여러 학회의 동향지들은 의외로 많은 정보들을 잘 다이제스트 해 놓은 경우가 많습니다. 조금 오래된 정보이긴 하지만 화학공학정보연구센터에서 제공하는 전문연구정보 통합검색을 이용하면 알짜배기 정보들을 접할 수 있습니다. 그 중에서 2002년 일본공업신문사 지구환경 8, 9월호에 실린 글을 소개한 ,
이라는 글은 조금 오래된 글이긴 하지만 미국의 바이오매스 이용에 대한 변천사를 보여줍니다. 원문을 보실 분은 위를 클릭하시거나 아래를 참고하시길...
바이오매스-미국 (1) 선진국 중에서 최대의 바이오매스 이용국
미국은 부시정권의 지구온난화대책을 포함한 환경보전에 적극적인 대책을 하고 있지만 최근의 유럽처럼 관심을 모으고 있지는 않다. 하지만 실제로 선진국 중에서 최대의 바이오매스이용국은 미국이다. 또한 바이오매스이용에 있어서도 가장 빠른 시기부터 정책적인 대안을 하고 있는 국가이기도 하다.
미국의 바이오매스 이용자의 구성을 보면 공업부문이 전체의 3분의 2를 차지하고 있고 그중에 약 9할은 공업부문에서 바이오매스 제품을 취급하는 펄프, 제지산업, 목재관련 산업이 차지하고 있어 이러한 산업에서 이용이 많은 점은 북유럽 등과 마찬가지이다.
공업부문 다음으로 많은 것이 발전과 일반가정이며 양자는 전체의 15%를 차지하고 있다. 발전에 관해서는 발전용량은 930만kW에 달하며 대형화력발전소 9기 분에 해당돤다. 이것은 1978년부터 일찍이 오일쇼크의 교훈으로 에너지보안확보를 목적으로 전력회사에 발전사업자로부터 회피원가(전력회사가 새롭게 추가적으로 전력을 제공하는 경우에 드는 추가비용)에서의 전력조달을 요구하던 공익사업규제법(PURPA)에 의한 것이다.
이 법률의 시행에 따라 바이오매스를 이용한 소규모발전 설비 건설이 촉진되었으며 예를 들어 임업이 중요산업이 되고 있는 맨주에서는 미국 주 전체 발전량의 26%가 바이오매스 발전에 의해 공급되게 되었다.( 바이오매스자원의 이용방법에 관한 조사보고서 2000년3월, 임야청)
주요소비자의 펄프 제지산업과 목재산업 앞에서 설명한 바와 같이 공업에서 바이오매스 제품을 다루는 펄프, 제지산업 또는 목재산업이 바이오매스 에너지소비전체의 55%를 차지하고 있으며 이런 산업은 1190억 달러(14조엔)의 GDP(국내총생산)를 창출하는 거대산업이며 이 수치는 식품제조산업(1240억달러=15조엔)에 달하는 규모이다.
소규모의 제재업자와 개인 임업가가 많은 것도 사실이며 이런 산업에서 중요한 플레어는 1개사에서 수십만 ha 이상의 삼림을 소유하여 하류까지의 수직통합을 하고 또 다시 하류의 수많은 목재이용제품을 생산하는 대규모의 기업군이다. 그리고 이런 기업 중에는 해외에서의 삼림경영 진출과 국제적인 M&A에 따라 국제적인 무대가 되는 규모의 경제성을 추구하는 움직임이기도 하다.
미국의 임업은 글로발적인 최대비즈니스이다. 이런 기업의 경영은 내외의 경쟁에 따라 극히 효율적으로 당연한 것이며 시장원리에 기준하여 운영되고 있다. 예를 들어 큐우슈우대학대학원의 조사에 따르면 오레곤주에 30만ha의 삼림을 소유하고 있는 대기업 임업기업에서는 원목은 자사의 임업으로 그대로 공장으로 옮기고 공장에서는 제재뿐 만이 아니라 합판과 파티클보드 등 하루제품까지 일괄생산이 이루어지고 있다. 그리고 각 공정에서 나오는 폐재는 타 제품의 원료로 이용되고 마지막으로 남는 것은 수피로 사용하는데 그 수피도 개스킷연료로서 적절히 이용되고 있다.
