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“미세조류농장, 신재생에너지의 새로운 지평을 열다”
지구 온난화와 일본 원전사태 이후 석유와 원자력을 대체할 저비용 고효율 친환경 Energy
지구온난화 등 환경오염으로 화석연료를 대체하는 바이오에너지의 시장가치가 상승하고 있다. 특히 최근 미국 오바마 대통령이 미세조류로부터 생산한 대체 에너지를 언급하면서 우리말로 “이끼”로 불리는 식물성 미세조류가 청정에너지와 산업소재 자원으로 주목받고 있다. 이런 가운데 국내에서도 미세조류를 생산하고 있는 혁신기업이 시장의 주목을 받고 있다. 농업회사법인 미세조류농장(주)(Micro Algae Farm)(CEO 박신호)은 바다가 없는 충청북도에서 미세조류농장을 운영하며 담수미세조류(fresh water micro algae)를 재배해 각종 에너지 및 산업소재 용도로 수출하고 있다.
미세조류는 대기나 수중의 이산화탄소와 물을 원료로 사용해 유기물을 합성한 것으로 지구상에는 현재 약 30만종 이상이 분포하는 것으로 알려져 있다. 이러한 미세조류는 광합성으로 산소와 유기물을 생산하는 1차 생산자로서 지구 전체 광합성의 절반가량을 미세조류가 담당하고 있다.
저탄소 녹색성장마을 건설을 위한 미세조류농장 및 미세조류바이오디젤발전소
충북 보은 미세조류농장은 이러한 바이오매스(biomass)로부터 바이오디젤과 바이오에탄올 등 재생 가능한 연료로 바꾸고 바이오플라스틱 등 화합물 및 전력을 생산해주는 바이오매스 전환 공정을 추진하고 있다. 이렇게 생산된 미세조류 에너지는 바이오디젤 내연엔진발전을 활용한 대체 에너지로 쓰이게 된다.
미세조류는 대체에너지로서 어느 정도의 시장성을 갖고 있을까. 미세조류는 다양한 종이 있어 재배의 유연성이 높다는 장점이 있다. 매일 2~4배씩 성장하는 미세조류는 팜오일보다 약 300배 이상 생산성이 우수하며(팜오일의 경우 2ha당 270그루 나무에서 연간 20톤의 오일이 생산되는데 반해 미세조류오일은 2ha당 배양통 2,000개에서 매일 20톤의 오일 생산), 유기물 합성을 통해 대체에너지도 생산이 가능하다. 미세조류는 무게대비 평균 61.1%의 높은 지질함유량 및 평균 183.33ppm/day의 높은 지질생산성(KIST 시험성적서 기준)으로 단백질과 비타민, 미네랄 함유량이 높아 국제 유가가 높은 요즘 신재생에너지원으로 각광받고 있다.
특히 후쿠시마 원전 사태 이후 프랑스, 미국, 일본 등 선진국을 중심으로 석유와 원자력을 대체하는 미세조류 바이오 디젤 엔진을 도입하는 기업이 늘고 있다. 한국전력에 따르면 2012년 말 현재 국내 총 발전량의 0.5%를 미세조류 오일로 전력생산이 가능한 내연엔진발전으로 전기를 공급하고 있는데, 포스코의 경우 매년 96만톤의 CO2를 감축해야 하고, 삼성전자의 경우 매년 43만톤의 CO2를 감축해야 하는바, 포스코의 경우 32만 1천 톤의 미세조류오일 생산에 투자할 시 별도의 비용부담 없이 온실가스 감축목표를 자동 달성할 수 있고, 삼성전자 역시 14만3천톤의 미세조류오일생산에 투자할 시 온실가스 감축목표를 자동 달성할 수 있게 된다. 충북 보은군 미세조류농장의 재배기술로 1ha당 매일 10톤의 미세조류오일 생산이 가능하므로, 포스코가 100ha, 삼성전자가 50ha의 미세조류 재배농장 및 미세조류 바이오디젤발전소를 확보하면 2015년 탄소배출권 거래시장 개장과 함께 대한민국은 동북아 탄소금융의 메카로 자리매김할 수 있게 된다.
