바이오에너지
1. 바이오 에너지 개요
: 선진국은 이미 자국에 적합한 바이오에너지를 개발하는데 많은 노력을 기울이고 있다. 바이오에너지란 동, 식물 또는 파생 자원(바이오매스)으로부터 화석 에너지를 대체할 수 있는 대체 에너지원 및 생물소재를 생산하는 열 화학적 또는 생물 공학적 전환기술을 뜻한다.
상기 그림에서 보듯이 다양한 바이오매스에 대하여, 다양한 방법으로 에너지화를 실시하고 있다. 바이오에너지는 주로 최종산물에 따라 바이오연료(바이오디젤, 에탄올), 바이오가스(혐기성소화, LFG), 목질계 고형연료(우드칩, 팰릿 등)으로 구분되며, 계속 다양한 이용방법이 개발되고 있다.
2. 바이오에너지의 중요성
상기의 그림에서 보듯이 OECD국가의 신재생에너지 보급량 중 가장 많은 비중을 바이오가 차지하고 있으며 이 중에서도 특히 밀짚, 목질계 우드칩, 팰릿 등을 포함하고 있는 고형 바이오매스가 전체 신재생에너집ㄴ야의 45% 정도를 점유하고 있고, 액체 바이오연료(바이오디젤, 바이오 에탄올 등)가 3% 정도, 혐기성 소화에 의한 바이오가스가 2.6%를 점유하고 있는데 신재생에너지의 50% 정도를 바이오 에너지가 차지하고 있는 셈이다.
바이오는 국제적으로 탄소를 배출하지 않는 (carbon neutral) 연료로 취급된다. 물론 연소 시 적지만 CO2 등의 온실가스를 배출하나 생장 시에는 광합성을 통하여 온실가스를 흡수하기 때문에 지구의 환경에 영향을 덜 미치는 환경친화적 에너지원이라고 본다.
바이오에너지는 다른 신재생에너지원에 비해 경제성이 높다는 장점이 있다. 태양광이나 풍력 등의 설치단가에 비하여 비교적 단가가 낮은데다가 기존의 시설을 약간만 개보수하면 적용이 가능하므로 향후 바이오 에너지원은 가장 각광받을 수 있는 신재생에너지원이 될 것으로 전망된다.
3. 바이오에너지 개발현황 및 발전방향
가. 유기성 폐기물
: 바이오에너지 분야에서 흔히 말하는 유기성 폐기물은 혐기성 소화를 통하여 메탄가스를 발생하는 물질을 말한다. 이미 주정 및 식품 등의 중저농도의 유기성 폐수는 상당히 많은 부문에서 혐기성 소화물의 대상이 되고 있으나, 요즘 들어 주목받기 시작하는 분야는 고농도 유기성 폐기물, 즉 음식물쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨 등의 상당히 높은 BOD, COD를 나타내는 물질이다. 지금까지 이러한 고농도 유기성 폐기물은 대부분 호기성 처리를 통한 토양매립, 해양투기, 일부는 퇴비화 등을 통하여 처리되어 왔따.
그러나 날로 강화되는 환경규제로 인하여, 앞으로는 이러한 처리가 거의 불가능한 실정이다. 런던협약 및 이에 따른 96개정 협의서에 따라 2010년까지 대부분의 해양투기가 국제협약에 의하여 금지될 예정이며, 해양수산부도 이에 맞춰 2006년 하반기부터 해양투기 금지조치를 단계적으로 실시할 예정이다. 이미 환경부는 유기성 폐기물의 직매립을 2005.1.1 부터 금지시킨 상황이어서 향후 매립이나, 해양투기를 통한 유기성 폐기물의 처리는 점점 힘들게 될 예정이다. 또한, 이러한 환경에서는 다량의 슬러지를 배출시키는 호기성 처리시설도 그 활로가 불투명해질 수 밖에 없다.
또한 대안으로 제시된 소각의 경우, 다량의 다이옥신 및 단가가 기존해양투기의 몇 배 이상 되는 고가로 처리되므로 진정한 대안으로는 부족하다. 이러한 이유로 인해 유기성 폐기물의 혐기소화 및 LFG 이용이 주목을 받게 될 것으로 예상된다.
