바이오가스, 녹색성장을 위한 선택
-에너지믹스 측면 중요부분 자리매김-
-배관망 이용한 공급 가장 바람직-
최근 온실가스 감축과 에너지 수요 증가에 대한 대책으로 바이오연료가 하나의 대안으로 부각돼 세계 각국 정부 및 주요 에너지 회사에서는 바이오연료에 대한 기술개발, 보급정책 등의 다양한 활동을 펼치고 있다.바이오에너지로는 바이오디젤, 바이오에탄올 및 바이오가스 등을 들 수 있다.
한때 우리는 바이오디젤 및 바이오에탄올 생산을 위해 옥수수 등 곡물을 원료로 사용, 곡물가격 급등을 경험한 바 있다. 이로 인해 곡물로부터 바이오에탄올 등의 생산보다는 식량문제와 관련이 없는 해조류, 미세조류 등을 이용한 바이오연료 생산에 관심이 집중되고 있다.
또한 음폐수 및 축산폐수로부터 생산할 수 있는 바이오가스는 전 세계적인 가스에너지 시장의 증가와 함께 시장규모가 커질 것으로 예상되고 있다.
쓰레기 매립지에서 생산되는 바이오가스 외에 바이오가스를 얻을 수 있는 대표적인 방법으로 혐기소화방식과 가스화 방법을 들 수 있다. 혐기소화방식은 폐기물 처리와 동시에 에너지를 얻을 수 있기 때문에 해양투기금지로 인한 폐기물 처리방법의 대안으로 여겨지고 있다.
혐기성소화기술을 통해 바이오가스 생산 기술은 많은 국가에서 상업화되고 있으며, 앞으로도 많은 국가에서 바이오가스 산업이 성장할 것으로 전망되고 있다. 바이오가스의 가장 큰 단점은 바이오가스 원료가 집중돼 있지 않고 분산돼 있다는 점이다.
지역마다 음식물쓰레기 처리를 위한 시설이 있지만 수송의 문제로 인해 대형 처리시설에서 모두 처리하기에는 한계가 있을 수밖에 없다. 바이오가스의 중요 원료원으로 음식물 쓰레기와 축산폐기물 외 하수슬러지 등을 들 수 있는데 이러한 원료들은 각 지역마다 분산돼 있어 석유나 가스전과 같이 한 장소에서 대량으로 얻을 수 없다.
따라서 지역별로 분산된 바이오가스 원료를 최적으로 활용하기 위한 적절한 규모의 시스템 개발이 필요하며, 지역별 실정에 맞는 적절한 규모의 시설을 개발, 적용하는 것이 가장 바람직하다고 할 수 있다.
▶ 바이오매스 자원 풍부한 동남아와 협력 필요
부족한 바이오에너지 원료를 확보하기 위해 바이오매스 자원이 풍부한 동남아 국가와 협력하는 방안도 고려해 볼 필요가 있다. 동남아의 경우 바이오매스 자원은 어느 정도 집중화돼 있고 연속적인 원료공급이 가능하기 때문에 바이오가스 플랜트 건설에 적합한 장소로 떠오르고 있다.
현재 동남아에서는 특히 팜플랜트에서 발생되는 팜폐기물의 처리를 위해 라군과 같은 오픈된 연못에서 처리하고 있으며, 아직까지 팜폐기물로부터는 환경오염문제가 대두되지 않아 지금까지 이와 같은 처리방식이 유지돼 왔다고 할 수 있다.
그러나 향후 환경오염문제가 대두될 경우 팜폐기물의 처리와 동시에 바이오가스 에너지를 얻을 수 있는 바이오가스 플랜트는 새로운 비즈니스 모델로 부상할 것으로 보인다. 팜플랜트의 면적이 매년 증가하고 있을 뿐 아니라 이로부터 발생되는 팜폐기물의 양이 증가하고 있고 또한 이러한 바이오가스 원료는 꾸준히 발생되고 있어 이를 활용할 경우 안정된 바이오가스 생산이 가능하기 때문이다.
▶ 바이오가스 활용 다변화 이어져
바이오가스의 활용에 있어서도 변화가 이뤄지고 있다. 혐기소화조에서 생성되는 바이오가스는 초기 혐기소화조 가온을 위한 보일러 연료용 연료로 주로 사용되다가 탈황 및 실록산 제거 등의 전처리 공정을 거쳐 엔진열병합 등의 발전용 연료로 주로 활용되고 있다.
그러나 향후 바이오가스는 고질화 정제공정을 통해 차량용 연료로 활용되거나 도시가스용 배관주입 방향으로 가게 될 것으로 예상된다. 바이오가스는 특히 메탄함량이 40~60% 정도로 천연가스에 비해 거의 절반 수준으로 낮고, 불순가스가 많아 그 자체로는 주로 발전용, 보일러연료 등의 제한된 용도로만 사용돼 왔다.
반면 메탄함량을 높이고 탈황 및 실록산 등의 전처리 공정을 거쳐 불순가스를 제거한 바이오메탄은 바이오가스를 고부가가치화를 할 수 있는 방법으로 향후 바이오가스는 대부분 고순도 바이오메탄 형태로 활용이 될 것으로 예상되고 있다.
