[논문]유기성폐기물의 바이오에너지화 현황과 전망

정진영

유기성폐기물의 바이오에너지화 현황과 전망
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문제 정의

본 고에서는 바이오에너지의 국내·외 개발·보급정책 및 현황과 유럽, 미국, 일본 등의 바이오에너지 개발 추진방향을 기술하였다.

제안 방법

바이오가스분야는 기술 개발 초기 단계에는 주정 폐수, 전분질계 폐수, 돈분, 폐비지 등 다양한 원료를 가지고 혐기 소화를 시도하였다. 각 원료의 특성을 분석하고 그에 맞는 소화 공정을 개발하였고, 후속 과제를 통하여 문제점을 보완하고 효율 증대를 위해 공정을 개선하였다. 최근 10년 동안은 축산분뇨의 바이오가스화에 대한 관심이 증대되며, 그와 관련된 사업도 증가하였다.
2004년 12월에는 “신에너지 및 재생에너지 개발·이용·보급 촉진법”으로 개정하여, 대체에너지를 신·재생에너지로 개명하고, 신재생에너지의 구체적인 범위를 확정하였으며, 공공의무화제도의 시행을 위한 하위규정을 구체적으로 법제화하여 시행하였다. 또한 국제표준화, 전문기업제도를 도입하고, 특히 인력양성을 위한 특성화대학원 및 연구센터 지정제도를 도입하였다. 2006년 10월에는 발전차액지원제도 기준 가격의 재조정을 통한 태양광, 바이오 등 신재생에너지의 산업화를 유도하였다.
수송용 바이오연료는 최종 산물에 따라 바이오에탄올, 바이오디젤 등 현재 전세계적으로 사용되고 있는 연료와 바이오부탄올, BtL(Biomass to Liquid) 등 차세대 사용을 위한 연료로 구분할 수 있다. 수송용 연료분야의 그간 주요 연구개발 추진성과는 바이오에탄올 관련 기반기술 확보와 바이오디젤 기술 확보로 평가되며, 바이오에탄올관련 연구 결과 고효율 바이오에탄올 생산 균주 개발과 더불어 목질계 바이오에탄올 생산 요소기술 확보 및 시험용 공장(용량: 20리터/일)을 구축하였다. 바이오디젤 기술개발과 관련해서는 바이오디젤의 국내 품질 기준안 제정 및 차량연료 실증 평가를 완료하였고, 바이오디젤 생산 모듈화 공정 개발 및 파일롯 실증(용량: 5,000톤/년) 및 폐식용유로부터 바이오디젤 생산 기술 개발 및 파일롯 실증연구 등이다.
또한, 원료의 소화 효율을 높이기 위한 전처리 기술, 메탄 순도를 높이기 위한 정제 기술, 체류시간을 줄이기 위한 기술, 부산물로 발생되는 액비 생산 기술 등의 관련 기술이 지속적으로 연구되었다. 이 후, 기술개발 규모를 점차 늘려가며, 실증 연구 규모의 설계 기술을 확보하고, 상용화를 위한 기술 개발을 진행하였다.

대상 데이터

바이오디젤 활용 형태는 바이오디젤 5% 혼합 경유(BD-5)와 바이오디젤 20% 혼합 경유(BD-20)로 이원화하여 BD-5는 일반 주유소에서 BD-20은 자가 정비시설을 갖춘 운수업체에서 사용토록 할 예정이다. 2006년 7월부터 식물성 기름을 이용해 제조한 신재생에너지인 바이오디젤을 혼합한 경유가 주유소에서 판매돼 자동차 연료로 사용된다. 산업자원부는 SK, GS칼텍스 등 5개 정유사 사장단, 바이오디젤 제조업체 관계자 등이 참석한 가운데 7월부터 2년간 바이오디젤을 사용하는 것을 내용으로 하는 자발적 협약을 정유사와 체결했다.

