The production of bio-energy crops is a major research project in the emphasizing the “low carbon ․ green growth” strategy. For this, the possibility of the introduction of the new energy crops improve the agricultural income from farming must be diagnosed. This study describes the level of agricultural income per unit area by cropping system based on the income of crops in the field. Especially, we have chosen the southern part attracting the attention in the possible area of the bio-energy crop production. This study consists of five chapters. Chapter Ⅰ is the introduction. Chapter Ⅱ is on the status of the southern part cropping system and the analysis of the economic value. Chapter Ⅲ is on the economic value analysis introducing new bio-energy crops. Chapter Ⅳ is on the comparative analysis for the economic value of the croping system introducing new bio-energy crops. Chapter Ⅴ is the conclusion.

1. 바이오에너지 개요 - 바이오에너지란 동식물 등을 원료로 하여 생산되는 신․재생 에너지로서, 경유를 대체하는 바이오디젤과 휘발유를 대체하는 바이오에탄올이 대표적임 - 바이오에너지는 경유보다 가격경쟁력이 낮지만, 화석연료 대체, 온실가스 감축, 환경오염 저감, 농가소득 보전 등의 사회적 편익을 위해 세계는 정부차원에서 생산․공급을 추진하고 있음 2. 바이오에너지 국제 동향 - 고유가 및 화석연료 대체에너지에 대한 세계의 관심이 고조되는 가운데 , 바이오에탄올은 2000~2005년 사이에 2배 이상 증가하였고, 바이오디젤은 동기간에 4배 이상 급격하게 증가하였음 - 미국, 유럽, 브라질 등 바이오에너지 선진국은 관련법 또는 제도를 갖추고, 이 토대위에서 세금감면, 보조금 지원, 의무사용 등의 정책을 개발하여 시행하고 있음 3. 한국의 바이오에너지 정책 - 국내에서도 바이오디젤은 시범보급(02~06) 이후, 경유에 약 0.5%(연간 9만㎘)를 혼합하여 공급하고 있음 - 그러나 국내 바이오디젤의 원료는 대부분 수입되고 있어(수입대두유 77%, 폐식용유 23%) 바이오디젤의 사회적 편익이 낮아 바이오디젤 보급의 명분 약화 4. 바이오디젤과 농업정책 - 바이오디젤 보급정책은 농업과 연계될 경우, 사회적편익을 극대화 할 수 있음 - 농림부에서는 ‘바이오디젤 유채생산 시범사업’을 통해 원료용 유채의 생산-공급체계를 구축할 예정임

혐기성 세균인 Clostridium cellulovorans는 셀룰라아제 복합체인 셀룰로좀(cellulosome)을 통해 목질계 바이오매스(lignocellulosic biomass)를 분해한다. 바이오매스 성분은 기본적으로 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin) 등으로 구성된 혼성중합물이므로 단일효소론 효과적인 분해가 이루어 지지 않는다. 최근의 본 연구자는 C.cellulovorans의 셀룰로좀 유전자 전사체 조절자 인식연구, 프로티오믹스 분석연구 및 변형체 분해효소 합성연구를 통해 셀룰로좀은 배양배지의 구성성분(에 너지 및 탄소원)에 따라 그 복합체 구성 효소를 조절하고 특이적 셀룰로좀 소집단을 구성해 가장 높은 효소 활성도를 형성한다는 사실을 밝혔다. 이 같은 연구 결과를 근거로 바이오매스의 구성성분에 맞추어 분해 효율이 높은 유전자가 조작된 변형체 미니셀룰로좀(minicellulosomes)을 디자인하고 이를 각각 다른 기주의 산업 미생물에 발현시켰다. 이렇게 구성된 유전자 재조합 미생물은 바이오매스를 주원료로 하여 바이오에너지를 생산 한다. 궁극적으로 미니셀룰로좀을 통해 바이오매스를 당으로 변형시키는 연구는 효모(Saccharomyces cerevisiae)를 기주로 이용한 에탄올 발효뿐 아니라 선택된 유용한 산업 미생물(Corynebacterium glutamicum, Bacillus subtilis)에 따라 산업적으로 유용한 바이오에너지 및 바이오폴리머를 생산하는 바이오정유산업(biorefinery)의 터전을 마련할 수 있게 될 것이다.

고유가 및 지구 온난화 문제가 심각하여짐에 따라 바이오매스로부터 생산되는 바이오에너지를 생산하여 이용하려는 방안이 활발하게 검토되고 있다. 바이오에너지는 열, 전기 또는 차량용 연료 등으로 활용 가능하며 일부 바이오에너지는 국내에서도 실제 생산하여 이용되고 있다. 바이오에너지는 화석에너지에 비해 많은 장점이 있지만 경제성이 떨어진다는 결정적인 약점을 갖고 있다. 또한 차량용 바이오연료의 경우 현재 생산에 사용되는 원료가 식용 곡물이어서 바이오연료의 보급이 늘어남에 따라 식량 가격이 치솟는 문제도 발생하고 있다. 국내외에서는 이러한 문제 해결을 위해 다양한 연구가 진행되고 있으며 본고에서는 현재 수행되고 있는 바이오에너지 기술 개발 현황에 대해 소개하고자 한다