유기성 폐기물 분야는 국내에서 신재생에너지 기술개발이 시작된 88년부터 활발히 개발되었다. 이러한 결과로 현재도 주정폐수를 비롯한 비교적 저농도 산업폐수 분야는 비교적 활발히 설치, 가동이 이루어지고 있다. 국내의 2012년도 바이오가스 활용량(메탄가스+매립지가스)은 963,363toe 로 전체 신재생에너지 중 10%를 차지하고 있다.
유기성 폐기물 분야는 현재 축산분뇨를 중심으로 단독 또는 통합소화에 대한 연구부분이 상당수 진행되고 있으며, 시범보급 사업 등을 통한 현장적용 부분도 많은 진전을 보이고 있어서 곧, 고농도 유기성 폐기물에 대한 기술적인 부분이 해결되리라 전망된다.
신재생에너지 분야의 기술개발 방향은 크게 생산된 가스의 고도이용 및 시스템의 보완, 새로운 영역 개발 등으로 구분할 수 있다.
먼저 바이오가스의 고도 이용은 용도를 다양화 하는 것이다. 지금까지 바이오가스는 생산지와 소비지의 거리가 있으므로 발전 및 보일러를 이용한 열이용으로만 활용되었다. 대부분의 바이오가스 시설은 입지적인 조건 때문에 사용자가 집중된 도시지역과는 많은 거리가 있었으며, 근처에 시설물들이 없으므로 열병합 등에 사용되는 경우가 드물었다. 그러나 시설물의 크기가 커지면 생산된 열을 단위당 이동단가가 적게 수송할 수 있는 방안이 생기며, 자체의 소화조 가온 등을 활용될 수 있는 방안을 강구할 수 있다. 결국 유기성 폐기물 공동처리장을 중심으로 한 열병합의 가능성이 열리는 것이다.
또한 전기, 열의 이원적 구조가 아닌 고품질 가스화의 추진이다. 일반적인 LFG 가스는 50% 이상, 유기성 바이오가스는 70% 이상의 메탄(CH4) 함량을 가지고 있다. 이미 선진 각국에서는 이러한 바이오가스의 불순물을 제거하고 순도를 높여, 자동차의 연료로 사용하는 방안을 개발하고 활용하고 있다.
순도를 높인 메탄가스는 LNG에 비하여 약간 발열량은 부족하나, 자동차의 연료로 쓰기에는 손색이 없는 성상을 가지고 있다. 이 메탄가스 활용은 현재 가장 많이 사용되고 있는 CNG(compressed natural gas, 압축천연가스) 뿐만 아니라 LNG(액화천연가스)는 물론 활발히 연구가 진행되고 있는 DME(dimethyl ether) 형태로도 고려해볼 수 있다.
선진국에서는 이미 CNG, LNG 형태의 바이오가스 이용을 거의 상업화에 가깝게 진행되고 있으며 국내에서도 CNG, LNG용 승용차 개발은 진행이 되고 있으나 아직 바이오가스를 이용한 생산공정에 대해서는 추진된 바가 없어서 향후 시급히 개발되어야 할 기술이라 할 수 있다.
두번째로 시스템 이용기술의 보완이다. 현재 혐기소화를 이용한 공정은 많은 기업에서 참여하여 중저농도 유기성 폐수에 대해서는 많은 진전이 있었으나, 바이오가스 엔진 및 터빈 등에 대해서는 아직 많은 부문을 수입에 의존하고 있다. 특히 국내 LFG 활용시설은 엔진 및 터빈이 전부 외국에서 수입하고 있어 국산개발을 통한 저렴한 가격의 공급 및 A/S 신뢰성 확보가 시급하다. 또한 국내의 유기성 폐기물의 성상에 맞는 통합소화 기술에 대해서도 좀 더 많은 연구가 추진되어야 하며 이에 대한 메뉴얼화도 동시에 진행되어야한다.
마지막으로 새로운 영역의 개발이다. 현재 유기성 폐기물을 이용하여 수소를 생산하는 공정은 실험실 차원에서는 많이 시행되었으나 아직 세계 어느 나라도 사용ㅇ화 공정에는 성공한 사례가 없다. 현재 수소는 미래의 에너지원으로 각광받고 있으면서도 화석연료를 개질하는 방안 외에 경제성 있는 생산이 거의 불가능하다고 알려져 있다. 결국 향후 몇 년 이내는 경제성을 얻기 힘들 것으로 판단되고 있다. 그러나 지금부터라도 기초적인 연구에 힘을 써야 한다. 향후 수소생산 미생물을 활용하기 위해서는 미리 미생물을 확보하여 특허로 연결시키는 활동이 있어야 하며 유전자적인 방법을 이용한 종주개량 등도 필요하다.
