[나무신문 | 한국임업진흥원 시험평가팀] 화석연료 중심의 에너지 소비에 따라 지구온난화가 계속되고 있는 가운데 에너지 고갈이 예상되고, 세계 각국은 석유를 대체 할 수 있는 새로운 에너지 자원 개발에 노력하고 있다. 새로운 에너지 개발의 하나로 식물성 바이오매스자원으로부터 에탄올(ethanol)을 생산하는 기술이 주목 받고 있다. 최근까지 세계적으로 바이오에탄올생산에는 주로 옥수수나 사탕수수와 같은 전분계 곡물을 원료로 이용 해왔고, 미국과 브라질과 같은 나라에서는 사탕수수 또는 옥수수를 원료로 한 바이오에탄올을 이미 상용화해 수송용(자동차) 대체연료로 상당량 이용되고 있다. 상용화 바이오에탄올의 주원료인 사탕수수나 옥수수 같은 전분질계 원료는 식량문제와 대립하면서 원료 수급에 불안요인이 되고 있다. 

하지만 태양이 존재하는 한 지구상에서 지속적 재생산이 가능한 자원으로서 목질 바이오매스가 있으며 이는 포도당으로 전환이 가능한 셀룰로오스(목재의 주성분)를 포함하고 있다. 셀룰로오스는 지구상에서 가장 풍부한 자원으로서 포도당으로 가수분해 될 경우 생물공학적 전환을 통해 바이오에탄올을 생산 할 수 있는 원료다. 따라서 목재를 원료로 한 바이오에탄올이 차세대 자동차 연료로서 주목 받고 있다. 더욱이 우리나라는 국토면적의 64%가 산림으로 산림에서 생산 가능한 목질바이오매스를 비롯하여 생활폐재, 볏짚과 같은 농 폐기물 등 목질자원의 에너지화 기술은 국내·외적으로 매우 중요성이 크다고 할 수 있다. 

목재를 이용한 바이오에탄올 생산방법
목재를 이용한 바이오에탄올 생산은 아래 그림과 같이 전처리, 당화, 발효, 정제 순으로 진행 된다. 

목질 바이오매스는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스(hemicellulose)등의 탄수화물 이외에 다량의 방향족 화합물로 구성된 소수성 리그닌(lignin) 성분을 함유하고 있으며, 이들 리그닌 성분들이 셀룰로오스를 둘러싸고 있어 바이오에탄올의 연료인 셀룰로오스를 가수분해하는데 어려움이 있다. 따라서 바이오에탄올 생산의 효율성을 높이기 위해서는 적절한 방법의 전처리(pretreatment)가 필요하다. 목질 바이오매스 당화는 셀룰로오스에서 포도당 연결 결합당 1개의 물 분자가 첨가되는 가수분해 과정에 의해 이루어지는데, 이러한 가수분해는 주로 나무를 분해하는 곰팡이 등의 진균류로부터 유래한 셀룰레이즈(cellulase)에 의해 이루어지는 효소적 당화나 산, 알칼리 등의 촉매에 의해 이루어지는 화학적 당화가 알려져 있다. 

화학적 당화는 비용이 저렴한 대신 약품에 의한 환경 및 설비오염 등의 폐해가 많고, 특히 많이 시도되고 있는 산당화는 발효저해 물질 생성 등의 여러 가지 문제점으로 인해 효소당화로의 접근이 많은 것으로 알려져 있다. 효소당화에 쓰이는 셀룰레이즈는 기질과 특이적으로 반응하며, 화학적 당화에 비해서 온화한 조건에서 가수분해가 진행되기 때문에 환경오염이나 금속부식 문제를 가지지 않는다. 하지만 효소당화 공정시간이 길고 효소의 가격이 비싸 효소 사용량을 줄이거나 효소 단가를 낮추는 기술이 요구되고 있다. 

당화과정에서 생산된 포도당은 발효과정을 거쳐 최종적으로 바이오에탄올으로 생산된다. 생산된 바이오에탄올은 정제 과정을 거쳐 자동차연료로 만들어 진다.

참고문헌  
1. 김경현, Sugar Platform 구축을 위한 바이오매스 전처리 기술, NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS 25(5): 479-484
2. 김영숙, 2009. 목질계 바이오에틴올 생산의 전처리 기술에 관한 연구동향, 목재공학 37(3): 274-286
3. 김영숙, 2010. 목질바이오매스의 효소 당화 기술에 관한 연구동향, Journal of Forest Science 26(2): 137-148