미세조류 재배로 친환경 에너지 생산 … FTA 시대의 귀농귀촌 농가수익 창출
바이오디젤과 바이오가스를 중심으로 한 시장규모는 2012년 약 1조 3,197억 원에서 2020년에는 약 4조 5,203억 원 규모로 성장이 전망돼 미세조류의 수요는 점차 증가할 것으로 보인다. 박신호 CEO는 “미세조류농장에서 미세조류 원유를 생산해 바이오디젤 제조사 및 디젤발전소에 직접 공급함으로써 수입대체 효과를 극대화할 수 있다. 또한, 후쿠시마 원전사태 이후 원자력발전소의 대안으로 셰일가스가 급부상한다지만 투자수익률이 연 12.5%에 불과하고 그나마 2017년 이후에나 극히 일부만이 국내 반입이 가능한데다 셰일가스의 CO2 배출문제는 오히려 더 심각하므로, 당장 우리 국민들에게 저렴한 비용으로 원전을 대체하고 농가소득을 증대시키면서 에너지 자급자족이 가능케 할 수 있는 것은 미세조류농장 밖에 대안이 없다”고 설명했다.
오는 2015년에 식용작물을 이용한 바이오연료 생산이 전면 금지되고 신재생에너지 의무혼합제도(수송용의 경우 RFS, 전력용의 경우 RPS) 실시 및 확대로 인해 폐식용유보다 저렴하게 바이오유를 생산할 수 있는 미세조류를 이용한 신재생에너지의 생산 필요성은 점차 늘고 있는 추세이다.
미세조류 재배를 위해서는 바이오 디젤의 전단계인 Algae 배양을 위해 지질 함유량이 높은 Algae 종자와 재배기술을 확보하는 것이 중요하다. 농업회사법인 미세조류농장은 국내 최초로 지질함유량 61.1±5.6%, 지질생산성 183.33±16.67ppm/day를 동시에 만족하는 KIST 시험성적서를 획득한 Algae 종자를 사용하고 있다. 미세조류 재배 및 수확방식도 기존의 오픈폰드 및 PBR 방식이 아닌 10t 배양통 모듈방식에 로봇 팔을 이용한 Algae 대량수거장치를 적용하는 등 상업성을 확보한 기술로 전문가의 평가를 받고 있다.
“미세조류는 회수공정이 어렵다고들 합니다. 미세조류가 물에 녹기 때문에 이끼와 물을 분리해서 오일을 추출하는 데 비용이 많이 든다는 것이죠. 저희는 미세조류 회수공정에 비용이 전혀 들지 않습니다. 지질함유량이 61.1% 내외인 이끼들이 하루에 2~4배씩 성장할 수 있도록 최적의 영양분을 공급해서 서로 뭉치게 하므로 단순히 물에서 농부들이 이끼를 필터로 건져서 짤순이로 건조하기만 하면 되므로 두바이 원유 및 셰일가스보다 훨씬 낮은 생산단가로 높은 원가 경쟁력을 확보할 수 있어요”
경유와 비교했을 때 CO2 배출 약 78% 감축
충북 보은 미세조류농장은 프랑스에 이어 세계에서 두 번째로 단위면적당 세계 최대 생산 규모의 미세조류 재배기술을 확보하고 있다. 가격경쟁력으로는 오히려 프랑스보다 더 앞서고 있다고 평가할 수 있는데, 그 비결은 농가보급이 용이하도록 지름 235cm, 높이 265cm, 햇빛투과율 75%, 물용량 10ton 규모로 규격화된 배양통 1개당 매일 20kg의 이끼(algae)를 재배하고 이로부터 매일 10kg의 원유(algae crude oil)와 10kg의 친환경 사료, 비료, 화장품 등의 원료(algae cake) 생산이 가능한 배양통 모듈방식이므로 1ha당 매일 10ton의 미세조류 오일을 추출해서 시간당 3,000kw의 전력생산이 가능한 구조이기 때문이다.
바이오디젤은 경유와 비교했을 때 CO2 배출을 약 78% 감축할 수 있다. 미세조류유는 100톤 생산당 300톤가량의 CO2를 소비한다. 박신호 CEO는 “미세조류유는 탄소배출권 확보를 통해 탄소배출권 시장 활성화에 대응할 수 있다”며 “앞으로 신재생에너지 의무공급이 확대되면 국제 탄소금융시장을 선도할 수 있을 것”으로 내다봤다.
