조류 바이오연료: 차세대 에너지 혁명?

탄소 중립 연료

To reduce carbon emissions, the favored road has been to replace combustion engines and thermal power plants with alternatives like EVs and 재생 가능 energies. But this is not always easy.

예를 들어, 현재 항공기는 배터리가 너무 무거워 비행에 적합하지 않기 때문에 전기로 운행할 현실적인 경로가 없습니다. 그리고 설령 이 시점에 도달하더라도 기존 항공기를 교체하는 데 수십 년이 걸릴 것입니다.

다른 장점은 액체 연료의 실용성에서 비롯됩니다. 비상 상황에 대비해 대량으로 저장하기 쉽고, 몇 개월 혹은 몇 년 동안도 안정적으로 보관될 수 있습니다. 또한 탱크나 파이프를 통해 운반하기도 용이합니다. 이러한 특성 때문에 원격 지역, 군사 용도 및 해운에 이상적입니다.

혁신적인 새로운 기술이 등장하기 전까지는 액체 연료에 대한 지속적인 수요가 있을 것입니다. 따라서 화석 연료 공급에 의존하지 않는 액체 연료를 찾는 것이 과제입니다.

바이오연료 세대

This was the reason for the push toward the use of biofuel.

1^st 세대 바이오연료는 현재도 문제점이 있습니다. 옥수수와 같은 식품을 에탄올로 전환하는 데 의존했기 때문입니다. 이는 환경에 추가적인 압력을 가하고, 단일 작물을 재배하는 대규모 산업 농장에 의존합니다. 비료와 트랙터에 사용되는 화석 연료를 고려하면 기존 휘발유보다 크게 나은 것이 아닐 수도 있습니다. 또한 연료 소비자는 부유한 국가에, 식량 부족이나 인플레이션에 시달리는 가난한 국가들은 식량을 연료로 사용한다는 윤리적 딜레마가 존재합니다.

2^nd 세대 바이오연료는 농업 폐기물이나 풀과 같은 식물 잔류물을 사용하도록 설계되었습니다. 이는 식량 생산과 직접 경쟁하지 않기 때문에 이미 개선된 점입니다. 그러나 여전히 많은 토지가 필요하고, 식물에서 연료로 전환하는 과정이 효율적이지 않을 수 있습니다. 또한 농업 폐기물만으로는 전체 연료 소비량에 실질적인 차이를 만들기에 충분한 양이 아닙니다.

3세대 바이오연료는 조류와 경작 가능한 토지와 무관한 폐쇄 시스템에 의존합니다. 이론적으로 이는 기존 농업 자원과 경쟁하지 않기 때문에 바이오연료를 생산하는 완벽한 방법이어야 합니다. 또한 기존의 담수 대신 풍부한 해수를 사용할 수 있습니다.

출처: Exxon

실제로 조류 바이오연료는 테스트는 되었지만 산업 규모로는 생산되지 않았습니다.

조차 4^번째 세대 바이오연료, or “광생물학적 태양 연료”. They would rely on mimicking algae photosynthesis with artificial nanotechnologies. But these are still in labs and will not reach commercial scale for a few decades.

대량 생산을 위한 장애물 및 제약

3세대 바이오연료가 지속적으로 겪어온 문제는 수율입니다. 조류 농도가 너무 낮고, 생산 비용이 너무 높으며, 연료로의 전환은 자본 지출일 뿐만 아니라 조류에 포함된 에너지의 일부 손실을 초래합니다.

다른 미생물에 의한 오염은 수확을 파괴하고 수익을 감소시킬 수 있습니다. 대안으로는 밀폐된 무균 용기에서 재배하는 방법이 있었지만, 이 역시 비용을 상승시켰습니다.

게다가 2010년대 초기에 시도된 조류 바이오연료 생산은 조류 수확을 필요로 했으며, 이는 복잡한 과정으로 생산을 방해했습니다.

그 결과 생산 비용이 갤런당 5~8달러 이상으로 유지되어 화석 연료와 경쟁하기 어렵습니다.

두 번째가 성공할까?

수익성이 불확실했기 때문에 2009-2010년 최초의 조류 바이오연료 붐은 에너지 혁명으로 이어지지 못했습니다. 6년 전 이 기사에서 무엇이 잘못됐는지 더 읽어볼 수 있습니다.

그 이후로, 섹터에 새로운 붐을 ‘연료 공급’하는 진전이 이루어졌습니다:

• 고급 유전공학 기술이 이제 조류에 적용됩니다.
• 조류를 연료로 전환하는 방법에 대한 이해가 향상되었습니다.
• 오염에 강하고 개방된 연못에서도 재배할 수 있는 희귀 종이 발견되었습니다.

