이산화탄소보다 온실가스 효과가 86배 높은 메탄을 활용해 물고기의 먹이가 될 어분을 생산하면 기존 어분보다 비용이 20%가량 절감된다는 연구결과가 나왔다. 이 메탄 활용법은 기후위기와 식량위기를 모두 해결할 수 있는 방안으로 기대를 모으고 있다.
최근 미국 스탠포드대학 연구진은 메탄을 이용해 박테리아를 단백질이 풍부한 어분으로 생산하면 기존 어분보다 비용이 절감된다는 사실을 발견했다. 연구진에 따르면 메탄으로 어분을 생산하면 높은 수익성이 보장돼 전세계 모든 어류의 수요를 충족할 수 있다고 한다.
메탄은 대류권 오존의 농도를 높여 대기질을 나쁘게 만든다. 메탄 배출량은 산업혁명 초기부터 현재까지 이산화탄소 배출량 증가속도보다 2배 이상 빠르다. 이 때문에 오존으로 인한 호흡기 질환으로 사망하는 사람이 매년 전세계에 걸쳐 약 100만명이 발생하고 있다.
그런가 하면 해산물 소비량은 1960년 이후 4배 이상 증가했다. 그 결과 야생 어패류는 고갈되고 있고, 현재 우리가 먹는 해산물의 약 절반가량은 양식장에서 공급되고 있다. 게다가 2050년까지 전세계 수생생물의 수요는 2배 이상 늘어날 것으로 연구진들은 전망했다.
연구진들은 이 두가지 문제를 한꺼번에 해결할 수 있는 방안으로 박테리아인 '메탄영양체'(methanotrophs)를 제시했다. 이 박테리아는 저온의 물로 채워진 생물반응기에서 가압된 메탄, 산소, 질소, 인, 미량금속 등의 영양분을 공급받으며 자랄 수 있다. 이렇게 성장한 바이오매스는 단백질이 풍부해 양식사료로 사용할 수 있다. 즉 소형어류로 만든 어분이나 식물성 사료를 대체할 수 있는 것이다.
이전에는 메탄을 식량안보 해결책으로 전환하는 방안이 경제적 불확실성으로 인해 제자리걸음하고 있었다. 2000년 이후 어류 가격이 거의 3배 이상 인상됐음에도 불구하고 메탄을 활용하는 것은 경제성이 불분명했다.
이에 스탠포드 연구진은 폐수 처리공장과 매립지 및 석유가스 시설 그리고 상업용 천연가스 그리드에서 구입한 천연가스에서 메탄을 공급하는 시나리오를 각각 모델링해 수익을 창출할 방안을 모색했다. 연구진은 전력 및 노동 가용성 비용을 포함한 다양한 변수를 살펴보며 수익성을 분석했다.
그 결과 '메탄영양체' 어분 생산비용은 매립지에서 메탄을 공급받을 경우 1톤당 1546달러 들었고, 석유가스 시설에서 메탄을 공급받을 경우 1톤당 1531달러 들었다. 이는 지난 10년 어분의 평균 시장가격 1톤당 1600달러보다 낮은 수준이다.
폐수 처리공장에서 구입한 메탄으로 생산했을 때 비용은 1톤당 1645달러로, 평균 어분 가격보다 다소 높았다. 또 상업용 천연가스 그리드에서 메탄을 구입해서 사용하면 생산비용이 1톤당 1783달러로 높게 나왔다.
모든 시나리오에서 전력 비용은 전체의 45% 이상을 차지했지만 전기요금이 저렴한 미시시피나 텍사스같은 주에서 생산하면 이 비용을 20% 이상 낮출 수 있다. 이를 종합해보면, 메탄으로 어분을 생산하는 비용은 1톤당 1214달러다. 이는 기존보다 1톤당 386달러 싼 것이다.
연구진은 열을 더 잘 전달하는 원자로를 설계해 냉각비용을 낮추고, 낭비되거나 사용되지 않는 비경제성 가스로 동력을 공급한다면 전기요금을 더 줄일 수 있을 것으로 봤다. 폐수 처리공장의 메탄을 사용할 경우 폐수 자체는 냉각뿐만 아니라 질소와 인을 공급하는 데에도 사용될 수 있다.
이같은 효율성으로 메탄영양체 어분 생산비를 20% 절감할 경우, 경제성이 충족될 것으로 연구진은 분석했다. 나아가 공정에 소요되는 비용을 더 줄일 수 있다면 어분뿐 아니라 대두와 동물 사료까지 대체할 수 있다고 한다.
연구의 공동저자 에반 데이비드 셔윈 스탠포드대학 에너지자원공학 박사는 "수십 년간의 노력에도 불구하고 에너지 산업은 비경제적인 천연가스 활용에 어려움을 겪고 있다"며 "그런데 에너지와 식품 문제를 함께 살펴보기 시작하면서, 이 두 가지 문제를 한 번에 해결할 실마리가 생긴 것이다"고 전했다.
해당 연구는 네이처 지속가능성(Nature Sustainability) 저널에 게재됐다.
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