짚단으로 에탄올을 만드는 과정

2009년 1월 19일 

국립산림과학원은 리그닌 분해효율을 획기적으로 높일 수 있는 유전자조작 미생물을 개발했다.

바이오에탄올 관련 연구는 옥수수나 사탕수수를 이용하는 1세대(전분계)에서 목재를 이용하는 2세

대로 넘어가는 추세다. 옥수수나 사탕수수의 수요가 급격히 늘면서 식량 문제를 야기하고 원가도 

높아졌기 때문이다.

셀룰로오스는 목재의 50∼60%, 리그닌은 20∼30%를 차지하며 이 셀룰로오스를 바이오에탄올 생산

에 활용하려면 리그닌을 효율적으로 분해하는 기술이 필요하다. 

연구진은 자생 진균류인 백색부후균에서 리그닌을 분해하는 라카아제(laccase) 유전자를 분리, 이 

유전자를 벡터에 실어 야생 겨울우산버섯의 원형질에 주입하는 방법으로 형질전환 버섯을 만들었

다. 이 형질전환 버섯의 리그닌 분해능력이 야생 백색부후균보다 4배나 뛰어난 것으로 확인됐다. 

또 이 버섯은 리그닌과 구조적으로 유사한 환경호르몬 노닐페놀(nonylphenol)을 야생종보다 4배나 

빨리 분해하는 것으로 나타나 환경정화용 미생물로 활용될 수 있는 가능성도 보였다. 

산림과학원은 “목질계의 경우 셀룰로오스와 결합된 리그닌을 어떻게 효율적으로 분해하느냐가 에탄

올 생산 공정에 매우 중요하다”며 “바이오에탄올 생산 과정 중 전처리 과정에 리그닌 분해효소를 생

산하는 미생물을 이용한다면 에탄올 생산단가를 획기적으로 줄일 수 있을 것”이라고 말했다.

■리그닌=목재, 대나무, 짚 속에 20∼30% 존재하는 방향족 고분자 화합물. 세포를 서로 달라붙게 하

는 구실을 하는데 이것이 축적되면 세포 분열이 멈추고 단단한 조직으로 된다. 

식물 섬유조직인 셀룰로오스에서 이산화탄소 배출량 적은 연료를 추출

흰개미 소화기관에 서식하는 미생물을 이용하는 방법 등에 관심 집중

현재 미국에는 옥수수로 에탄올을 만드는 100여 개의 공장이 가동 중

셀룰로오스

3,000개 이상의 포도당 단위체로 이루어진 복잡한 탄수화물 또는 다당류

식물 세포벽의 기본구조 성분인 셀룰로오스는 모든 식물성 물질의 33％(면의 90％와 나무의 50％는 

셀룰로오스로 이루어졌음)를 차지하며, 천연에서 산출되는 유기화합물 중에 가장 많이 존재한다. 사

람은 셀룰로오스를소화시킬 수 없으나, 소나 말 같은 초식동물에서는 섭취된 셀룰로오스가 초식동

물의 소화관에 충분히 오랫동안 머물러 있어서, 이 속에 있는 미생물에 의해 소화된다. 흰개미와 같

은 곤충의 소화관 속에 있는 원생동물도 셀룰로오스를 소화시킬 수 있다. 셀룰로오스는 종이나 섬유

를 생산하기 위해 처리되며, 화학적으로 플라스틱, 사진 필름, 레이온 같은 상품을 만드는 물질로 변

형될 수 있기 때문에 경제적으로 중요한 물질이다. 다른 셀룰로오스 유도체들은 접착제, 폭발물, 음

식의 농화제(濃化劑)와 방습용 도장(塗裝) 등에 사용된다.

