(Researchers from Nicholls State University in Louisiana combine processed algae (brown powder) and calcium oxide from oyster shells (white powder) to create a locally sourced biodiesel (orange liquid). Credit: Samia Elashry)
바이오 디젤이나 바이오 에탄올, 바이오 항공유 같은 바이오 연료는 이미 사용화가 되어 있습니다. 하지만 가격 문제와 더불어 옥수수나 사탕수수 같은 농작물을 사용할 경우 오히려 환경에 해가 된다는 점이 논쟁이 됐습니다. 물론 사람 먹을 식량도 부족한데, 에너지용으로 농작물을 사용한다는 것 역시 문제가 되고 있습니다.
따라서 과학자들은 오래 전부터 사람이 먹지 않고 키우기도 쉬운 단세포 조류 (algae)에 주목해왔습니다. 이들은 줄기나 뿌리를 만들지 않고 분열에 의해 쉽게 증식하기 때문에 비료와 물, 햇빛만 있으면 어디서든 빠르게 배양할 수 있습니다. 하지만 농작물과 달리 조류 기름을 가공해서 바이오 연료를 만드는 과정에서 많은 비용이 든다는 것이 문제입니다.
벨로 마카마와 니콜스 주립대학교 연구팀 (Bello Makama and his research group at Nicholls State University)의 대학원생인 사미아 엘라슈리 (Samia Elashry)는 멀리 가지 않고 대학 캠퍼스 근처에서 미세 조류와 루애지나에 흔한 어업 폐기물인 굴 껍데기에서 영감을 얻었습니다.
우선 연구팀은 대학 근처 도랑에서 채취한 조류를 분쇄하여 기름을 추출했습니다. 그런 다음, 추출한 기름을 메탄올과 화학 촉매와 함께 가열하여 글리세린과 바이오디젤을 생성했습니다. 그런데 사실 이 과정에서 많은 에너지가 들 뿐 아니라 촉매 자체가 비싸서 경제성이 떨어집니다.
연구팀은 일반적으로 사용되는 생석회나 가성소다와 같은 화학 촉매 대신 비용 효율적인 대안으로 칼슘이 풍부한 굴 껍데기를 이용해 자체 촉매를 개발했습니다. 굴 껍데기 분말을 용광로에 넣어 탄산칼슘을 산화칼슘으로 변환한 후 촉매로 사용한 것입니다. 연구팀의 초기 비용 모델링에 따르면 굴 기반 촉매는 시판되는 산화칼슘 촉매에 비해 바이오디젤 생산 비용을 약 70~85% 절감하는 것으로 나타났습니다.
다만 아직은 초기 연구 단계로 앞으로 가야할 길이 많습니다. 바이오 디젤 생산에서 큰 걸림돌인 비싼 촉매를 어업 폐기물로 대체한다는 아이디어는 훌륭하지만, 이렇게 만든 바이오 디젤이 실제 엔진에 사용할 정도로 품질이 높은지, 그리고 총 비용이 어느 정도 경쟁력이 있는지는 앞으로 검증해야 할 아이디어 입니다.
바이오 디젤 및 미세 조류 바이오 연료에 대한 연구가 활발한 가운데 실용적인 결과물이 언제 나올 수 있을지 주목됩니다.
참고
Combining algae and oyster shells for biodiesel born in the bayou
Converting southern Louisiana algae to biodiesel using waste oyster shell:derived catalysts. acs.digitellinc.com/live/36/session/583836
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