나. 바이오 연료
: 일반적으로 정의하는 바이오 연료는 동, 식물 등 바이오매스(bio mass)를 원료로 추출하는 신재생에너지로써 경유를 대체하는 바이오디젤과 가솔린을 대체하는 바이오에탄올이 대표적이다.
바이오 연료는 기존의 승용차 및 화물차량 등에 대폭적인 개조가 없이 사용이 가능하고 배출가스가 적게 나옴으로써 청정의 효과가 있는 에너지원이다. 또한 식물의 생장 시 CO2를 흡수함으로써 온실가스 감축에 탁월한 효과를 보인다.
바이오디젤의 경우 1ton 의 바이오디젤 소비 시 2.5TCO2 의 절감효과를 가지고 있다고 최근 프랑스의 연구결과에서 밝혀졌으며 바이오에탄올의 경우도 동등정도의 효과를 유추하고 있다. 이러한 바이오연료의 기본효과 외에도 전체 에너지의 97% 이상을 외국에서 수입하고 있으며, 이 중 수송용 에너지가 20% 이상을 차지하고 있는 국내 현실에서는 에너지안보 측면에서도 바이오연료의 중요성이 점점 더 증대된다고 할 수 있다.
선진국에서는 환경 및 에너지 문제와 더불어 국내 농업의 육성을 위해 일찍부터 바이오 연료에 주목했다. EU국가들은 바이오디젤을, 미주쪽은 바이오 에탄올을 중심으로 개발 및 보급을 추진하여 왔으나, 점점 양 부문을 같이 추진하고 있는 국가들이 늘어나고 있으며, 2000년대에 들어서서는 아시아 국가들의 급속한 약진이 늘어났다. 특히 2000년도 이후 고유가 상황이 지속되면서 바이오디젤과 바이오에탄올은 각 분야별로 3.5배, 2배 증가하고 있다.
특히 공해가 심한 지역이나, 공공기관, 자발적인 참여를 대상으로 일반적인 E10(바이오에탄올 함량 10% 함유), BD5(바이오디젤 5% 함유) 이외에도, E85, BD20, BD100의 사용빈도가 늘어나고 있는 실정이다.
국내에서도 이러한 바이오 연료의 중요성에 대하여 인식하고 2002년부터 바이오 디젤의 시범보급을 추진하였다. 기준이 되는 유종은 BD20(바이오디젤 20%)로 2002.5~2006.6의 약 4년간 지정주유소를 통하여 일반 차량에 시범보급 되었다. 그러나 이 기간 동안 석유가격의 전반적인 인상으로 주유소 중심의 혼합, 유통체계에 상당히 교란이 일어났으며, 이에 다른 품질의 문제가 우려되었다.
따라서 산업부는 혼합, 유통의 주체를 정유사로 하여 BD5 기준, 일반 주유소에 전면적으로 보급시키게 되었다. 이에 따른 보급시장의 활성화를 위하여 국내 정유사 및 바이오디젤 회사 등과 함께 자발적 협약(RPA, renewable portfolio agreement)를 체결하여 2006.7~2008.6, 2년 간 매년 9만kl를 소비하기로 한 바가 있다.
아직 바이오 에탄올은 보급의 초기단계라 할 수 있다. 2006년부터 기존의 바이오디젤 연료가 아닌, 동물성 유지를 이용한 바이오디젤 생산과제가 신규로 추진이 되었다. 본격적인 MFS(multi feed stock)를 위한, 기존에는 전문폐기물 처리업자에 의해서 처리되던, 동물성 유지는 새로운 에너지 원료로써의 역할을 갖게된다.
다. 목질계 연료
: 목질계 연료는 바이오 에너지 중에서도 전세계적으로 가장 많이 쓰이는 에너지원으로써 국내에 적용되는 가장 일반적인 목질계 연료는 우드칩(wood chip)이다. 우드칩은 채취한 나무를 잘게 잘라 대형 열병합 발전에 사용하는 기술이며 국내 최초로 서대구 이현공단에서 처음 적용되어 가동 중이다.
동서발전 우드칩 발전소 현황
한국동서발전(주)는 2013년 11월 8일 동해화력에서 동해 바이오매스 발전소 준공식을 개최했다.