산업혁명 이후 오늘날까지 인류의 생존을 위한 경제생활의 주 에너지원은 화석연료였다. 화석연료는 에너지 및 연료 그 차체뿐만 아니라 의약품, 농약, 향료, 플라스틱, 고무, 접착제, 합성섬유 등과 같은 다양한 탄소제품의 기본 원료를 제공한다. 20세기 포드주의에 기초한 대량생산 및 대량소비체제의 기술-경제시스템은 그러한 연료의 사용을 가속화시켰다. 그 결과, 가용할 화석연료의 매장량이 얼마 남아 있지 않는 것으로 추정되고 있다. 게다가 인류에게 의․식․주, 특히 식량, 의약품 및 산업용 유용물질을 제공해 왔던 생물자원의 파괴 및 남용과 이를 통한 다양성 감소는 에너지 및 자원위기를 가중시켜 인류의 생존을 위협할 것으로 전망되고 있다. 생물은 가뭄에 말랐다가도 비가 오면, 다시 물이 채워져 솟아오른다. 화석연료는 퍼 올리는 만큼 재충(再充)이 안 된다. 전 세계에 매장되어 있는 화석연료의 사용가능 연수는 현재의 연간 생산량만큼 매년 화석 연료를 생산한다면 석유(1조 196억배럴)는 앞으로 43년, 천연가스(144조m2)는 62년, 석탄(1조 316억톤)은 231년, 원자력발전에 이용되는 우라늄(436만톤)은 앞으로 72년이 지나면 없어질 것으로 에너지 전문가들은 예측하고 있다. 최근 국제 유가의 상승은 수급불안이 구조적으로 고착화되어 고유가 기조가 장기화될 조짐을 보이고 있으며, 이러한 에너지 위기는 에너지 자원의 고갈과 에너지의 과도한 사용으로 발생한 기후 변화라는 두 개의 전선에서 동시에 밀려오고 있습니다 . 국제 에너지 가격 상승에 따른 에너지 안보와 지구온난화에 대한 CO2 저감의 대비책을 마련하고, 농산물 완전개방화시대에 직면한 시점에서 농업의 먹을거리ㆍ입을거리 기능에 환경친화적 순환형 바이오에너지의 원료 생산 기능이 새롭게 부각되면서 위기에 직면한 농업에 새로운 활로가 될 수 있을 것입니다. 바이오 연료의 대표적인 예로는 메탄올(Methanol), 바이오에탄올(Bioethanol), 바이오디젤(Biodiesel), 바이오가스, 기타 고형 연료 등을 들 수 있다. 이들 모두는 전력생산이나 수송수단의 연료로 쓰일 수 있지만, 현재까지는 바이오에탄올과 바이오디젤이 수송용 연료를 중심으로 상업화가 가장 활발하다. 바이오디젤용 원료작물에는 유채, 콩, 해바라기, 팜, 자트로파, 아주까리, 땅콩 등이 있으며, 바이오에탄올용 원료작물은 당료작물(사탕수수, 사탕무, 단수수 등), 전분작물(옥수수, 카사바, 야콘, 고구마, 감자, 돼지감자, 벼, 보리, 밀 등), 사료작물(진주조) 및 초본작물(Switch grass, Miscanthus, Reed Canary grass 등)로 구분된다. 농촌진흥청에서는 ‘친환경바이오에너지연구사업단’을 구성하여 바이오에너지 원료작물에 대한 품종개발 및 최대생산 기술개발에 관한 연구에 집중하고 있다

우리나라는 바이오디젤을 생산하기에 알맞은 작물로 유채가 급부상하고 있다. 그 이유는 다수성인 유채 1대잡종 품종이 이미 개발되는 등 육종성과가 크고, 겨울재배가 가능하여 작부체계가 유리하며, 양질의 바이오디젤 생산이 용이하기 때문이다. 국내 바이오디젤은 수입 콩기름이나 폐식용 기름을 정제하여 2005년에 약2만톤 정도 생산했으나 유채에 비해 품질과 수량면에서 한계를 드러내고 있다. BD20(경유 80%+식물성 기름20% 혼합유)의 품질을 높이기 위해서는 유채 원료만이 가능하다고 보고 있다. 우리나라는 바이오디젤에 관해 2002년부터 시범사업을 추진해왔으며 2006년 7월 1일부터 BD5(식물성기름 5%+경유 95% 혼합유)를 전국에 보급 중에 있다. 정부는 지난 9월7일 「바이오디젤 중장기 보급계획」을 확정했다. 그 주요내용은 경유에 혼합되는 바이오디젤 비율 목표를 내년부터 매년 0.5% 포인트씩 높여 2012년까지 3.0%로 설정하여 추진키로 했다. 이 목표달성을 위한 원료작물 생산기반 구축이 절실한 실정이다. 바이오연료 원료작물을 국내에서 생산할 때만이 에너지 확보, 온실가스 감소 및 농가소득 안정화에 크게 기여할 것이라고 널리 알려져 있다. 농촌진흥청 친환경바이오에너지연구사업단의 목표는 바이오에너지 원료작물의 안정적인 생산과 공급체계 구축에 있다. 즉, 바이오연료 생산에 많은 양의 농산물이 투여되기 때문에 수량성 증대를 위한 품종개량에 중점을 두는 것이다. 또한 국내 바이오에너지 원료작물의 생산성이 낮기 때문에 최대 생산기술 개발 및 생력화를 통한 생산비 절감 등에도 역점을 두고 있다. 바이오에탄올용 원료작물 연구는 바이오에너지 국가정책 수립과 발을 맞추어 국내에서 최대생산이 가능하고 유망한 작목 및 품종 선정에 치중할 계획이다. 식용자원과 경합을 피하기 위해 비식용 바이오매스 작물 탐색 연구도 추진 중에 있어 앞으로 원료작물 생산성 증대에 크게 기여할 것으로 보인다.