또 다른 요인은 사실상 저가 석유의 종말입니다. 셰일 오일은 이익을 내기 위해 배럴당 최소 50~70달러가 필요합니다, 석유 발견량이 1946년 이후 최저 수준에 도달했습니다, 그리고 우크라이나 전쟁이 전 세계 에너지 위기를 촉발했습니다.

석유가 점점 희귀하고 비싸짐에 따라 국내 조류 바이오연료 생산이 갑자기 훨씬 매력적으로 보입니다. 따라서 새로운 조류 기업 물결이 가장 환경 친화적인 방식으로 탄소 중립 연료를 생산하기 위해 규모를 확대하고 있습니다. (“조류 바이오연료에 투자하기” 섹션에서 자세히 다룹니다)

새로운 조류 붐에 연료 공급

기술과 연료 가격을 넘어, 변화된 점은 조류 바이오연료에 투자하는 방식입니다. 지난 붐은 제한된 자금으로 야심찬 스타트업 군에 의해 주도되었습니다. 이는 혁신뿐 아니라 막대한 자본 투자가 필요한 사업에서 문제였습니다. 대부분의 경우, 조류 바이오연료가 실제로 실현되려면 연속적인 과정:

1. 미세조류의 생화학 및 유전학을 이해하기 위한 기초 과학.
2. 지질 생산에 최적화된 적합한 조류 균주 선택 및 엔지니어링.
3. 배양, 수확 및 연료 전환을 포함한 생산 공정 최적화.
4. 비용 절감을 위한 생산 규모 확대

2010년에는 1단계와 2단계가 실제로 존재하지 않았으며, 예를 들어 조류 유전자를 수정할 신뢰할 만한 방법이 없었고 대부분의 종에 대한 전체 유전체도 아직 시퀀싱되지 않았습니다.

연료로의 전환 화학은 최선의 경우에도 흐릿했으며, 특히 산업 규모에서는 더욱 그렇습니다. 그리고 지질 대신 에탄올 생산에 잘못된 초점을 맞춘 것은 막다른 길이었습니다.

3단계 또한 어려웠으며, 과학자 주도 스타트업이 산업 설계를 구현하는 데 자주 실패했습니다.

마지막으로, 생산 수율이 낮아 규모를 확대해도 수익성 문제를 해결할 수 없었고, 자본은 빠르게 고갈되었습니다.

조류 바이오연료에 투자하기

2023년에는 과학적 질문들의 대부분이 해결되었습니다. 예를 들어, Viridos라는 회사는 단 하나의 유전자를 변경함으로써 조류의 지질 농도를 두 배 이상 증가시키는 방법을 발견했습니다. 또한 지난 5년간 개발된 NGS(차세대 시퀀싱)와 CRISPR과 같은 도구들은 유전자 편집을 훨씬 쉽고 저렴하게 만들었습니다. 이와 같이 현재는 조류 지질을 연료로 전환하는 잘 알려진 방법이 많이 있습니다.

마지막으로, 기본 연구는 종종 집중된 스타트업에 의해 수행되지만, 자금과 산업 규모 확대는 현재 매우 대규모 기업에서 이루어지고 있습니다. 종종 전통적인 석유 회사들입니다.

그 결과, 조류 바이오연료에 투자한다는 것은 화석 연료를 시추하는 대신 탄소 중립 석유를 생산하는 미래를 구축하는 소수의 대기업에 투자한다는 의미입니다. 이는 100배 수익을 꿈꾸는 투자자에게는 매력적이지 않을 수 있지만, 이러한 대기업들은 다른 재생 에너지와 경쟁하지 않고 에너지 전환을 관리할 독특한 IP를 보유한 유일한 에너지 기업이 될 것이므로 좋은 투자처가 될 것입니다. 또한 이들은 이미 수익성이 높으며 관대한 배당금을 제공하거나 공격적으로 성장하고 있습니다.

1. Exxon Mobil

이는 가능한 바이오연료 투자 목록에서 가장 놀라운 이름일 수 있습니다. Exxon은 환경 운동가들에게는 온난화의 주요 원인으로 정기적으로 비난받는 적수와도 같습니다. 그러나 Viridos와의 협력을 통해 조류 바이오연료 분야의 세계적인 선두주자이기도 합니다.