박신호 CEO는 충청북도에 미세조류산업 관련 혁신클러스터를 구축, 미세조류 바이오디젤, 바이오에탄올, 바이오플라스틱, 바이오디젤발전소 등을 추진할 계획이다. 특히 미군정 남조선 과도입법위원, 대한예수교장로회 총회장 및 연세대, 숭실대, 계명대 이사 등을 역임한 경북 안동교회 김광현 원로목사의 외손자로서 박신호 CEO는 반기문 UN사무총장의 고향인 충북 음성군에 한국해비타트 미세조류 에너지자립마을을 조성하여 전국의 무주택자들에게 일자리와 주택을 동시에 제공하고, 평창동계올림픽 개최 전까지 청주국제공항에 미세조류 항공유 급유센터를 유치하여 지역경제 파급효과를 이루겠다는 포부도 밝혔다.
“현재 우리나라는 2016년까지 방사능폐기물처리장을 추가건설하지 않으면 국내 원자력발전소를 전면 가동 중단해야 할 위기에 있습니다. 그런데 천문학적인 방폐장 건설비용은 농가소득과는 전혀 무관한 매몰비용인데, 차라리 그 비용으로 미세조류 바이오디젤발전소 보급에 사용하면, 2016년에 원자력발전소 가동이 전면 중단되어도 대기오염감소, 방사능위험으로부터 해방, 원전보다 저렴한 에너지 자립경제 확립, 녹색일자리 창출, 농가소득 증대 등 국가경제에 직접적으로 도움이 될 수 있습니다. 특히 농가입장에서는 매일 20kg의 이끼를 재배할 수 있는 배양통 1개당 390만원에 분양해서 이끼 1,000kg당 26만원에 수매시 충분한 소득이 될 수 있고, 창조 관광 상품개발로 농외소득도 기대할 수 있으며, 한국해비타트 미세조류마을 조성 및 전후세대 귀농귀촌으로 인구증가 효과로 충청북도 보은, 음성, 괴산, 옥천, 영동군 등에서 각각 1만여 명씩의 지역일자리 창출도 기대할 수 있어요”
2012년 농업정책자금관리단 투자 컨설팅 사업 대상자로 선정
농업회사법인 미세조류농장은 2012년 농림수산식품부 산하 농업정책자금관리단 투자 컨설팅 사업 대상자로 선정되었다. 현재는 농식품경영체 인큐베이팅 사업으로 충청북도 및 보은, 음성, 괴산, 옥천, 영동군 등과 연계해 사업을 추진하고 있다. 밭에서 기름을 재배하는 것과 같은 효과를 볼 수 있는 획기적 사업으로 지자체와 함께 농업의 새로운 고부가가치 비즈니스를 연 것으로 호평을 받고 있다.
박신호 CEO는 “석유와 원자력을 대체하는 저탄소 녹색성장마을 건설을 위하여 충청북도 보은, 음성, 괴산, 옥천, 영동군 등에 조성될 미세조류 재배농장 및 바이오디젤 발전 사업이 농가에 실질적으로 도움이 되는 과정 속에서 다양한 지원들이 필요한 만큼 미세조류 재배사업이 FTA시대의 새로운 농가소득원으로 자리 잡을 수 있도록 많은 지원과 관심을 가져달라”고 당부했다.
“Microalgae Farm opens a new horizon for new renewable energies.”
Low-cost, high-efficiency and eco-friendly energy to replace oil and atomic energy after global warming and Japan’s nuclear crisis
Environmental pollution including global warming is pushing up the market value of bio-energy that replaces fossil fuel. Especially, as the U.S. president Obama recently referred to an alternative energy source produced from microalgae, these plant microalgae called “moss” in Korean is being highlighted as clean energy and industrial material resources. In the mean time, there is also a domestic innovative enterprise drawing attention that specializes in producing microalgae. Microalgae Farm Inc. (CEO Park Shin-ho), an agricultural corporation, is running a microalgae farm in Chungbuk Province without a sea area and growing freshwater microalgae to export them for each kind of energies and industrial materials.
