태양광으로 세균 배양…단백질 수확 기존 농법보다 훨씬 많아

영국 로이스턴 인근 들판에 설치된 태양 전지판. 드론으로 촬영했다. 로이터=연합뉴스

현재 79억 명에 육박하는 세계 인구는 21세기 말 110억 명으로 늘어날 것으로 전문가들은 전망하고 있다.

독일·이탈리아·이스라엘 연구팀 논문 #태양전지로 전기 생산해 세균 배양 #공기 중 CO2 포집해 먹이로 제공 #단백질 생산성 10배, 칼로리는 두 배 #"토지 이용 측면에서 훨씬 효율적"

지금도 세계 곳곳에서는 8억 명이 식량 부족으로 굶주리고 있고, 2030년까지 기아를 해결하겠다는 유엔의 지속 가능발전 목표(SDG)도 달성이 불가능하다는 판정이 난 상태다.

이미 지구 육지 면적의 3분의 1이 식량 생산에 사용되는 상황에서 농지를 더 늘리는 것도 생태계에 큰 부담이 된다.
이런 문제를 딛고 식량 생산을 획기적으로 늘릴 수 있는 새로운 '농업혁명'이 절실한 상황이다.

예멘 사나 외곽 지역에서 고향을 떠난 어린이가 지역 구호 기관이 긴급 제공한 식량 주머니 옆에 앉아 있다.EPA=연합뉴스

이런 가운데 독일 막스 플랑크 분자식물생리연구소와 이탈리아·이스라엘 연구팀은 최근 미국 국립과학원회보(PNAS)에 발표한 논문에서 태양광을 이용해 세균의 '단일 세포 단백질(SCP)' 생산이 이러한 돌파구가 될 수 있다고 주장, 시선을 끌고 있다.

SCP는 미생물을 배양해서 단백질이 풍부한 사료나 식품 보조제로 활용하는 것을 말한다.

연구팀은 태양전지를 이용해 전력을 생산한 뒤, 이 전력을 활용해 공기 중의 이산화탄소를 포집해 세균 성장을 위한 탄소원(포름산, 메탄올)을 생산한다는 것이다.

태양전지에서 얻은 에너지로 미생물 단일 세포 단백질(SCP)을 생산하는 과정. 자료:PNAS

또, 세균 배양기 가동과 세균 배양 영양소 생산, SCPf를 식품·사료로 가공하는 데에 들어가는 에너지까지도 태양전지에 얻은 전력으로 충당하는 방식이다.

연구팀은 토지 1㏊(1만㎡)당으로 따지면 세균 SCP 생산이 주요 작물보다 10배 이상 높은 단백질 생산량을 보일 수 있다고 주장했다.

미생물 단일 세포 단백질(SCP)과 기존 농작물의 생산성 비교. 토지 1ha를 사용했을 때 생산할 수 있는 단백질의 양을 비교했다. 자료:PNAS

태양광으로 SCP를 생산할 경우 1㏊당 15톤의 단백질 생산이 가능하고, 520명에게 필요한 단백질을 제공할 수 있다고 계산했다.

이에 비해 1㏊에 대두(콩)를 재배할 경우 단백질 생산량은 1.1톤에 그쳐 40명분만 공급할 수 있다는 것이다.

또, 사탕무를 재배하고 설탕을 추출해서 미생물을 배양할 경우 1㏊에서 2.7톤의 단백질을 얻어 90명을 먹일 수 있다는 점에서 태양전지-SCP 생산이 더 높은 효율을 보인다.

연구팀은 칼로리 생산·공급 측면에서도 최소 2배의 생산성을 보일 수 있다고 강조했다.
태양광 조도가 ㎡당 연간 1600kWh를 초과할 경우 동물 사료 생산에서 기존 농법보다 2~4배의 칼로리를 생산할 수 있다는 것이다.

사람의 식량인 옥수수·쌀·밀과 비교할 때도 2배 이상의 칼로리를 공급할 수 있다.

사람이 먹는 식품을 생산할 경우 세균 세포에서 단백질은 추출하고 핵산은 제거해야 하므로 핵산 제거가 필요 없는 사료에 비해 수율이 절반 정도로 떨어진다.

지난해 10월 프랑스 헴렝글에서 수확한 사탕무가 쌓여 있다. 로이터=연합뉴스

가격 면에서도 SCP는 ㎏당 4~5달러(약 4600~5800원)로 ㎏당 5달러 수준인 완두콩 단백질이나 7달러인 유청 단백질(우유에서 지방·카세인을 제거한 뒤 남은 액체에서 추출한 단백질)과 비슷하다.

곤충에서 생산한 단백질(㎏당 40달러)보다 훨씬 싼 편이다.

연구팀은 향후 태양전지 기술이 향상돼 태양에너지를 전력으로 바꾸는 효율이 더 높아지고, 유전자 변형 생물(GMO)을 활용할 경우 태양전지-SCP의 생산 효율은 더 높아질 수 있을 것으로 전망했다.

연구팀은 "기존 농작물보다 SCP 생산은 물·비료를 효율적으로 사용할 수 있어 환경에 대한 압력을 줄이면서도 식량 문제를 해결할 수 있는 유망한 수단"이라며 "기존 농업 생산을 보완하고 전 세계적으로 자원 효율적인 단백질 공급 가능"하다고 밝혔다.

지난 5월 에티오피아 북부 티그레이 지역의 아굴라 마을에서 티그레이 상호부조회가 할당한 콩을 한 여성이 손으로 퍼올리고 있다, AP=연합뉴스

하지만 실제로 미생물 SCP를 식품으로 사용할 경우 사람들의 거부감을 극복해야 하는 과제가 남아있다.

연구팀도 간단하게 언급했지만, 대량으로 사용될 태양광 패널의 생산 과정에 들어갈 에너지와 자원 문제, 낡은 태양광 패널의 처분은 별도로 따져봐야 할 문제다.