동해 바이오배스 발전소는 국내 최대용량인 30MW급으로 순환유동층(CFBC, circulatin fluidzed bed combustion boiler) 방식이며 화석연료의 혼소없이 목질계 고형연료(Bio-SRF, biomass-solid refuse fuel) 만으로 연소한다. 연간 발전량은 223,380MWh로 7만 3천여 가구에 전기를 공급할 수 있는 규모이며 이산화탄소 감축 효과는 연간 10만 9백여 톤이다.
바이오매스 발전소는 질소산화물 발생량이 적고 석회석을 직접 투입하여 탈황도 가능하지만, 발전소 가동 시 배출되는 오염물질을 최소화하기 위해 최첨단 탈황, 탈질 시스템을 추가 설치하고 연료저장동을 옥내화하였다.
또 삼척시 폐광지역에 발전소 연료공급용 우드칩 공장을 건설하여 실직 탄광 근로자들을 위한 안전하고 지속적인 일자리 20여개를 창출하고 산림부산물을 재활용한 우드칩을 연료로 사용함에 따라 연간 406여억원의 에너지 수입 대체 효과가 기대된다.
아울러 목재자원의 발전연료 사용 가능성에 대한 우려를 해소하고 목재산업계와 상생협력하기 위해 100% 임지 잔재와 폐목재를 연료로 사용한다.
이와 병행하여 우드칩의 약점인 보관의 불편 및 단위 부피당 낮은 발열량을 해결하기 위하여 우드팰릿(wood pallet)의 개발도 완료가 되었다. 우드팰릿은 나무를 분쇄, 압축하여 기존 우드칩 대비 단위부피당 3배 정도의 열량을 내도록 한 연료이다.
발전회사 우드펠릿 사용현황
2014년 전력업계에 따르면 올해 발전5사가 구매 예정인 우드펠릿은 총 144만 톤이다. 우드펠릿은 톱밥을 작게 뭉친 것으로 대부분 발전용 연료로 쓰며 국내 생산량이 극히 적어 대부분 해외에서 수입한다.
남동발전이 62만 톤 정도로 가장 많고 남부발전은 36만 톤으로 뒤를 잇는다. 중부발전과 서부발전이 20만 톤 정도로 비슷하고 동서발전이 가장 적다. 최근 우드펠릿 가격이 톤당 250달러 수준으로 발전5사가 연간 3722억원(환율 1034원 기준)을 우드펠릿 수입에 사용하고 있다.
발전회사가 우드펠릿을 쓰기 시작한 것은 지난해부터인데 남동발전과 남부발전을 시작으로 중부발전과 서부발전이 도입했고 올 6월부터는 동서발전도 가세하였다. 발전회사가 앞 다투어 우드펠릿을 도입하는 이유는 태양광이나 풍력 등 일반적인 신재생에너지로는 RPS 의무량을 맞추기 어렵기 때문이다.
우드펠릿은 석탄화력발전소에 3~5% 가량 섞어 태우는데 혼소율을 5%로 가정하면 500MW 발전설비 기준으로 25MW를 신재생에너지로 발전하는 것과 같다. RPS 의무이행량 중 20~50%를 손쉽게 해결할 수 있는 방안이다.
유럽연합(EU) 등 유럽 국가는 목질계 자원을 신재생에너지를 뒷받침하는 주요에너지원으로 여기고 2010년까지 전체 에너지의 9%를 목질계 바이오매스로 충당한다는 계획을 추진하였다.
또 전체면적의 75%가 산림이면서 철저한 산림보호 정책을 추진하고 있는 핀란드도 국가에너지의 25%를 목질계 바이오매스로 충당할 예정이다. 덴마크는 가정 에너지의 50%를 목질계 자원으로 조달할 계획을 세워놓고 있다.
스웨덴은 지역 열 공급의 절반을 이미 목질계 바이오매스에 의존하고 있을 만큼 이미 유럽지역에서 목질계 바이오매스의 활용은 일반적이 되었으며 기후변화협약의 강화 및 국제유가 상승에 따라 이 연료에 대한 관심이 더욱 높아지고 있는 추세이다.
결국 전체적인 바이오매스의 향후 기술개발 방향은 좀 더 상업화에 접근하고, 다양한 방법으로 적용될 수 있는 시스템 기술 개발, 미래의 에너지원을 준비하는 기초연구 개발의 두 가지 형태로 진행될 것으로 전망된다.