클린턴의 대통령령
반면에 미국의 정책적 면에서 바이오매스의 이용은 큰 전환기를 맞이하고 있다. 이것은 지금까지의 바이오매스의 발전과 열 이용촉진으로 바이오매스 기원제품개발 촉진의 시프트이다. 클린턴 대통령은 99년에「바이오 제품과 바이오 에너지 개발과 촉진」에 관한 대통령령을 공포하여 2010년까지는 바이오매스 에너지와 바이오제품 소비를 3배로 하여 농업과 지방경제에 200억 달러(2조4000억엔)의 추가수입을 창출하는 방침을 내세우고 있다.
이 대통령령에 관해서는 10년간에 바이오매스의 이용률을 3배로 하는 상당히 적극적인 목표를 들고 있는 것으로 종래의 바이오매스 발전과 열 이용에 넣어 bio refineries 라는 새로운단어를 사용하여 옥수수에서 생산되는 바이오에탄올과 바이오플라스틱 등의 바이오매스 기원제품을 대폭적으로 취급하는 것으로 세상의 주목을 받았다. bio refineries 라는 것은 종래의 oil refineries (석유정제)가 석유를 원료로 하여 연료와 화학제품을 생산하는데 있어서 환경부하가 낮은 바이오매스를 원료로 하여 같은 연료와 화학제품을 생산한다는 계획이다.
부시정권으로 더욱이 bio refineries 경사
미국의 정권이 클린턴에서 부시정권으로 바뀌면서 바이오매스 이용정권도 변혁을 가세하고 있다. 부시정권은 2002년10월에「미국의 바이오 에너지와 바이오 제품의 비젼」을 발표하고 있는데 그 중에서 클린톤 대통령령을 2개의 면에서 크게 변경시켰다.
한 개는 2010년까지는 바이오매스 이용을 3배로 한다는 클린턴 정권의 목표는 대폭적으로 하향조정되었다. 그림3에 나타낸 바와 같이 바이오파워(전력?열이용)와 바이오 연료(바이오 에탄올) 합계에 관해서 2001년부터 2010년까지의 증가율을 1.4배로 하향수정하고 바이오 제품에 대해서는 같은 2.4배로 하였다.
이를테면 클린턴정권에서는 바이오매스 이용을「바이오 에너지」와「바이오 제품」2개의 단어를 이용하여 바이오 에탄올이 어디에 들어가는가가 애매한 것이지만 부시정권의 비젼에서는「바이오 파워」(전력?열이용),「바이오 연료」(바이오 에탄올) 또는「바이오 제품」(바이오 연료를 포함하지않는 바이오매스 기원제품)과 명확하게 구별하게 되었다.
두번째는 국가의 전략을 전력?열 이용을 포함한 바이오매스 전체 이용이 아니라 bio refineries 산업 창출 육성에 집점을 맞춘 전략에 전환한 것이다.
클린턴 대통령령에서는 바이오 에너지와 바이오 제품의 개별목표는 명확하지않지만 부시정권의 상기 비젼에서는 바이오 연료는 30년간이라는 장기간에 걸쳐 연율 15%, 바이오 제품은 연율 5.7%라는 확대를 목표로 하는 반면에 바이오 파워(전력?열)의 목표치는 2030년까지 연율 평균1.5% 에 지나지않는다. 이것은 바이오 파워에 기대하지않는다는 것을 명확하게 선언한 것이다.
출처: 일본공업신문사 지구환경 8월호
미국의 바이오매스 이용-2 바이오매스 이용화학제품에 관한 활동과 영향
지금까지의 미국의 바이오매스 이용 화학제품생산의 중심은 바이오에탄올이었으며 자동차연료용에도 옥수수의 전분으로 대량의 바이오에탄올을 생산하여 왔다. 2002년에는 약2300만톤의 옥수수에서 968만㎘(연료용은 800만㎘)의 바이오에탄올을 생산하였으며 이 2300만톤은 미국의 옥수수 생산량 전체의 약 1할을 차지하며 일본의 옥수수 수입량의 1.4배에 달하는 규모이다.