Microalgae are a composition of organisms using atmospheric or underwater carbon dioxide and water, which is currently known to be over 300 thousand kinds in distribution. These microalgae are the primary producer of oxygen and organisms by photosynthesis and responsible for around half the photosynthesis on the whole earth.
Microalgae Farm and a microalgae biodiesel power plant for building a low-carbon green growth village
Microalgae Farm at Boeun-gun, Chungbuk, is pushing ahead the biomass transfer process of changing biomass into renewable fuel, such as biodiesel, bio-ethanol, etc., and producing compounds like bio-plastic and electricity. Microalgae energy produced this way comes to be used for an alternative energy source using the generation of biodiesel internal combustion engines. How large a marketability could microalgae have as an alternative energy source? Microalgae have the merit of high flexibility in cultivation because of its diverse species. Microalgae, which grows 2 to 4 times a day, is over 300 times better in productivity than palm oil (While palm oil produces 20 tons of oil annually from 270 trees for 2ha, microalgae oil produces 20 tons of oil daily from 2,000 cultivation containers for 2ha) and besides, capable of producing an alternative energy source through synthesis of organisms. With a high lipid content of 61.1% on average against weight and a high lipid productivity of average 183.33ppm/day (based on KIST test records), microalgae is high in the content of protein, vitamin and mineral enjoying highlight as a new renewable energy source in these days with high international oil prices. Especially, since Fukushima nuclear crisis, more and more enterprises in advanced countries including France, U.S. and Japan are introducing microalgae biodiesel engine that can substitute for oil and atomic power. According to Korea Electric Power Corp., as of the end of 2012, 0.5% of total domestic electricity is supplied though the generation of internal combustion engine capable of output with microalgae oil. In fact, POSCO should annually reduce 960 thousand tons of CO2 and Samsung Electronics 430 thousand tons. But POSCO, by investing in the production of 321 thousand tons of microalgae oil, can automatically reach the target of greenhouse gas reduction without a separate burden of costs and Samsung Electronics can reach the target by investing in the production of 143 thousand tons of microalgae oil. Since cultivation technology of Microalgae Farm at Boeun-gun, Chungbuk, can produce 10 tons of microalgae oil daily for 1 ha, POSCO’s securing 100ha and Samsung Electronics’ 50ha of microalgae cultivation farm combined with a microalgae biodiesel power plant will set Korea in place as the Mecca of carbon finance in Northeast Asia with the opening of carbon-trading permits market in 2015.
Production of eco-friendly energy by cultivating microalgae will create incomes for farmers back home in the age of FTA.
The market size for biodiesel and biogas is expected to grow from around 1.317 trillion won in 2012 to 4.5203 trillion won in 2020 showing a gradual increase in demands for microalgae. CEO Park Shin-ho explained, “It is possible to maximize the effect of import replacement by producing microalgae oil at Microalgae Farm and supplying it directly to biodiesel manufacturer and diesel power plant. Besides, even though shale gas is rapidly coming to the fore as an alternative for atomic power plant after Fukushima nuclear crisis, it will not be carried into the nation until after 2017 and that in just a very small portion and with rather a more serious problem of CO2 emissions. So Microalgae Farm is the only way at the moment to replace the nuclear power plant with a reasonable cost, increase the farmhouse incomes and make energy self-sufficiency possible for our people.” Come 2015 it is going to fully ban producing bio-fuel using food crops and enforce and expand the compulsory system of combining with new renewable energies (RFS for transport and RPS for electricity), which is gradually increasing the need for producing new renewable energies using microalgae that can produce bio-oil more inexpensively than waste cooking oil. For cultivating microalgae, securing alga seeds with high lipid contents and cultivating technology are important for culturing algae, the previous phase of biodiesel. The Microalgae Farm, an agricultural corporation, is using alga seeds that have obtained the KIST test records of meeting both the lipid content of 61.1±5.6% and lipid productivity of 183.33±16.67ppm/day for the first time in the nation. In the method of cultivating and harvesting microalgae, too, the farm is applying mass collection equipment for algae using robot arms and 10t cultivating container module pattern, instead of the existing Open Pond and PBR(Photo Bio-reactor) method, which are estimated by experts to be a technology of securing commercial values. “They say that microalgae are difficult in recovery. That is, it takes much expense to extract oil by separating algae from water because microalgae dissolve in water. In our case, recovery of microalgae takes no expenses. We supply the optimum nutrients to algae around 61.1% in lipid content for their growth of 2 to 4 times a day and mass together, so all the farmers have to do is take algae out of water with a filter and dry them up with a dryer. That’s how we can secure high cost competitiveness with much lower production costs than Dubai crude oil or shale gas.”