1. 바이오 에너지 개요
: 선진국은 이미 자국에 적합한 바이오에너지를 개발하는데 많은 노력을 기울이고 있다. 바이오에너지란 동, 식물 또는 파생 자원(바이오매스)으로부터 화석 에너지를 대체할 수 있는 대체 에너지원 및 생물소재를 생산하는 열 화학적 또는 생물 공학적 전환기술을 뜻한다.
상기 그림에서 보듯이 다양한 바이오매스에 대하여, 다양한 방법으로 에너지화를 실시하고 있다. 바이오에너지는 주로 최종산물에 따라 바이오연료(바이오디젤, 에탄올), 바이오가스(혐기성소화, LFG), 목질계 고형연료(우드칩, 팰릿 등)으로 구분되며, 계속 다양한 이용방법이 개발되고 있다.
2. 바이오에너지의 중요성
상기의 그림에서 보듯이 OECD국가의 신재생에너지 보급량 중 가장 많은 비중을 바이오가 차지하고 있으며 이 중에서도 특히 밀짚, 목질계 우드칩, 팰릿 등을 포함하고 있는 고형 바이오매스가 전체 신재생에너집ㄴ야의 45% 정도를 점유하고 있고, 액체 바이오연료(바이오디젤, 바이오 에탄올 등)가 3% 정도, 혐기성 소화에 의한 바이오가스가 2.6%를 점유하고 있는데 신재생에너지의 50% 정도를 바이오 에너지가 차지하고 있는 셈이다.
바이오는 국제적으로 탄소를 배출하지 않는 (carbon neutral) 연료로 취급된다. 물론 연소 시 적지만 CO2 등의 온실가스를 배출하나 생장 시에는 광합성을 통하여 온실가스를 흡수하기 때문에 지구의 환경에 영향을 덜 미치는 환경친화적 에너지원이라고 본다.
바이오에너지는 다른 신재생에너지원에 비해 경제성이 높다는 장점이 있다. 태양광이나 풍력 등의 설치단가에 비하여 비교적 단가가 낮은데다가 기존의 시설을 약간만 개보수하면 적용이 가능하므로 향후 바이오 에너지원은 가장 각광받을 수 있는 신재생에너지원이 될 것으로 전망된다.
3. 바이오에너지 개발현황 및 발전방향
가. 유기성 폐기물
: 바이오에너지 분야에서 흔히 말하는 유기성 폐기물은 혐기성 소화를 통하여 메탄가스를 발생하는 물질을 말한다. 이미 주정 및 식품 등의 중저농도의 유기성 폐수는 상당히 많은 부문에서 혐기성 소화물의 대상이 되고 있으나, 요즘 들어 주목받기 시작하는 분야는 고농도 유기성 폐기물, 즉 음식물쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨 등의 상당히 높은 BOD, COD를 나타내는 물질이다. 지금까지 이러한 고농도 유기성 폐기물은 대부분 호기성 처리를 통한 토양매립, 해양투기, 일부는 퇴비화 등을 통하여 처리되어 왔따.
그러나 날로 강화되는 환경규제로 인하여, 앞으로는 이러한 처리가 거의 불가능한 실정이다. 런던협약 및 이에 따른 96개정 협의서에 따라 2010년까지 대부분의 해양투기가 국제협약에 의하여 금지될 예정이며, 해양수산부도 이에 맞춰 2006년 하반기부터 해양투기 금지조치를 단계적으로 실시할 예정이다. 이미 환경부는 유기성 폐기물의 직매립을 2005.1.1 부터 금지시킨 상황이어서 향후 매립이나, 해양투기를 통한 유기성 폐기물의 처리는 점점 힘들게 될 예정이다. 또한, 이러한 환경에서는 다량의 슬러지를 배출시키는 호기성 처리시설도 그 활로가 불투명해질 수 밖에 없다.
또한 대안으로 제시된 소각의 경우, 다량의 다이옥신 및 단가가 기존해양투기의 몇 배 이상 되는 고가로 처리되므로 진정한 대안으로는 부족하다. 이러한 이유로 인해 유기성 폐기물의 혐기소화 및 LFG 이용이 주목을 받게 될 것으로 예상된다.