조금 지났지만 97년에 발표된 시산에 의하면 바이오에탄올생산에 따른 옥수수의 가격이 18.6%상승하여 농가의 수입이 50억달러(약6000억엔) 증가하였다. 또한 관련된 산업에서 19만52000명의 속용이 창출되었으며 바이오에탄올 산업은 미국의 옥수수재배농가와 바이오에탄올 생산자에 있어서 상당히 중요한 산업으로 자리잡고 있다.
정부의 정책적 후원
바이오에탄올 생산 확대의 배경에는 미국정부의 정책적 지원이 있었다. 78년의 에너지 세법에 의해 바이오에탄올 연료에 대한 연방 연료세의 일부가 면제되어 바이오메탄올 이용이 시작되었다. 당초에는 수입원유 의존 감소를 목적으로 한 조치였으나 80년대 이후는 옥수수재배농가에 대한 지원책으로 변화하였다.
90년에 들어와서는 바이오에탄올은 환경대책으로서 새로운 역할을 맡게 되었고 70년대에 환경오염물질배출을 규제하는 것을 목적으로 제정된 대기 정화법은 90년의 개정에 의해 92년~93년의 동계부터 연방대기환경기준(NAAQS)의 일산화탄소 배출기준을 넘는 39개 도시에 대하여 동계에 한정하여 MTBE와 에탄올 등의 함산소화합물을 혼입한 가솔린 이용이의무화되었다.
■사진. 미국은 세계 제1의 옥수수생산국이며 옥수수의 잔여량도 풍부하며 그 할용을 위한 개발이 적극적으로 진행되어지고 있다.
더욱이 그 뒤에 오존층 파손의 문제가 심각화되면서 95년부터는 9개의 지역에서 연간을 통하여 함산소화합물의 혼입에 추가하여 벤젠 등의 성분을 조정한 가솔린(RFG)의 판매가 제도화되었다. 그 후에 자주적으로 채용한 도시에서의 소비를 포함한 RFG는 미국에서 판매하고 있는 가솔린의 3할에 달하고 있다.
RFG용 산소함유화합물로서는 MTBE가 86%를 나타내는 반면에 에탄올은 옥수수지역(cornbelt)에서 사용이 중심이었고 9%에 머무르고 있다. 그 후에 지하 가솔린에서 누설된 MTBE 함유가솔린(MTBE는 발암성의 의문이 지적되고 있다)이 지하수와 토양을 오염시키는 것이 확인되어 캘리포니아 등 12개주가 MTBE사용규제를 대체하는 바이오에탄올의 수요확대가 기대되어 왔다.
■그림.미국의 바이오매스 이용확대 전략
이 움직임과 관련하여 2003년6월 현재 바이오에탄올 사용을 더욱이 확대하기 위한 법안이 한창 심의 중에 있다. RFS(재생가능연료기준)는 현재의 가솔린의 함산소화합물 혼합의 의무화를 바이오에탄올 혼입 가솔린 또는 바이오디젤 사용에 따라 바꾸는 것을 겨냥하고 있으며 2012년에는 바이오에탄올과 바이오디젤의 합계가 50억 갤런(1900만㎘)으로 생산될 것으로 바라보고 있다. 본안의 심의는 포괄에너지 법안 중에서 작년부터 계속되어 결정이 연장되고 있지만 부시정권이 강하게 지원하고 있으며 법제화될 전망이다.