(XOM )

Viridos는 합성 생물학의 아버지이자 인간 게놈을 최초로 시퀀싱한 Craig Venter가 설립한 회사입니다. 또한 합성 게놈과 인공/합성 세포를 최초로 만든 기업이기도 합니다. 그리고 10년 넘게 조류 바이오연료 연구를 시작한 이후 크게 발전했습니다:

우리는 이미 실제 야외 환경에서 천연 균주 대비 5~10배의 바이오오일 생산성 향상을 입증했습니다. 그리고 그 이상으로 개선할 계획입니다.

Exxon은 2년 안에 하루 10,000배럴의 조류 바이오연료를 생산할 계획입니다. 이는 회사가 하루 370만 배럴을 생산하는 전체 규모에 비하면 아직 작지만, 성공한다면 2030년까지 회사 생산량의 큰 비중을 차지하도록 빠르게 확대될 수 있습니다.

2. Reliance Industry

Reliance Industry는 인도에서 가장 큰 민간 기업이자 통신, 섬유, 에너지 분야에 활발히 활동하는 거대한 대기업입니다. 2022년에 매출 1000억 달러를 달성한 최초의 인도 기업이었습니다.

Reliance는 조류 바이오연료 시장 진출을 알리는 영상을 공개했으며, “세계에서 가장 큰 조류 재배 시스템 중 하나”를 자랑했습니다. 지금까지 에너지 포트폴리오는 주로 정유 및 석유화학 공장이었으며, 이번 조류 프로젝트를 통해 인도에서 풍부한 햇빛(및 미개발 사막)을 활용해 생산을 시작하고 외국 화석 연료 수입에 대한 극심한 의존도를 줄일 수 있게 됩니다.

크라우드펀딩 및 VC

이 기사 작성 시점에 진행 중인 캠페인은 찾지 못했습니다. 그러나 위험 선호도가 높은 투자자들은 2021년 성공적인 Manta Biofuel 크라우드펀딩 캠페인과 같은 사례를 주목할 것입니다. 이들은 개방형 연못과 자기 나노입자를 이용해 조류를 수확합니다.

인증된 투자자와 VC는 훨씬 다양한 투자 옵션에도 접근할 수 있습니다. 예를 들어, Primary Ocean은 식품, 바이오플라스틱 및 바이오연료용 해조류를 재배합니다. 또는 Algenol(화학 화장품 및 바이오연료) 혹은 Gevo (다양한 바이오연료) 등이 있습니다.

결론

조류 바이오연료는 충분한 자본과 비용 및 규모 확장 문제를 해결할 인내심을 가진 대기업들의 문 뒤에서 조용히 르네상스를 겪고 있습니다. Exxon의 하루 10,000배럴 생산과 같은 대규모 프로젝트가 등장함에 따라 조류 바이오연료가 이제 성숙한 기술로 자리 잡고 있음을 보여줍니다.

이는 또한 2021년 Manta Biofuel이 그랬듯이 새로운 스타트업이 이 분야에서 등장할 가능성이 높다는 의미입니다. 따라서 투자자들은 향후 몇 년간 늘어나는 투자 옵션을 가질 수 있을 것입니다. 다른 석유 회사들도 따라잡기 위해 기술을 보유한 기업에 입찰을 올릴 수 있습니다. 대부분은 이미 조류에서 고부가 가치 화합물을 생산하고 대규모 생산에 경험이 있는 기업일 가능성이 높습니다. 따라서 조류 기업은 전반적으로 2025-2026년까지 새로운 큰 트렌드가 될 수 있습니다.

Reliance나 Exxon과 같은 기업에 투자하는 투자자들은 이들 기업을 오직 조류 바이오연료 논리만으로 투자하고 싶지는 않을 수 있습니다. 왜냐하면 이들은 앞으로 몇 년간 여전히 다른 수익원에 크게 의존할 것이기 때문입니다. 그러나 이 기술은 이러한 기업들의 장기 전망을 개선할 것이며, Exxon과 같은 석유 대기업은 시추에 쓰이던 자본 지출을 조류 재배 시설 구축으로 전환함으로써 화석 연료에서 조류 연료로 원활하게 전환할 수 있게 될 것입니다.

탄소세가 상승할 경우, 이는 액체 연료를 합리적인 가격으로 유지할 수 있는 실현 가능한 대안을 제공하여 조류 바이오연료를 그 상황에서 훨씬 더 수익성 있게 만들 것입니다. 또한 화석 연료와 달리, 조류의 유전공학이 지속적으로 개선됨에 따라 비용이 감소할 것으로 예상됩니다.