유기성 폐기물 분야는 국내에서 신재생에너지 기술개발이 시작된 88년부터 활발히 개발되었다. 이러한 결과로 현재도 주정폐수를 비롯한 비교적 저농도 산업폐수 분야는 비교적 활발히 설치, 가동이 이루어지고 있다. 국내의 2012년도 바이오가스 활용량(메탄가스+매립지가스)은 963,363toe 로 전체 신재생에너지 중 10%를 차지하고 있다.
유기성 폐기물 분야는 현재 축산분뇨를 중심으로 단독 또는 통합소화에 대한 연구부분이 상당수 진행되고 있으며, 시범보급 사업 등을 통한 현장적용 부분도 많은 진전을 보이고 있어서 곧, 고농도 유기성 폐기물에 대한 기술적인 부분이 해결되리라 전망된다.
신재생에너지 분야의 기술개발 방향은 크게 생산된 가스의 고도이용 및 시스템의 보완, 새로운 영역 개발 등으로 구분할 수 있다.
먼저 바이오가스의 고도 이용은 용도를 다양화 하는 것이다. 지금까지 바이오가스는 생산지와 소비지의 거리가 있으므로 발전 및 보일러를 이용한 열이용으로만 활용되었다. 대부분의 바이오가스 시설은 입지적인 조건 때문에 사용자가 집중된 도시지역과는 많은 거리가 있었으며, 근처에 시설물들이 없으므로 열병합 등에 사용되는 경우가 드물었다. 그러나 시설물의 크기가 커지면 생산된 열을 단위당 이동단가가 적게 수송할 수 있는 방안이 생기며, 자체의 소화조 가온 등을 활용될 수 있는 방안을 강구할 수 있다. 결국 유기성 폐기물 공동처리장을 중심으로 한 열병합의 가능성이 열리는 것이다.
또한 전기, 열의 이원적 구조가 아닌 고품질 가스화의 추진이다. 일반적인 LFG 가스는 50% 이상, 유기성 바이오가스는 70% 이상의 메탄(CH4) 함량을 가지고 있다. 이미 선진 각국에서는 이러한 바이오가스의 불순물을 제거하고 순도를 높여, 자동차의 연료로 사용하는 방안을 개발하고 활용하고 있다.
순도를 높인 메탄가스는 LNG에 비하여 약간 발열량은 부족하나, 자동차의 연료로 쓰기에는 손색이 없는 성상을 가지고 있다. 이 메탄가스 활용은 현재 가장 많이 사용되고 있는 CNG(compressed natural gas, 압축천연가스) 뿐만 아니라 LNG(액화천연가스)는 물론 활발히 연구가 진행되고 있는 DME(dimethyl ether) 형태로도 고려해볼 수 있다.
선진국에서는 이미 CNG, LNG 형태의 바이오가스 이용을 거의 상업화에 가깝게 진행되고 있으며 국내에서도 CNG, LNG용 승용차 개발은 진행이 되고 있으나 아직 바이오가스를 이용한 생산공정에 대해서는 추진된 바가 없어서 향후 시급히 개발되어야 할 기술이라 할 수 있다.
두번째로 시스템 이용기술의 보완이다. 현재 혐기소화를 이용한 공정은 많은 기업에서 참여하여 중저농도 유기성 폐수에 대해서는 많은 진전이 있었으나, 바이오가스 엔진 및 터빈 등에 대해서는 아직 많은 부문을 수입에 의존하고 있다. 특히 국내 LFG 활용시설은 엔진 및 터빈이 전부 외국에서 수입하고 있어 국산개발을 통한 저렴한 가격의 공급 및 A/S 신뢰성 확보가 시급하다. 또한 국내의 유기성 폐기물의 성상에 맞는 통합소화 기술에 대해서도 좀 더 많은 연구가 추진되어야 하며 이에 대한 메뉴얼화도 동시에 진행되어야한다.
마지막으로 새로운 영역의 개발이다. 현재 유기성 폐기물을 이용하여 수소를 생산하는 공정은 실험실 차원에서는 많이 시행되었으나 아직 세계 어느 나라도 사용ㅇ화 공정에는 성공한 사례가 없다. 현재 수소는 미래의 에너지원으로 각광받고 있으면서도 화석연료를 개질하는 방안 외에 경제성 있는 생산이 거의 불가능하다고 알려져 있다. 결국 향후 몇 년 이내는 경제성을 얻기 힘들 것으로 판단되고 있다. 그러나 지금부터라도 기초적인 연구에 힘을 써야 한다. 향후 수소생산 미생물을 활용하기 위해서는 미리 미생물을 확보하여 특허로 연결시키는 활동이 있어야 하며 유전자적인 방법을 이용한 종주개량 등도 필요하다.
