바이오에너지의 재도약: 미세조류와 폐자원 기반 연료의 가능성

① 지속 가능한 에너지 전환의 축, 바이오에너지의 재부상

지속가능한 에너지 전환이 전 세계적으로 가속화되면서, 바이오에너지(Bio energy) 는 다시 한번 주목받고 있다.
초기에는 옥수수·사탕수수 기반의 1세대 바이오연료가 식량자원과의 경쟁 문제로 비판받았으나,
최근에는 미세조류·목질계 바이오매스·도시 폐기물 등 비식용 원료 중심의 2·3세대 바이오연료가 등장하며
에너지 전환의 핵심 축으로 복귀하고 있다.

특히 탄소중립(Carbon Neutrality) 시대를 맞이하여,
바이오에너지는 단순한 재생 가능 연료가 아닌 탄소흡수 형 음(負) 탄소 기술로 주목받는다.
국제에너지기구(IEA)는 2050년까지 전체 에너지의 약 15%를 바이오에너지가 담당할 것으로 예측하며,
그중 60% 이상이 지속가능한 바이오매스 자원 기반일 것으로 내다본다.
이러한 변화는 바이오에너지가 단순히 화석연료를 대체하는 것이 아니라,
순환경제(Circular Economy)와 환경복원(Ecosystem Recovery) 의 매개로 진화하고 있음을 의미한다.

② 미세조류바이오연료: 고효율·고흡수형 차세대 에너지 솔루션

미세조류(Microalgae) 는 광합성을 통해 CO₂를 직접 흡수하면서
자체적으로 지질(Lipid) 을 축적하여 이를 바이오디젤로 전환할 수 있다.
단위 면적당 생산성이 옥수수·대두보다 20~50배 이상 높으며,
담수 대신 해수나 폐수를 이용할 수 있어 식량 경쟁과 수자원 문제를 동시에 회피할 수 있다.

현재 상용화를 주도하는 기업으로는
미국의 Sapphire Energy, 일본의 Euglena, 한국의 GS칼텍스 미세조류 연료 프로젝트가 있다.
이들은 조류 유래 지질 생산기술(Algal Lipid Production Technology) 을 이용해
광 생물반응기(Photo bioreactor)를 최적화하고, 인공지능을 활용해 성장 조건을 실시간 조절한다.
또한 폐수 속 질소·인의 농도를 조절하여
CO₂ 흡수 + 수질 정화 + 에너지 생산의 삼중 효과를 얻는
복합형 바이오리파이너리 모델을 구축하고 있다.

특히 최근에는 페로브스카이트 광촉매를 활용해
조류 내 지질 축적률을 높이는 기술이 실험 단계에서 가시적 성과를 보이고 있다.
이는 전통적인 조류 배양보다 약 40% 이상 에너지 효율이 높아,
2028년 이후 상용화 가능성이 현실화할 전망이다.

③ 폐자원 기반 바이오디젤: 도시형 순환 경제의 현실적 대안

폐식용유·음식물 찌꺼기·목질 폐기물을 활용한 폐자원기반바이오디젤(Waste-based Bio diesel) 은
도시 내에서 발생하는 자원을 다시 에너지로 환원시키는 순환형 시스템의 핵심이다.
폐식용유를 지방산 메틸에스터(FAME)로 전환하는 기술은 이미 상용화되어 있으며,
1리터의 폐식용유로 약 0.9리터의 바이오디젤을 생산할 수 있다.
이는 기존 경유 대비 CO₂ 배출을 최대 85% 감축하는 효과를 가진다.

유럽연합(EU)은 ‘Renewable Energy Directive II(RED II)’를 통해
2030년까지 전체 교통 연료의 14% 이상을 재생연료로 대체하고,
그중 상당 비율을 폐자원 기반 고급바이오연료(Advanced Biofuel) 로 지정했다.
이탈리아의 Eni와 네덜란드의 NESTE는 이미 폐자원 정제 공정을 갖춘
‘바이오리파이너리 정유소’를 운영 중이다.
한국에서도 2027년부터 의무 혼합 비율제도(RFS) 을 단계적으로 확대하며
바이오디젤 혼합 비율을 현행 3.5%에서 8% 이상으로 높이는 정책이 추진되고 있다.

이러한 흐름은 단순히 탄소 절감 차원을 넘어,
도시 폐자원의 에너지 전환 → 지역 일자리 창출 → 지역 탄소 감축으로 이어지는
지속가능한 로컬 순환 경제(Local Circular Economy) 모델로 발전하고 있다.

④ 바이오리파이너리 플랫폼: 통합형 지속 가능 산업 생태계

바이오리파이너리(Bio refinery Platform) 는
하나의 바이오매스에서 연료·소재·화학제품을 통합 생산하는 기술 체계다.
즉, 바이오디젤만 생산하는 것이 아니라,
같은 원료에서 바이오플라스틱, 바이오화학 물질, 사료 단백질 등을 동시에 추출한다.
이는 화석자원을 다층적으로 활용하는 석유정제소의 바이오 버전이라 할 수 있다.

현재 노르웨이·핀란드 등 북유럽 국가는
‘국가형 바이오리파이너리 클러스터’를 통해
산업단지 내 에너지·폐열·바이오소재 생산을 결합한 탄소중립 산업단지 모델을 추진 중이다.
한국도 2024년부터 전북 군산 바이오리파이너리 시범단지를 조성해
미세조류, 목질 바이오매스, 폐자원 등을 연계하는
국산형 통합 바이오에너지 허브 구축을 목표로 하고 있다.

특히 바이오리파이너리의 디지털화가 빠르게 진전되고 있다.
AI·IoT 기반 모니터링 시스템을 적용하여
온도, pH, 영양분 상태를 실시간 분석하고,
데이터 기반 생산 최적화(Data-driven Bioprocess) 로 에너지 효율을 극대화하고 있다.

⑤ BECCS 기반 탄소중립형바이오에너지: 음(負)탄소 미래의 핵심

BECCS(Bioenergy with Carbon Capture and Storage) 기술은
바이오매스 연소 과정에서 발생한 CO₂를 다시 포집·저장하여
실질적인 탄소 제거(Negative Emission) 를 달성하는 혁신적 시스템이다.
현재 영국의 Drax Power Plant는 세계 최초로 상용 BECCS 발전소를 운영하며
연간 약 800만 톤의 CO₂를 포집한다.
미국·일본 또한 미세조류와 CCU(Carbon Capture Utilization) 기술을 결합한
차세대 BECCS-Bio 프로젝트를 추진 중이다.

한국의 경우, 제주도와 전북 새만금 지역에서
“미세조류 + 해양바이오매스 + CO₂ 포집” 통합 실증 사업이 진행 중이며,
향후 수소 생산 공정과 연계해
음(負)탄소형 바이오에너지 복합단지로 발전할 계획이다.

이처럼 바이오에너지는 탄소 감축 + 에너지 생산 + 폐기물 자원화를 동시에 실현할 수 있는
유일한 다차 원형 에너지 설루션이다.
향후 2035년 이후에는 태양광·풍력과 함께 재생에너지의 3대 축으로 자리 잡을 것이며,
2050년 탄소중립 실현의 핵심 실질 기술(Practical Decarbonization Tech)로 평가받을 전망이다.