구래형의 성숙기업이 활약하는 확립된 산업
이와 같이 바이오에탄올 시장에서 큰 존재감을 가진 기업이 ADM(Archer Daniels Midland Company)이다. ADM은 미국의 카길사와 나란히 매상 2조8000억엔의 곡물상사로 옥수수, 대두 등 위에서 아래까지의 직립통합을 장점으로 하여 세계 각국에 곡물을 수집, 생산, 공급하기 의한 처점을 가지는 거대기업이다. 미국에는 에탄올생산기업이 약60개사가 있지만 AND의 시장은 4할을 넘어 2위 이하를 크게 떼어놓고 있다. 이 회사는 과거 20년에 걸쳐 바이오 리파이너리 사업에서 1200억엔의 이익을 올렸다고 한다. 이와 같이 미국에서의 바이오에탄올 산업은 구래형의 성숙기업이 활약하는 하나의 확립된 산업으로 되어 있다.
미국의 더할 나위 없는 확대전략: 바이오 리파이너리
미국은 바이오에탄올의 생산을 순조롭게 확대하여 왔지만 이용기술은 실질적으로 옥수수의 전분을 원료로 한 바이오에탄올 생산이라는 성숙기술에 한정되어 있고 바이오매스 본래의 큰 잠재성을 충분히 이용하지않는다 라는 인식이 있다. 따라서 현재 기대되고 있는 것이 「바이오 리파이너리」이다. 바이오 리파이너리는 바이오와 오일리파이너리에서 만들어진 조언이지만 오일파이너리가 그렇듯이 원료에서 여러 가지의 제품을 생산하는 것으로 시장의 확대와 수입의 안정화 그리고 범위의 경제성에 의한 비용 저감을 실현하려는 것이다.
바이오 리파이너리는 옥수수의 전분 뿐만이 아니라 줄기 등의 찌꺼기도 원료로 이용하여 그 찌꺼기를 구성하는 셀룰로오스, hemicellulose 또는 리그닌에서 C5당, C6당 등을 경유하여 에탄올 이외에도 여러 가지 바이오 제품을 생산하려고 하는 것이다.
벤처기업, 대기업, 정부기관의 삼위일체의 전개
종래의 바이오에탄올 생산은 ADM 등의 구래형 기업이 겨냥한데 비하여 바이오 리파이너리의 분야는 벤처기업과 대기업에서 분리설립(spin-off)된 기업이 새로운 기술을 개발하여 이러한 기업이 기존의 대기업과 정부기관과 파트너쉽을 맺어 전개하고 있다. 이와 같은 벤처기업 중에서 대표적인 3개사를 소개한다.
① Cargilldow(株) 카길다우는 97년에 곡물상사의 카길과 종합화학기업의 다우의 절반투자로 설립되었다. 카길사는 80년대후반부터 폴리유산폴리마의 연구를 계속하고 있고 카길사가 폴리유산폴라마 기술과 원료의 조달, 다우사가 폴리마 전반의 기술과 판매 마케팅 능력을 가지고 있는 것에따라 합병기업이 성립되었다.
카길다우사는 3억달러(350억엔)이상을 투자하여 2001년11월에 네브래스카주에 연간 생산 14만톤의 프랜트를 세우고 섬유, 포장재 등의 분야에서 일본의 미쯔이화학 등을 포함하여 각국의 대기업과 제휴하여 순조로운 첫 출발을 보이고 있다. 또한 유산메틸(반도체의 광경화성 수지(Photoresists)희석, 박리로 이용)등 폴리마 이외의 전개도 진행하고 있다. 이 회사는 더욱이 올해부터 3년간에 걸쳐 에너지성에서 총액 4590만 달러(약55억엔)의 예산을 받아 아이오젠, 쉘과 함께 리그노셀룰로오즈(Lignocellulose)를 원료로 한 바이오리파이너리 상업화를 위한 기술개발 프로젝트,「Making Industraial Biorefining Happen」을 진행하고 있다.
②아이오젠(株) 캐나다의 바이오 벤처의 아이오젠은 목재 칩으로 증기 폭쇄 기술을 이용해 소의 사료를 생산하고 있으며 그 후에 유전자 조작 기술을 이용해 식물 섬유를 분해하는 효소 개발을 하고 있고 현재는 펄프?제지 업체 등에 효소를 판매하고 있다.
