[바이오 리포트] 바이오연료 뽑아내고 식품·의약품 원료로… 미세조류, 팔방미인이네

미세조류는 단세포 형태의 크기가 매우 작은 생물집단이다. 일반적으로 식물성 플랑크톤이라 불린다. 미세조류는 미역, 다시마와 같은 크기가 비교적 큰 다세포 생물집단을 의미하는 대형조류와 함께 수생 환경에서 광합성을 하는 생물이다. 미세조류는 현재 10만 종 이상으로 알려져 있다. 미세조류는 2000년대 이후 에너지, 산업소재 생산, 온실가스 저감 분야 등에서 잠재적 가능성을 인정받아 활발한 연구가 진행 중이다. 버락 오바마 전 미국 대통령이 미세조류를 화석연료의 대체에너지로 언급하면서 엑손모빌, BP, 바스프, 릴라이언스 등 글로벌 기업들이 미세조류를 활용한 에너지 분야에 집중적인 투자를 하고 있다.

◆에너지·화학·환경에 활용

미세조류는 자기 몸무게의 2배 정도의 이산화탄소를 흡수해 광합성에 이용한다. 그리고 배양을 통해 여러 가지 탄소 기반의 유용물질을 생산할 수 있는 광합성을 하는 단세포 생물이다.

삼성경제연구소는 미세조류 활용이 확대될 3대 분야로 에너지, 화학, 환경 분야를 꼽았다. 에너지 분야에서 미세조류는 모든 바이오디젤 생산 작물 중 오일 생산성이 가장 우수하다. 식량 자원의 에너지화라는 비판에서도 자유로울 수 있다. 화학 분야에서는 미세조류를 활용한 다양한 유용 물질을 생산 중이다. 현재는 클로렐라, 스피룰리나와 같이 식품 분야에서 생산이 가장 활발히 이뤄진다. 앞으로 바이오플라스틱, 의약품, 화장품 원료 등의 분야로 생산이 확대될 전망이다. 또 중금속 등으로 오염된 토양 및 수질을 정화할 수 있는 능력도 가지고 있어 이산화탄소 저감 및 공장폐수 정화 사업 등에서 관련 기술개발 시도가 확대되고 있다.

◆높은 생산원가가 난제

미세조류의 여러 가지 장점에도 배양을 통한 바이오연료 생산 과정에서의 높은 생산원가가 사업화의 가장 큰 걸림돌로 꼽힌다. 2005년부터 2012년까지 미국의 많은 기업이 투자를 받아 미세조류 유래 바이오디젤 생산을 시도했다. 하지만 대다수 기업이 당초 목표치를 달성하지 못했다. 현재의 광생물반응기 효율은 약 5~10%로 알려져 있는데, 광합성 효율을 높일 수 있는 방안이 필요하다. 또 원가절감을 위해 활용도를 최대한 높여야 하고, 부산물 등을 새로운 소재로 활용할 수 있는 기술이 개발돼야 한다.

미세조류 기반 바이오디젤의 최소 판매 가격은 갤런당 10~20달러로 화석연료 기반 디젤에 비해 가격경쟁력이 떨어진다. 현재로서는 고부가가치의 소재를 생산하고, 추출 이후 남은 부산물을 차세대 에너지원으로 다시 활용하는 전략이 많은 관심을 받고 있다.

클로렐라와 스피룰리나와 같이 안전성이 입증된 미세조류는 식품 산업에서 대규모로 배양이 이뤄지고 있다. 최근에는 미역과 다시마 등 거대조류에서 생산되던 항비만 소재를 미세조류에서 생산하는 시도가 이뤄지고 있다.

◆미세조류 기술 선점 필요

세계적으로 온실가스의 해결책 중 하나로써 미세조류를 채택하고 있다. 2030년까지 온실가스 배출을 37% 감축해야 하는 우리나라도 미세조류 대량 배양 시스템 구축을 통해 온실가스 감축 및 환경정화 등을 실현해야 한다. 하지만 아직까지 바이오연료 생산뿐만 아니라 균주 개량을 통한 유용물질, 백신, 의약단백질 등의 고부가 소재 생산을 위한 효과적인 기술이 확보되지 않은 상황이다.

미세조류 균주 개량 분야를 선점하기 위해서는 몇가지 요소 기술들이 필요하다. 식품 첨가물을 위한 균주로 허가받은 미세조류를 대상으로 안정성 높은 형질전환 방법을 개발해 산업적 파급 효과를 극대화해야 한다. 또 어류 및 동물 사료로 활용하기 위한 경구용 백신, 나아가서는 인간을 대상으로 하는 의약 단백질 생산을 위한 단백질 발현 시스템 개발 등 대량생산 시스템 구축이 이뤄져야 한다.

기술적 문제 외에도 유전자변형생물체(LMO) 이슈도 사회적 문제로 대두될 수 있다. 아직까지 국내에서는 미세조류 형질전환 균주 배양이 실험실이 아닌 산업화를 목적으로 진행된 적이 없다. 관련 산업 규모도 매우 작아서 형질전환 미세조류 생산에 대한 관련 법규 또한 명확하지 않다.

미세조류는 앞으로 기후에너지 및 건강식품, 의약품 분야에서 중요하게 활용될 핵심 소재다. 미세조류의 국제적인 기술 및 지식재산권 선점을 위한 원천 기술 확보, 상용화를 위한 미세조류 관련 법규 정비 등도 전문가들의 활발한 사회적 논의를 통해 미리 준비해야 한다.

김상민 < 한국과학기술연구원·강릉분원 천연물연구소 선임연구원 >