나. 바이오 연료
: 일반적으로 정의하는 바이오 연료는 동, 식물 등 바이오매스(bio mass)를 원료로 추출하는 신재생에너지로써 경유를 대체하는 바이오디젤과 가솔린을 대체하는 바이오에탄올이 대표적이다.
바이오 연료는 기존의 승용차 및 화물차량 등에 대폭적인 개조가 없이 사용이 가능하고 배출가스가 적게 나옴으로써 청정의 효과가 있는 에너지원이다. 또한 식물의 생장 시 CO2를 흡수함으로써 온실가스 감축에 탁월한 효과를 보인다.
바이오디젤의 경우 1ton 의 바이오디젤 소비 시 2.5TCO2 의 절감효과를 가지고 있다고 최근 프랑스의 연구결과에서 밝혀졌으며 바이오에탄올의 경우도 동등정도의 효과를 유추하고 있다. 이러한 바이오연료의 기본효과 외에도 전체 에너지의 97% 이상을 외국에서 수입하고 있으며, 이 중 수송용 에너지가 20% 이상을 차지하고 있는 국내 현실에서는 에너지안보 측면에서도 바이오연료의 중요성이 점점 더 증대된다고 할 수 있다.
선진국에서는 환경 및 에너지 문제와 더불어 국내 농업의 육성을 위해 일찍부터 바이오 연료에 주목했다. EU국가들은 바이오디젤을, 미주쪽은 바이오 에탄올을 중심으로 개발 및 보급을 추진하여 왔으나, 점점 양 부문을 같이 추진하고 있는 국가들이 늘어나고 있으며, 2000년대에 들어서서는 아시아 국가들의 급속한 약진이 늘어났다. 특히 2000년도 이후 고유가 상황이 지속되면서 바이오디젤과 바이오에탄올은 각 분야별로 3.5배, 2배 증가하고 있다.
특히 공해가 심한 지역이나, 공공기관, 자발적인 참여를 대상으로 일반적인 E10(바이오에탄올 함량 10% 함유), BD5(바이오디젤 5% 함유) 이외에도, E85, BD20, BD100의 사용빈도가 늘어나고 있는 실정이다.
국내에서도 이러한 바이오 연료의 중요성에 대하여 인식하고 2002년부터 바이오 디젤의 시범보급을 추진하였다. 기준이 되는 유종은 BD20(바이오디젤 20%)로 2002.5~2006.6의 약 4년간 지정주유소를 통하여 일반 차량에 시범보급 되었다. 그러나 이 기간 동안 석유가격의 전반적인 인상으로 주유소 중심의 혼합, 유통체계에 상당히 교란이 일어났으며, 이에 다른 품질의 문제가 우려되었다.
따라서 산업부는 혼합, 유통의 주체를 정유사로 하여 BD5 기준, 일반 주유소에 전면적으로 보급시키게 되었다. 이에 따른 보급시장의 활성화를 위하여 국내 정유사 및 바이오디젤 회사 등과 함께 자발적 협약(RPA, renewable portfolio agreement)를 체결하여 2006.7~2008.6, 2년 간 매년 9만kl를 소비하기로 한 바가 있다.
아직 바이오 에탄올은 보급의 초기단계라 할 수 있다. 2006년부터 기존의 바이오디젤 연료가 아닌, 동물성 유지를 이용한 바이오디젤 생산과제가 신규로 추진이 되었다. 본격적인 MFS(multi feed stock)를 위한, 기존에는 전문폐기물 처리업자에 의해서 처리되던, 동물성 유지는 새로운 에너지 원료로써의 역할을 갖게된다.
다. 목질계 연료
: 목질계 연료는 바이오 에너지 중에서도 전세계적으로 가장 많이 쓰이는 에너지원으로써 국내에 적용되는 가장 일반적인 목질계 연료는 우드칩(wood chip)이다. 우드칩은 채취한 나무를 잘게 잘라 대형 열병합 발전에 사용하는 기술이며 국내 최초로 서대구 이현공단에서 처음 적용되어 가동 중이다.
동서발전 우드칩 발전소 현황
한국동서발전(주)는 2013년 11월 8일 동해화력에서 동해 바이오매스 발전소 준공식을 개최했다.
