미 정부, 발효 분야 발전을 위해 iFAB 투자 지원책 발표

바이든 정부는 7월 2일 테크 허브(Tech Hub) 12곳에 대한 추가 지원을 발표하였다. 이는 2023년에 지정된 31개의 테크 허브 중 지역 사회 기여도가 가장 높은 곳을 선별하여 추가 지원을 한 것이다. 이의 일환으로 일리노이주 ‘발효 및 농업 생명공학 허브’(Illinois Fermentation and Agriculture Biomanufacturing, iFAB)는 발효 분야에서의 발전 가능성이 크다는 점을 인정받아 5,100만 달러를 지원받게 되었다.

* 31개 테크 허브 : CHIPS법과 Science Act에 따라 퀀텀 컴퓨팅, 자율 시스템, 청정 에너지, 반도체 제조 등 다양한 분야에서의 기술 혁신을 위해 지정

연방정부의 지원과 더불어 일리노이 주지사 JB 프리츠커(JB Pritzker)는 앞선 3월에 바이오 제조 및 정밀 발효 기술을 발전시키기 위한 6억 8천만 달러 규모의 투자책을 발표하였다. 해당 금액은 이노베이트 일리노이(Innovate Illinois)'*와의 협력을 통해 iFAB 확장에 사용될 예정이다. 이와 관련하여 프리츠커 주지사는 “일리노이는 바이오 제조 및 정밀 발효의 글로벌 리더로 거듭날 것”이라고 말했다.

* 연방 자금 확보를 위해 일리노이주가 2023년에 설립한 공공-민간 연합

iFAB 테크 허브는 ‘일리노이 대학교 어바나-샴페인 캠퍼스’(University of Illinois Urbana-Champaign)의 ‘통합 생물처리 연구소’(Integrated Bioprocessing Research Laboratory, IBRL)가 이끄는 컨소시엄이다. 옥수수와 대두 등의 작물을 정밀 발효하여 대체 단백질, 상업용 기름, 화장품 등 다양한 고부가가치 상품의 제조를 목표로 한다. 이를 통해 농부에게 시장 안정성을 제공하고 바이오 기반 비즈니스의 성장을 촉진하고자 한다.

일리노이 주에 iFAB이 설립된 이유는 정밀 발효의 주원료가 풍부하고 전기요금이 낮기 때문이다. 일리노이 주의 대두 생산량은 미국 내 1위이며 옥수수는 2위를 기록할 정도로 풍부하다. 또한 일리노이 주의 평균 전기 요금은 전국 평균 요금인 17센트/1kWh(시간당 킬로와트)보다 11% 낮은 16센트/1kWh이다. 이와 같은 낮은 에너지 비용은 대량의 전기를 필요로 하는 바이오 제조 공정과 정밀 발효 기술을 발전시킬 수 있는 이상적 환경을 제공한다.

화석 연료의 대체제로 떠오르는 정밀 발효

정밀 발효를 통한 생명공학은 다양한 측면에서 최근 각광받고 있다. 먼저 옥수수를 정밀 발효시키면 에탄올로 가공할 수 있는데 이는 화석 연료를 대체하고 석유 의존도를 낮출 수 있다. 글로벌 컨설팅 기업인 콤패스 컨설팅(Compass Consulting)의 자료에 따르면 옥수수 기반 에탄올은 휘발유에 비해 온실가스 배출을 최대 43%까지 줄일 수 있고 에너지 효율을 높이는 것으로 나타났다. 이는 매년 자동차 2,000만 대의 대기오염량을 줄이는 것과 같다고 한다.

< 에탄올과 휘발유의 에너지 효율성 >

(단위: BTUs (British Thermal Units) 영국열 단위)

[자료: International Energy Agency, IEA]

또한, 발효 성분은 화장품과 대체 단백질 생산에도 활용될수 있다. 옥수수와 대두 발효과정에서 생성되는 피틴산(phytic acid)과 갈락토올리고당(Galacto-oligosaccharides, GOS)은 항염증 효과가 있어 피부 염증을 진정시키는 화장품 성분으로 활용할수 있다. 또한 옥수수와 대두를 통해 생산되는 식물성 대체 단백질은 동물성 제품보다 소화 흡수율이 높고, 비타민, 미네랄 등이 보강된다. 생산 과정에서의 탄소 배출이 적어서 지속 가능한 선택을 할 수 있기 때문에 발효 성분을 사용한 대체 단백질 식품의 수요도 지속적으로 높아질 전망이다.