Around 78% reduction in CO2 emissions compared to light oil
Microalgae Farm at Boeun-gun, Chungbuk, has the technology of cultivating microalgae on the world’s largest scale of production per unit area except France. It can be appraised that price competitiveness is even higher than France’s and the secret is the cultivation container pattern capable of producing 10kg of algae crude oil and 10kg of algae cake such as eco-friendly feed, fertilizer, cosmetics, etc. from daily cultivation of 20kg algae per culture container standardized in the scale of 235cm diameter, 265cm height, 75% sunlight transmission and 10t water capacity. The structure is capable of generating electricity of 3,000kw per hour by extracting 10-ton microalgae oil daily for 1 ha.
When compared to light oil, biodiesel can reduce CO2 emissions by around 78 percent. Microalgae oil consumes around 300 tons of CO2 per production of 100 tons. Saying, “Microalgae can answer the activity of “cap-and-trade” market through securing carbon trading, CEO Park Shin-ho anticipated, “If compulsory supply of new renewable energies expands in the future, we will be able to lead the international carbon finance market.”
CEO Park Shin-ho is planning to construct innovative clusters related to microalgae industry in Chungbuk and push forward microalgae biodiesel, bio-ethanol, bio-plastic, biodiesel power plants, etc. Especially, as a grandson of Kim Gwang-hyun, senior pastor of Gyeongbuk Andong Church who successively served as interim legislative committee member for South Korea under U.S. military administration, Presbyterian Church of Korea president, directors of Yonsei Univ. Soongsil Univ. and Kyeimyung Univ. etc., CEO Park Shin-ho also clarified his ambition about making Korea Habitat Microalgae Energy Self-support Village at Eumseong-gun, Chungbuk, which is a home town for the current UN Secretary General Ban Ki-moon, to provide both jobs and housing for houseless people around the country, and inducing a microalgae jet fuel oiling center in Cheongju International Airport by the opening of Pyeongchang Winter Olympics to make ripple effect on local economy.
“Currently, our country is in danger of shutting down all domestic atomic power plants unless constructing extra nuclear dump sites by 2016. Incidentally, the astronomical expenses for a dump site are burial ones completely irrelevant to farmhouse incomes, so wouldn’t it be better to use the expenses for spreading microalgae biodiesel power plants? That would be a direct help to national economy by reducing air pollution, relieving radioactive danger, establishing energy self-supporting economy cheaper than atomic power plant, creating green jobs, increasing farmer incomes, etc. even if atomic power plants will go to full shutdown in 2016. Especially, for a farmhouse, it will be a good income to parcel out each cultivation container that allows cultivating 20kg of algae daily for 3.9 million won and purchasing algae of each 1,000kg for 260 thousand won while possible to generate capital in the rural sector by developing creative tour packages. Besides, by the effect of increasing population from making Korea Habitat microalgae village and coming back home to a rural community, we can expect to create local jobs for ten thousand people for each of Boeun, Eumseong, Goesan, Okchon, Yeongdong-gun, etc.:
Selected as 2012 object of investment consulting project by the institute of agricultural policy funds management
Microalgae Farm, an agricultural corporation, was selected as the object of investment consulting project by the institute of agricultural policy funds management. Currently, the farm is driving the project of incubating agricultural food management in connection with Chungcheongbukdo Province, Boeun, Eumseong, Goesan, Okchon and Yeongdong-gun County. It is meeting with public approval as an epochal project to have the same effect as cultivating oil on a field that can open a new high added value business of farming with local governments. CEO Park Shin-ho said, “The microalgae cultivating farm and the biodiesel generating project to make up in Boeun, Eumseong Goesan, Okchon, and Yeongdong-gun, Chungbuk Province in an attempt to construct a low-carbon green growth village for replacing oil and atomic power will need diverse supports in the process of making a substantial help to farmhouses. I would appreciate many supports and attention so that the project of microalgae cultivation may settle as a new income source for farmers in the age of FTA.”
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