동해 바이오배스 발전소는 국내 최대용량인 30MW급으로 순환유동층(CFBC, circulatin fluidzed bed combustion boiler) 방식이며 화석연료의 혼소없이 목질계 고형연료(Bio-SRF, biomass-solid refuse fuel) 만으로 연소한다. 연간 발전량은 223,380MWh로 7만 3천여 가구에 전기를 공급할 수 있는 규모이며 이산화탄소 감축 효과는 연간 10만 9백여 톤이다.
바이오매스 발전소는 질소산화물 발생량이 적고 석회석을 직접 투입하여 탈황도 가능하지만, 발전소 가동 시 배출되는 오염물질을 최소화하기 위해 최첨단 탈황, 탈질 시스템을 추가 설치하고 연료저장동을 옥내화하였다.
또 삼척시 폐광지역에 발전소 연료공급용 우드칩 공장을 건설하여 실직 탄광 근로자들을 위한 안전하고 지속적인 일자리 20여개를 창출하고 산림부산물을 재활용한 우드칩을 연료로 사용함에 따라 연간 406여억원의 에너지 수입 대체 효과가 기대된다.
아울러 목재자원의 발전연료 사용 가능성에 대한 우려를 해소하고 목재산업계와 상생협력하기 위해 100% 임지 잔재와 폐목재를 연료로 사용한다.
이와 병행하여 우드칩의 약점인 보관의 불편 및 단위 부피당 낮은 발열량을 해결하기 위하여 우드팰릿(wood pallet)의 개발도 완료가 되었다. 우드팰릿은 나무를 분쇄, 압축하여 기존 우드칩 대비 단위부피당 3배 정도의 열량을 내도록 한 연료이다.
발전회사 우드펠릿 사용현황
2014년 전력업계에 따르면 올해 발전5사가 구매 예정인 우드펠릿은 총 144만 톤이다. 우드펠릿은 톱밥을 작게 뭉친 것으로 대부분 발전용 연료로 쓰며 국내 생산량이 극히 적어 대부분 해외에서 수입한다.
남동발전이 62만 톤 정도로 가장 많고 남부발전은 36만 톤으로 뒤를 잇는다. 중부발전과 서부발전이 20만 톤 정도로 비슷하고 동서발전이 가장 적다. 최근 우드펠릿 가격이 톤당 250달러 수준으로 발전5사가 연간 3722억원(환율 1034원 기준)을 우드펠릿 수입에 사용하고 있다.
발전회사가 우드펠릿을 쓰기 시작한 것은 지난해부터인데 남동발전과 남부발전을 시작으로 중부발전과 서부발전이 도입했고 올 6월부터는 동서발전도 가세하였다. 발전회사가 앞 다투어 우드펠릿을 도입하는 이유는 태양광이나 풍력 등 일반적인 신재생에너지로는 RPS 의무량을 맞추기 어렵기 때문이다.
우드펠릿은 석탄화력발전소에 3~5% 가량 섞어 태우는데 혼소율을 5%로 가정하면 500MW 발전설비 기준으로 25MW를 신재생에너지로 발전하는 것과 같다. RPS 의무이행량 중 20~50%를 손쉽게 해결할 수 있는 방안이다.
유럽연합(EU) 등 유럽 국가는 목질계 자원을 신재생에너지를 뒷받침하는 주요에너지원으로 여기고 2010년까지 전체 에너지의 9%를 목질계 바이오매스로 충당한다는 계획을 추진하였다.
또 전체면적의 75%가 산림이면서 철저한 산림보호 정책을 추진하고 있는 핀란드도 국가에너지의 25%를 목질계 바이오매스로 충당할 예정이다. 덴마크는 가정 에너지의 50%를 목질계 자원으로 조달할 계획을 세워놓고 있다.
스웨덴은 지역 열 공급의 절반을 이미 목질계 바이오매스에 의존하고 있을 만큼 이미 유럽지역에서 목질계 바이오매스의 활용은 일반적이 되었으며 기후변화협약의 강화 및 국제유가 상승에 따라 이 연료에 대한 관심이 더욱 높아지고 있는 추세이다.
결국 전체적인 바이오매스의 향후 기술개발 방향은 좀 더 상업화에 접근하고, 다양한 방법으로 적용될 수 있는 시스템 기술 개발, 미래의 에너지원을 준비하는 기초연구 개발의 두 가지 형태로 진행될 것으로 전망된다.