이와 같은 수요 증가로 글로벌 시장조사 기관인 그랜드 뷰 리서치(Grand View Research)에 따르면, 미국의 2021년 바이오테크 시장 규모는 3,683억 달러이며, 2024년부터 2030년까지 연평균 12.4%씩 성장할 것으로 전망된다. 이는 미국 정부가 청정 에너지법(Clean Energy Act)의 일환으로 탄소 배출량 감소를 위해 청정 에너지 개발에 투자하면서 야기된 것으로 분석된다. 보다 세부적으로 바이오테크의 일종인 발효 화학 시장 규모는 시장조사 기관인 프리세덴스 리서치(Precendence Research)에 따르면 2023년에 약 204억 달러였고, 연평균 7.5%씩 성장하여 2033년에는 약 422억 달러에 이를 것으로 전망된다. 이로 인해 2030년까지 100만 개의 일자리를 창출할 것으로 예상된다.

< 2023~2033년 미국 발효 화학 시장 규모 >

(단위: US$ 십억)

[자료: Precedence Research]

iFAB, 미국 내 바이오 제조 수요의 해결책으로 부상

그러나 정밀 발효에 대한 수요가 높음에도 불구하고 미국에서의 시설 설비는 아직 미비한 상태이다. 특히 바이오 기반 화학 제품을 생산하는 Amyris와 LS9을 공동 설립한 제이 키슬링(Jay Keasling)에 따르면, 미국에서는 1,000L 발효기와 10,000L 발효기의 공급이 부족하여 많은 벤처 기업들이 적절한 바이오 제조 업체를 찾지 못해 유럽으로 이동한다고 한다.

그런 점에서 iFAB 테크 허브는 미국에서 가장 큰 최첨단 생물공학 시설인 통합 생물처리 연구소(IBRL)를 통해 다양한 바이오 제조 수요를 충족시킬 수 있을 것으로 기대된다. 특히 이번 투자를 통해 iFAB는 기존 발효 테스트 용량을 2,932L에서 12,312L로 확장하고, 시설 면적으로 4만 평방피트에서 7.5만 평방피트로 확대할 계획이라고 발표하였다.

iFAB에 따르면 미국에서 가장 수요가 높은 발효기는 파일럿 스케일(Pilot Scale)과 데모 스케일(Demonstration Scale)이다. 파일럿 스케일은 1,000L 발효기로 새로운 발효 공정을 테스트할 때 사용되고 데모 스케일은 10,000L 발효기로 대규모 생산하기 전에 중간 규모의 생산 테스트를 할 때 사용된다. iFAB 테크 허브는 발효기의 수를 늘려 일리노이의 생물 처리 산업을 글로벌 발효 제조 허브이자 테스트베드로 성장시키는 데 주력하고 있다.

< 발효 산업 인프라 부족 >

[자료: iFAB]

시사점

정밀 발효 기술의 발전은 환경 보호와 지속 가능성을 고려한 에너지 생산 방안을 제공함으로써, 미래 에너지 시장에서의 역할이 더욱 커질 것으로 예상된다. 그런 점에서 바이든 정부는 iFAB에 대한 투자 외 바이오 연료 생산 시설을 위한 바이오매스 원료 작물을 재배하는 토지 소유주와 운영자에게 바이오매스 작물 지원 프로그램(BCAP; Section 9010)을 통해 재정 지원을 제공하고 있다. 이와 같은 정부 지원 속에 미국의 바이오 테크놀로지와 그 중 정밀 발효 시장은 지속적으로 성장할 것으로 기대된다.

정밀 발효 분야의 성장은 관련된 부품에 대한 수요를 발생시킬 것으로 기대된다. 발효기는 발효가 이루어지는 주 용기인 본체(Vessel), 내용물을 고르게 혼합하고 산소를 공급하는 교반기(Agitator), 교반기의 회전 부분으로 발효액을 혼합하는 임펠러(Impeller), 그리고 온도, pH, 압력 등을 모니터링하는 센서(Sensors) 등으로 구성되어 있다. 이러한 발효기는 반복 실험을 통해 결과를 얻어야 하지만 고가의 장비라는 특성이 있다. 그렇기에 국내기업은 발효 공정의 효율성을 높이고 비용을 절감할수 있는 제품 개발 등을 통해 미국 바이오 테크 시장으로의 수출 기회를 모색할수 있을 것으로 사료된다.