완전히 성숙한 볏짚의 화학적인 성분을 보면 셀룰로오스가 약 36 %, 리그닌 20 %, 펜토산 22 %, 조

단백질 6 %, 회분(灰分)이 13 % 정도이며, 다른 농작물의 짚에도 셀룰로오스와 리그닌의 함량이 많

은 것이 특징이다. 볏짚은 벼의 품종과 작황에 따라서 그 생산량이 다르나 한국에서는 보통 10 a당 

500 kg 정도가 생산되며, 키가 작은 통일벼 품종에서는 400 kg 내외, 키가 큰 일반벼 품종에서는 

600 kg 정도가 생산된다. 

셀룰로오스 에탄올의 경쟁력

KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-02-12 

2009년 2월 11일 SNL(Sandia National Laboratories)과 GM(General Motors)이 발표한 연구결과

에 따르면 미국이 2030년까지 에탄올로 연간 가솔린 사용량의 1/3을 대체할 수 있다고 한다. 그 목표

치를 달성하기 위해서는 2030년에 에탄올 생산량이 900억 갤런이 되어야 한다. 그 중 750억 갤런은 

셀룰로오스 에탄올에서 공급될 수 있다. 

이 연구는 셀룰로오스 에탄올, 즉 나뭇잎이나 짚과 같이 숲과 농지에서 나오는 폐기물을 이용해 만

드는 연료가 식용 작물로 생산하는 에탄올을 대체할 수 있을 것으로 보고 있다. 옥수수 기반 에탄올

은 음식 물가를 높이고, 곡물 감소를 가져오기 때문에 많은 비난을 받아왔다. 몇몇은 또한 그런 식용

작물 수요가 증가하는 것이 간접적으로 토지 사용의 변화를 가져 오고, 우림과 습지를 파괴한다고 

비판하고 있다. 셀룰로오스 에탄올 지지자들은 그 연료가 농업 부산물로부터 생산되기 때문에 식품 

공급과 토지 사용에 영향을 미치지 않는다고 주장한다. 

이 연구에 따르면 셀룰로오스 에탄올은 원유 가격이 배럴당 90달러 수준일 때 특별한 인센티브가 없

어도 가격 경쟁력을 가질 수 있는 것으로 나타났다. 비용 분석에는 토지 및 물 사용, 공급재료 수송, 

공장 건설, 셀룰로오스 에탄올을 생산하는데 사용되는 에너지 등의 요인이 고려되었다. 

여기에서 유추할 수 있는 것은 만약 바이오 연료를 만드는 비용이 떨어지지 않는데 가솔린 가격이 

떨어진다면 바이오 연료가 가격 경쟁력을 가질 수 없다는 것이다. 

SNL과 GM의 연구는 2009년 2월 첫째 주 Proceedings of the National Academy of Sciences 저널

에 실린 Minnesota大 연구결과를 따르고 있다. Minnesota大 연구는 셀룰로오스 에탄올이 기존 생

각보다 대기오염을 훨씬 크게 줄일 수 있다고 말한다. 이 연구를 수행한 그룹은 셀룰로오스 에탄올

이 가솔린 대비 온실가스 배출량 감소량이 기존에 알려진 것 보다 훨씬 클 뿐만 아니라, 공기 중에 

미세먼지를 적게 배출한다는 것을 밝혀냈다. 연구자들은 또한 연료 생산과 연료 사용으로부터 발생

하는 장기간의 건강 및 환경 비용을 정량화하는 공식을 제안했다. 

Minnesota大의 이 논문에서는 미국에서 생산되고 소비되는 10억 갤런의 연료 당 가솔린이 갖는 기

후변화 및 건강 비용이 4억6,900만 달러이며, 옥수수 에탄올의 비용은 바이오정제 연료(천연가스, 

석탄 등)에 따라 4억7,200만 달러 내지 9억5,200만 달러에 달하지만, 셀룰로오스 에탄올의 비용은 공

급원료(목초지 바이오매스, 미스캔더스(Miscanthus), 스위치그래스(switchgrass) 등)에 따라 1억

2,300만 달러 내지 2억800만 달러에 달한다고 주장한다.