 상태에 따라 적용되는 방법이 다르다. 현재는 당질계와 전분계의 원료로부터 바이오에탄올을 만드는 기술이 주를 이루고 있지만, 두 원료의 특성상 가지는 문제로 인해 목질계 원료를 이용한 생산기술이 개발중이다.
 
B.      당질계 Biomass의 한계
  현재 이용되는 바이오에탄올의 당질계 원료는 에너지원을 확보함에 있어서 심각한 경제적 문제를 안고 있다. 당질계 또는 전분계 원료는 식량이나 사료로 이용되는 것들이기 때문에, 국제 곡물가의 인상의 원인으로 지적되기도 했다. 이러한 곡물가의 인상은 인도적차원의 식량지원마저도 어렵게하고, 각종 원거 식량수급문제 이상의 경제적 문제를 야기하고 있다.
 
C.      Cellulose 계 biomass의 장점
  Glucose계 원료를 대신하여 이용할 수 있는 것이 바로 cellulose계 원료이다. Cellulose는 glucose간의 결합방식만 다를 뿐 곡물의 전분과 같은 구성요소로 이루어져있고, 식물세포벽의 기본 골격이기 때문에, 식용이나 사료용을 적합하지 않은 모든 식물을 에너지원으로 이용 가능하다. 일년생 초본식물에서부터 부피생장을 하는 다년생 나무에 까지 식물이 자랄 수 있는 곳이면 모두 에너지원생산이 가능하다.
 
 
3.     연구성과 / 계획
A.     식물 줄기 형성층 증대 유전자 발굴
         본 연구실에서는 식물의 줄기생장을 촉진하여 biomass를 증대시키는 유전자를 발굴하였다. CKI1으로 명명된 유전자는 식물발달에 중요한 호르몬인 사이토카이닌의 신호전달체계를 통하여, 식물관다발 형성층 활성을 증대시킴으로써 줄기를 더 굵게 만든다는 연구결과를 최근에 the Plant Cell 지에 보고하였다. 논문에서 사이토카이닌의 기능이 형성층발달에 중요하며 이는 CKI1을 통해 보다 증대될 것으로 분석하였다. CKI1이 사이토카이닌 신호전달체계의 초기부분에 관여한다는 점에서 실제로 CKI1의 조절을 받는 여러 유전자에 대한 연구를 진행중이며, 이는 사이토카이닌의 형성층 활성조절 기능을 규명하는데에 유용할 것으로 생각된다.
 
B.      FOX line을 이용한 형성층 발달조절 유전자 대단위 선별
  또한 애기장대에 있는 대부분의 유전자를 각각 과발현시킨 약 1만여 개체를 분석하여 줄기발달에 변화가 있는 개체를 선별하고, 이러한 변화를 야기하는 유전자를 분석하고 있다.
 
C.      형성층 발달조절의 분자적 메커니즘 규명
        식물 줄기의 발달에 있어 형성층의 분열 및 분화조절은 매우 중요하다. 상당히 많은 호르몬과 유전자가 관여되어 있을 것으로 생각되지만, 아직 형성층을 조절하는 유전자에 대한 연구는 미미한 상태이다. 본 연구실에서 선별한 유전자들의 기능을 분석하여, 형성층의 생성과 분열, 물과 및 체관으로의 분화과정을 밝히는 것은 식물의 관다발 형성과정을 이해하는 중요한 연구임과 동시에, 식물의 줄기발달을 조절함으로써 biomass를 증대시키는 기술개발에 이어질 수 있다.
 
D.     실용화
 애기장대를 이용하여 비교적 빠른시간에 많은 유전자의 기능을 규명하고, 바이오에너지 원료로 비교적 쉽게 이용 가능한 식물에 적용시켜 보다 많은 양의 바이오매스를 확보할 수 있도록 연구를 진행중이다.