성능/효과

1만 TOE/년으로 가장 많다. 그러나 가용자원 평가 시 각 항목별로 전체 부존자원 중 음식물쓰레기는 30%, 하수슬러지는 50%, 축산분뇨는 약 3%로 산정하여 평가한 결과이므로 축산분뇨의 비율을 높일 경우 전체 고농도 유기성폐자원 바이오매스 가용자원은 더욱 높아질 것으로 예상된다.
이러한 과정으로 진행되는 신재생에너지기술개발사업은 신재생에너지 11개 에너지원을 대상으로 1988년 이후 지속적으로 진행되었다. 신재생에너지기술개발사업은 1988년부터 2006년까지 총 765개 과제, 총사업비 7,059억원(정부지원금 4,388억원, 약 62%)을 지원하였으며 그 중, 바이오분야에 대한 지원은 Table 1과 같이 1988년부터 2006년까지 총 110개 과제, 총 사업비 554억원(정부지원금 367억원, 약 66%)을 지원되었으며, 이 중 혐기성 소화를 이용한 유기성폐자원의 바이오가스(메탄) 전환 과제는 36개로 총 사업비는 250억원(정부지원금 158억원)에 이른다.
2005년 대비 태양열, 수력을 제외한 신재생에너지의 공급이 증가하였으며, 특히, 태양광, 풍력, 지열 부분의 증가 추세가 두드러지며, 이는 태양광 풍력 및 지열분야의산업화 진입 또는 산업화 초기 단계로 판단된다. 원별 비중은 폐기물 76.1%, 수력 16.6%, 바이오 5.3%, 풍력 1.1%, 태양열 0.6%순으로 나타났다

후속연구

따라서 현재 국내의 현존하는 바이오가스 에너지화 기술로는 생산된 에너지를 처리장내에 제한적으로 사용하고 있는 열악한 실정이므로, 재생된 에너지 사용의 광역화를 위해 저장 및 이동이 간편한 기술의 개발이 필요할 것으로 사료된다.
바이오디젤의 경우 바이오디젤을 20% 혼합한 경유(BD-20)를 일반 차량에 적용하는 시범 보급 사업이 2002년부터 수도권과 전라북도 등에서 시행되었다. 바이오디젤 활용 형태는 바이오디젤 5% 혼합 경유(BD-5)와 바이오디젤 20% 혼합 경유(BD-20)로 이원화하여 BD-5는 일반 주유소에서 BD-20은 자가 정비시설을 갖춘 운수업체에서 사용토록 할 예정이다. 2006년 7월부터 식물성 기름을 이용해 제조한 신재생에너지인 바이오디젤을 혼합한 경유가 주유소에서 판매돼 자동차 연료로 사용된다.
산자부는 협약기간이 종료되는 2년 뒤에는 바이오디젤 사용의무화 등을 통해 이용을 대폭 확대하는 방안도 검토중이다. 이러한 자발적 협약체결이 바이오디젤 사용화시대를 본격 개시했다는 점에서 의미가 크고 에너지의 안정적 공급과 환경보호라는 2개의 목표를 성공적으로 달성하는 데 기여할 것으로 보인다. 그러나 아직까지 겨울철 혹한기에 바이오디젤이 응고될 가능성 등 기술의 안전성, 점도 제거를 위해 글리세린 등 폐수 발생으로 인한 환경오염 문제, 생산원료의 원활한 공급문제 등이 있음을 감안할 때 기술개선을 위해 시장유인제도의 도입이 필요한 것으로 보인다.

핵심어

질문

논문에서 추출한 답변

신·재생에너지기술개발사업은 어떤 단계로 진행되었는가?

신·재생에너지기술개발사업(산업자원부 지원)은 ‘선행연구사업 - 일반기술개발사업 - 실증연구사업’의 단계로 진행되었다. 선행연구사업(2000년∼)은 기술개발사업의 기반 기술 확보를 위해 출연연구소 또는 대학을 대상으로 지원되며, 일반기술개발사업(1988년∼)은 시장의 기술수요에 의해 필요하다고 인정되는 기술을 기업위주로 추진하였다.

바이오에너지란 무엇인가?

바이오에너지란 다양한 바이오매스로부터 수송용 연료, 바이오가스(메탄), 합성가스 등을 에너지원으로 활용하는 기술로서 차량 및 난방용 연료, 발전부문 등에 적용이 가능하다. Fig.

신재생에너지는 어떻게 구분되는가?

신재생에너지는 기본적으로 크게 두 가지로 구분된다. 자연의 에너지원을 바탕으로 태양에너지(태양광, 태양열), 풍력, 지열, 소수력, 바이오, 폐기물, 해양 등 분야를 포함하는 ‘재생에너지’ 외 기존 화석연료를 사용하나 기술의 개발을 통하여 청정연료화하는 수소, 연료전지, 석탄이용등 ‘신에너지’가 그것이다.

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