바이오메탄은 메탄농도가 97% 이상, 산소·질소 농도가 3% 이하이며, H2S, 실록산 등이 거의 제거된 수준의 가스로 열량이 9400kcal/N㎥ 정도로 국내 천연가스의 85% 수준이다. 현재 가정에서 사용하는 가스레인지, 보일러 등에 커다란 변화 없이 사용할 수 있으며 자동차, 철도, 선박, 연료전지, 마이크로가스터빈, 가스엔진발전 등 기존 천연가스가 사용되는 곳에 사용할 수 있는 장점이 있다.
현재 수송용 연료는 대부분의 국가 1차 에너지의 20%를 사용하는 대규모 에너지 소비처이자 자동차, 철도, 선박 같은 운송수단 장치에 적용하는 연료적 특성으로 인해 주로 석유계 액체 연료를 사용해 왔다.
그러나 수송연료로 석유 사용은 대기 및 토양오염 등의 다양한 환경문제를 유발하는 단점이 있다. 이로 인해 새로운 수송용 연료로서 바이오가스 연료를 사용할 경우 천연가스 연료와 더불어 차량으로 인한 환경문제 개선에 많은 기여를 할 것으로 보고 있다.
바이오가스의 경우 천연가스와 동일하게 차량 연료로서 활용이 가능하며 폐기물의 처리를 통해 얻어지는 신재생에너지원이기 때문에 바이오가스를 차량용 연료로 사용하게 될 경우 환경문제 개선에 주는 의미는 더욱 크다고 할 수 있다.
또한 신재생연료 의무혼합제도(RFS, Renewable Fuel Standards)라는 새로운 제도가 발효될 경우 바이오가스 시장은 급속도로 성장할 것으로 전망된다. 바이오가스의 사용은 원료확보, 투자비 및 적용된 기술 등을 고려해 응용처를 결정, 시행하는 것이 최선이다. 하지만 궁극적으로는 천연가스 배관망에 주입해 사용하는 것이 가장 바람직하다.
최근 바이오에너지 보급실적을 향상시키기 위해 바이오매스 에너지화 기술개발을 위한 전략적인 로드맵이 구축됐으며, 2009년 도시가스사업법 개정을 통해 바이오가스가 도시가스 범주에 포함된 이후 2012년 2월 도시가스 품질기준이 고시됐다.
이에 따라 정제 바이오가스의 도시가스 배관 혼입이 가능하게 됐기 때문에 향후 바이오가스의 천연가스 배관망 주입을 통한 바이오가스 공급이 증가할 것으로 예상되고 있다. 바이오메탄을 천연가스 배관망에 주입하는 것은 일종의 스마트 가스배관망의 시작이라고 할 수 있다.
이러한 신재생 가스연료의 배관망 주입은 추가적인 정부정책과 제도개선 등이 이뤄져야 하지만 바이오가스의 궁극적인 활용처로서 가장 바람직한 것으로 평가되고 있다.
▶ 바이오가스 에너지 믹스 측면 중요
바이오가스의 고질화를 통한 바이오메탄 생산기술과 더불어 바이오메탄 액화기술과 액화 바이오가스 이용기술은 액화 천연가스와 더불어 미래의 블루오션이 될 것이다.
가스연료의 가장 큰 단점은 저장의 효율성이 낮아 수송에 있어서 비용이 많이 소요된다는 것이다. 따라서 저장과 수송에서의 효율성을 높이기 위해 액화기술이 적용될 경우 그 용도는 다양해 질 수 있다.
최근 액체 천연가스 시장이 급격하게 증대되고 있으며 가까운 미래에 LNG를 연료로 하는 선박을 비롯한 도서지역 발전용 연료로서 액체 천연가스가 공급될 것으로 예상된다. 이의 일환으로 액체연료 저장 및 수송을 위한 초저온용 ISO탱크 국산화 개발이 이뤄지고 있다.
이를 통해 액상의 천연가스뿐만 아니라 바이오가스를 대량으로 수송할 수 있으며 LNG를 원료로 하는 LNG추진선박이 개발될 경우 선박에 액체 바이오가스를 수송하는데 적용하게 될 것으로 보인다. 향후 에너지 공급시장은 어느 한 가지 연료 위주가 아닌 다양한 에너지원들의 조합으로 구성되는 에너지믹스가 될 것이다.
원자력은 우리나라의 전력시장에서 40% 이상의 비중을 차지할 정도로 중요한 에너지원으로서 역할을 해왔다.
그러나 향후 에너지 시장은 다양한 에너지원 즉, 기존 화석연료 에너지원과 더불어 태양광, 풍력, 소수력 및 바이오가스 등 에너지원의 믹스로 시장이 구성될 것이며 이에 바이오가스는 청정성과 더불어 에너지 순환이라는 중요한 역할을 하기 때문에 에너지 믹스 측면에서 중요한 부분으로 자리매김하게 될 것이다.
주요 선진국에서는 바이오가스를 자동차 연료 활용 및 가스배관망 연계프로젝트에 적극적이며, 의무공급제도 등으로 그 비중을 점차 확대하고 있는 추세다. 우리도 이에 적극 대비해야 할 필요가 있으며, 바이오가스 품질기준 모니터링과 고효율 바이오가스 정제기술 등의 분야에 지속적인 투자가 필요한 시점이라 할 수 있다.
또한 바이오가스에는 다양한 이해 관계자와 산업이 연계돼 있어 정부의 역할이 특히 중요하며 바이오가스 분야를 더욱 확대할 수 있는 종합적 전략수립과 이행이 요구되고 있다.
에너지신문
energynews@ienews.co.kr