최근 옥수수, 고구마 및 비식용 셀룰로오스계 작물 등을 바이오에너지의 주원료로 셀룰라아제 생산기술, 전처리, 고효율 미생물 개발 등이 연구 되고 있다. 바이오에너지 기술 및 소재 관련 논문발표와 특허출원 현황을 국가별로 보면 미국과 유럽, 일본, 브라질, 중국등 세계적으로 활발히 이루어지고 있으며, 한국 또한 전체 논문 중 약 \( 2.2 \% \)를 차지한다. 특허출원은 논문발표보다 좀더 활발히 이루어지고 있으며, 국가별 랭크를 분석 하면 미국과 유럽의 바이오에너지 시장이 활성화 되어 있음 알수 있다. 그리고 바이오에너지 기술 특허지형도를 분석하면 바이오매스를 이용한 바이오에너지전환기술, 이산화탄소 포집을 위한 연소 장치 제반기술, 해양조류를 이용한 바이오에너지 기술, 미생물 발효공정을 이용한 바이오에너지 분야에 특허 출원이 활발한 것을 알 수 있다.
<h1>바이오에너지 국내 외 기술동향</h1> <p>미국은 바이오에너지의 주원료가 옥수수이며 최근 고구마로 검토 중이며, 에탄올 생산량은 '90년대에 34억 \( L \)에서 '07년에는 250억 \( L \)까지 증가하였고, 비식용 셀룰로오스계 작물을 이용한 에탄올 생산을 추진하기 위해 저가의 셀룰라아제 생산기술, 전처리, 고효율 미생물 개발에 주력하고 있다. 또한 식물, 해조류를 이용한 열분해, 고압의 수소화 등으로 고체 바이오매스 연료에서 직접적으로 바이오원유를 생산하는 기술을 개발 중이다. 브라질은 세계에서 바이오에탄올 상용화율이 가장 높은 브라질은 사탕수수를 주원료로바이오에탄올을 연간 245억 \( \mathrm { L } \) 를 생산하며 미국에 이어 세계 제 2위 수준이다. 1980년대부터 브라질 내 절반 이상의 차량이 \( 95 \% \) 에탄올(E95)로 운행되며, 현재 브라질 내 가변연료차량 (FFV)이 전체 차량의 \( 50 \% \)이상이고, \( 25 \% \)이상의 무수에탄올 배합을 의무화하고 있다. 일본은 Cool Earth를 기치로 바이오매스 일본 종합전략을 수립하여 다양한 종류의 바이오매스를 이용한 친환경 에너지 기술을 개발하고 있으며, 300개 지역에 바이오매스타운 건설 계획 공표하고 곡물이용보다는 자원형, 폐기물 등 이용한 바이오에너지 생산 및 해외 plantation을 통한 에너지 작물 확보 및 생산기술 개발 연구에 박차를 가하고 있다. 중국은 옥수수, 밀, 카사바, 고구마를 이용해 바이오에탄올을 생산하고 있는데, 생산량이 '03년에 28백만 \( L \)에서 '07년 1,840백만 \( L \)로 급속히 증가하는 추세이다. 독일은 초본계, 목질계 및 폐기물 이용한 다양한 바이오에너지 생산 연구를 추진하고 있으며, 특히 유채를 중심으로 하는 바이오디젤 생산 체제 구축 및 바이오디젤용 다수성 유채 품종 개발 연구는 세계적인 수준이며, 2010년까지 총에너지 소비의 약 \( 9 \% \) 수준의 바이오에너지 공급 확대를 위한 연구개발과 기술보급에 총력을 기울이고 있다. 유럽은 억새, 스위치그래스, 코드그래스, 코끼리 풀 등 섬유질계 바이오에너지용 원료작물 품종개발 및 육종기술 개발과 생산, 수거 시스템 개발을 통해 가격 경쟁력있는 원료 확보에 주력하고 있는데, 특히 1934년부터 일본 등 동아시아에서 억새 유전자원을 수집하여 고생산성 C4 비식량 바이오에너지 자원으로 'LOTTUM' 등 3배체 개량억새 (Miscanthus X gigantus)를 다수 육성하였다. Cellulosic 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하는 분야에서 애로 기술은 ①저가의 셀룰라아제 생산 기술 ②셀룰로오스 등의 분리를 위한 전처리 ③고효율 발효 미생물 개발 등이다. 이러한 애로 기술 가운데 저가의 셀룰라아제 생산 기술은 미국의 효소 전문회사인 Genencor Inc와 덴마크 Novozymes Inc에서 미국 에너지성의 연구비 지원을 받아 셀룰라아제 생산비용을 기존대비 1 / 10이하로 낮추는데 성공하였다. 미국의 환경보호국 (Environmental Protection Agency, EPA)은 당류, 셀룰로오스와 같은 바이오매스로부터 바이오부탄올을 생산하는 방법을 개발코자 오하이오대학과 The Consortium for Plant Biotechnology Reserach project, CPBR을 수행한 결과 부탄올 생산을 위한 2단계 발효공정 (1단계는 butyric acid bacterium가 glucose와 xylose를 부티르산으로 전환시키고, 2단계 바이오반응기에서 Clostridium tyrobutyricum에 의해서 부티르산을 부탄올로 전환)을 연구하였다. 