이 회사가 주목을 끌고 있는 것은 세계에서 처음으로 식물계 섬유에서 에탄올을 생산하는 실증 플랜트를 건설한 것이다. 이 실증 플랜트의 총투자액은 3000만 캐나다 달러(25억엔)이지만, 캐나다의 대기업 석유회사의 페트로캐나다 및 캐나다 정부의 자금원조를 접수 건설되었다. 현재, 2004년의 건설 착수를 목표로 상용 플랜트 건설 계획도 진행하고 있다.
경제적인 규모로서 옥수수 잔여처리량 2000t/일, 연간 에탄올 생산량 22만kl의 거대한 규모를 추정하여 투자 규모는 2억5000만 캐나다 달러(200억엔) 이상을 예정하고 있다. 이 기업은 미국에너지성의 상기 프로젝트의 참가 멤버이기도 하다.
또, 작년에는 쉘이 앞으로 자사가 판매하고 있는 가솔린에 바이오 에탄올을 혼입할 가능성을 전망하여 아이오젠에 4600만 캐나다 달러(37억엔)를 출자하여 20%의 주식을 보유하여 2명의 이사를 파견하고 있다. 쉘은 앞으로 매수도 주시하고 있다고 한다.
③제넨코이 인터내셔널(株) 이 회사는 파로아르트에 본사를 두고 효소와 의약품의 바이오 테크놀러지 기업이다. 유전자 탐색에서 일련의 기능?기술을 보유하는 것을 특징으로 하여 독자적인 제품개발의 프로세스?기술을 강점으로 하고 있다. 이미 전분을 당으로 분해하는 효소를 판매하고 있으며 그연장으로서 에너지성의 예산에 의한 국립 재생가능에너지연구소(NREL)와 공동으로 농업의 찌꺼기 구성 성분인 셀룰로오스와 헤미세르로스를 당으로 분해하는 효소의 기술개발을 진행시켜 왔다. 또한 듀퐁사는 현재 듀퐁이 석유에서 생성하고 있는 소로나라고 하는 3GT폴리머 섬유를 옥수수의 전분에서 생산하는 기술개발을 진행시키고 있다. 소로나는 탄성, 염색성, 내구성이 뛰어나 새로운 의류용 합성 섬유로서 주목을 끌고 있는 상품이다. 이 프로젝트는 듀퐁사가 핵심 기업이 되어 에너지성으로부터 4년간에 걸쳐 1820만 달러(약 220억엔)의예산을 받아 진행하고 있다.
일본의 시사
미국이 바이오 리파이너리(refinery)의 신념이 되는 옥수수의 생산과 옥수수 전분 유래의 바이오 에탄올 생산으로 산업을 확립하고 있는 것은 미국의 바이오 리파이너리(refinery) 전개를 지극히 현실성이 있는 산업으로 하고 있다.
일본에서는 방치해 두면 닥치는 대로 소규모의 상품으로 전개될 염려가 있지만 일본도 바이오 리파이너리(refinery) 산업구축에는 미국의 바이오 에탄올에 상당하는 신념의 구축에서시작할 필요가 있다. 경제적인 측면을 보면 국내에서 현실성이 있는 분야로서는 비교적 양이 많아 한편 처리 수입을 얻을 수 있는 폐기물(가축 분뇨, 식품 폐기물, 건설 발생 목재)이 기대된다. 그 다른 시나리오로서는 도요타가 하고 있는 인도네시아에서의 폴리유산 생산과 같이 해외 전개도 중요한 수단으로서 주시해야 된다고 생각된다.
두번째는 미국에서는 기술 지향의 벤처기업과 관련 산업에 있어서의 주요 기존 플레이어 및 정부가 삼위일체가 되어 전개하고 있다. 산업계, 생산자 단체 등의 자주적인 대처의 필요성은 지난 호에서도 다루었지만 거기에 따라 일본에서도 기술지향의 벤처 기업의 출현이 바람직하다.
세번째에는 미국도 20년에 걸쳐 바이오 에탄올 산업을 지금까지의 규모로 확대하였으며 일본에서도 바이오 리파이너리(refinery) 산업 구축에는 잔재주의 대응이 아닌 장기적인 시야에서의 대처가 필요하다라고 본다.
