바닷속 미생물이 만드는 차세대 친환경 수소에너지 Thermococcus onnurineus NA1

바닷속 미생물이 만드는 차세대 친환경 수소에너지 

써모코커스 온누리누스 NA1(Thermococcus onnurineus NA1)

해수부, 2019년까지 

연간 480톤의 수소를 생산하는 플랜트 구축 

  저 멀리 남태평양 깊은 바다에서 살고 있는 원시 해양 미생물이 우리나라 에너지 공급을 책임질 차세대 수소에너지원으로 새롭게 태어난다.

세계 최고 권위의 과학 학술지인 Nature지 

게재(2010년 9월)

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https://www.nature.com/news/2010/100915/full/news.2010.469.html

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해양수산부(장관 김영춘)는 향후 3년간 약 120억 원을 투입하여 발전소 부생가스*와 해양 미생물을 이용한 친환경 바이오수소** 생산기술 상용화 연구에 착수한다고 밝혔다.

* 철강 등 제품 생산 과정에서 부산물로 발생하는 가스

** 물·바이오매스 · 유기물 · 폐가스 등을 원료로 미생물을 이용하여 생산한 수소

이번 상용화 연구는 플랜트 설계 전문 기업인 ㈜경동엔지니어링이 주관하며 고등기술연구원, ㈜제일엔지니어링, 한국해양과학기술원이 협동기관으로 참여한다. 이들은 연구기간 동안 바이오수소 생산을 위한 데모 플랜트 구축, 대량생산 실증, 경제성 분석 및 비즈니스 모델 개발 등을 추진할 계획이다.

최근 세계 각 국은 화석연료 고갈에 따른 에너지 가격 상승과 파리기후협약 등 온실가스 감축 규제 강화로 신재생에너지 개발에 박차를 가하고 있다. 특히, 수소는 연소과정에서 오염물질을 배출하지 않고 발전효율이 높아 대체 에너지원으로서의 성장 잠재력이 풍부하며, 수소 연료전지 자동차 보급 확대 등으로 수요도 점차 증가할 것으로 전망된다.

 * 현재 수소 활용방식 : 소재생산(50%), 탈황 등 정유공정(45%), 에너지(1% 이하)

다만, 현재 생산되는 수소(국내 연간 생산량 191만 톤, 거래량 26만 톤)의 96% 이상은 화석연료에서 얻고 있어, 신재생 자원을 활용한 수소 생산기술 개발이 필요한 상황이었다.

이에 해양수산부는 한국해양과학기술원(KIOST)과 함께 2009년부터 해양미생물을 이용하여 친환경 에너지원인 바이오수소를 생산하는 원천기술 개발을 추진해 왔다.

연구를 맡은 KIOST의 강성균?이정현 박사팀은 2010년 초고온성 해양미생물 ‘NA1’이 일산화탄소(CO), 개미산과 물의 화학반응을 촉진하는 촉매로 작용하여 수소를 만들어내는 기작을 세계 최초로 규명*하는 데 성공하였다.

* 세계 최고 권위의 과학 학술지인 Nature지 게재(2010년 9월)

이어 연구진은 2011년부터 2014년까지 KIOST 내에 소형 플랜트를 구축, 제철소 부생가스를 활용하여 수소를 생산하는데 성공하였고, 수소 생산성을 높이기 위해 부생가스 처리에 최적화된 NA1을 개량*하였다.

* 수소 생산성 60배 증가 : (기존) 0.2kg/kL/day → (개량) 12kg/kL/day

또한, 2015년부터 2017년까지는 당진제철소의 부생가스를 이용하는 파일럿 플랜트(1톤 규모)를 구축하여 수소를 장기간(1개월 이상) 연속적으로 생산하는 데에도 성공하였다.

이 기술을 이용하여 수소를 생산할 경우, 환경오염을 유발하는 물질을 배출하지 않으면서도, 제철소나 발전소에서 발생하는 부생가스이자 대기오염 물질인 일산화탄소를 원료를 이용하기 때문에 자연스레 대기오염 저감 효과도 기대할 수 있다.

해양수산부는 지금까지의 연구 성과를 바탕으로 금년부터는 해양바이오 수소 생산기술 상용화를 위해 기존 파일럿 플랜트의 약 100배 규모에 달하는 데모 플랜트를 구축할 계획이다.

새롭게 구축되는 데모 플랜트는 충남 태안에 있는 한국서부발전(주)의 석탄가스화 복합화력 실증 플랜트(IGCC) 발전소에서 생산되는 합성가스를 원료로 이용하며, 한국서부발전(주)으로부터 플랜트 구축을 위한 부지와 합성가스를 제공받을 예정이다.

이번 연구를 통해 2019년 데모 플랜트가 구축되면 연간 480톤① 가량의 수소를 1kg당 약 3,700원② 수준의 단가로 생산할 수 있게 되어, 본격적으로 상용화를 추진할 수 있을 것으로 기대된다.

 ① 수소 1kg → 수소자동차 최대 100km 주행 가능1대당 연간 1만km 주행 시 → 수소차 4,800대 1년 운행 가능

 ② 화석연료 기반 수소 공급단가 : 1kg당 약 2,200 ～ 4,500원 수준(2016 신재생에너지 백서 / 1m3당 공급단가를 1kg으로 환산하여 적용)

또한, 이번 연구를 통해 플랜트 설계?운영에 관한 특허권까지 확보하여 수소 공급 뿐만 아니라 플랜트 수출을 통한 고부가가치 창출형 비즈니스 모델까지 개발할 계획이다.

앞으로 이 기술을 활용하여 연간 5,000톤의 수소를 생산할 수 있는 상용 플랜트 8기가 구축된다면, 우리나라 연간 수소 거래량(약 26만톤)의 약 15%(4만톤)를 해양 바이오수소로 공급할 수 있을 것으로 예상하고 있다. 

강용석 해양수산부 해양환경정책관은 “해양생물자원을 활용하여 지속가능한 방식으로 수소를 생산하는 이 기술이 상용화되어 경제성까지 확보된다면, 향후 차세대 에너지원으로 널리 활용될 수 있을 것”이라며, “앞으로도 해양생물자원을 활용한 에너지와 신소재 개발을 적극 지원하여 해양바이오 산업을 혁신성장 산업으로 육성할 것”이라고 밝혔다.

해양수산부

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