수송용 바이오에너지 가운데 국내 에서 상용화가 가장 빠른 바이오디젤 (세부기술인 전처리, 전환기술, 물성향상)이 \( 74 \% \)로 가장 높은 수준이었고, 에너지용으로는 현재 실증연구 중이나, 주정생산으로 이미 기술이 상용화된 바이오에탄올 (세부기술인 전처리/당화, 발효기술, 정제기술)은 \( 65 \% \)로 비교적 높은 수준으로 나타났다. 차세대 바이오연료로 연구되고 있는 바이오부탄올과 BtL (Biomass to Liquid) 연료에 대하여는 바이오부탄올은 미국이, Bt \( L \)은 유럽을 중심으로 상용화를 추진 중에 있는 기술로 선진국을 \( 100 \% \)로 비교해볼 때 국내 기술수준은 \( 43 \% \)로 초반의 기술수준을 보이고 있으며, 국내의 경우 실험실 수준이거나 저용량 pilot plant에 머물고 있다. 국내에서 바이오디젤의 원료인 기름작물 (유채)과 바이오에탄올의 원료인 전분작물 (보리, 밀, 옥수수, 고구마 등)의 품종개량, 최대생산 기술 등은 선진국과 대등하며, 비식량 cellulosic 바이오매스 작물인 초본류 (억새, 갈대, 부들, 대마, 모시 등)은 일부는 품종개량이 이루어졌지만 아직은 자원수집 및 원료작물로서의 특성 평가 중 에이다. 전분을 원료로 한 바이오에탄올 생산 공정은 이미 세계적인 수준이나 cellulosic계인 바이오매스 작물 및 농림부산물 (볏짚, 보릿짚, 옥수숫대 등)을 원료로한 바이오에탄올 생산 공정은 현재 전처리, 당화 및 발효에 필요한 원천기술을 개발 중이며, 실험실내에서 소규모 pilot plant를 운전 중에 있다. 바이오에너지 기술은 2000년대 중반 급격히 논문 발표가 증가하여 2000년대 후반에는 1500편 이상의 SCI급 논문이 발표되고 있다. 바이오에너지 기술은 미국, 중국, 일본, 브라질, 인도의 논문 발표가 활발히 진행되었으며 한국의 경우 157편의 논문발표로 총 7,133편의 논문 중 약 \( 2.2 \% \)의 논문을 발표하였다. 바이오에너지 기술 관련 논문은 미국 농무성, 중국과 학대학, 인도 기술 연구소 등의 논문 발표가 활발하였다. 바이오에너지 기술 관련 특허는 2001년부터 특허출원이 나오기 시작하였으며, 2009년 현재 386건의 특허가 출원되었다. 바이오에너지 기술 특허는 대부분 많은 기관에서 한건 이상씩 특허를 출원하였고, 브라질과 일본 TOYOTA, SONY 등에서 출원되었으며 대부분 바이오연료 회사에서 특허 출원하였다. 바이오에너지 관련 특허를 가장 많이 출원한 국가는 미국이며, 일본에서 출원이 증가하였고, 한국은 19건 \( (2.2 \%) \)의 특허를 출원하여 5위에 랭크되었다. 바이오에너지 기술 관련 특허는 미국에 가장 많은 398건의 특허가 출원되었으며 전체 특허의 약 \( 47.6 \% \)를 차지한 것으로 볼 때, 미국과 유럽에 바이오에너지 시장이 활성화 되어있는 것으로 분석되었다. 바이오에너지 기술의 특허를 특허지형도로 나타내면 바이오매스를 이용한 바이오에너지전환기술, 이산화탄소 포집을 위한 연소 장치 제반기술, 해양조류를 이용한 바이오에너지 기술, 미생물 발효공정을 이용한 바이오에너지 분야에 특허 출원이 활발하다. 바이오에너지 소재의 특허출원과 논문발표 현황을 국가별로 랭크하면 미국과 독일, 일본의 경우 가장 특허출원과 논문발표가 활발한 것으로 분석되었고, 한국의 경우 바이오에너지 소재 관련 특허출원이 논문 발표보다 활발히 진행되고 있으며, 브라질, 영국, 스페인도 상위권에 랭크되어 바이오에너지 관련 기술 개발이 활발히 진행되었다. 캐나다, 중국, 인도의 경우 논문발표가 특허출원보다 활발히 진행되고 있는 경향이었다. 바이오에너지 기술은 매년 재생산이 가능한 자원이라는 점과 원료작물 생산에 재배되는 최적품종을 개발할 수 있는 기술이나 인프라가 갖추어져 있고, 정부의 녹색 기술을 바탕으로 저탄소 녹색성장 정책의 강력한 추진을 바탕으로 에너지 자급률 제고 및 농작물 수요 증가를 통한 새로운 농가소득창출에 기회가 될 수 있다. 한편 바이오에너지 원료작물의 생산에 필요한 재배면적이 늘어나면서 대규모의 경작지가 특정 작물로 편중됨에 따라 산림훼손이나 생태계의 교란의 우려가 상존한다. 식량작물 위주의 바이오에너지 원료사용과 바이오매스 자원의 생산으로 식량작물과의 경합이 원인이 되어 식량수급의 불균형을 초래하여 곡물가격의 폭등이나 저개발국의 기아를 심화시킬 수 있다.</p>