목질 바이오매스의 활용에 대한 동향 분석 - 목질 바이오매스의 생산·공급, 그리고 활용을 중심으로 - Analysis on the Trend of the Utilization of Woody Biomass - Production, supply, and practical use of woody biomass -원문보기
안병일
(Dept. of Food and Resource Economics, Korea University)
,
김철환
(Dept. of Forest Sciences)
,
이지영
(Dept. of Forest Sciences)
,
심성웅
(Graduate student, Dept. of Forest Products, Gyeongsang National Univ.)
,
조후승
(Graduate student, Dept. of Forest Products, Gyeongsang National Univ.)
,
이경선
(Graduate student, Dept. of Forest Products, Gyeongsang National Univ.)
,
이지영
(Graduate student, Dept. of Forest Products, Gyeongsang National Univ.)
Wood biomass including forest residues, waste wood, and construction residuals has been widely generated in Korea, but forest biomass from the National Forest Management Operation Project plays a big role in generating wood biomass. Unfortunately the promotion policy of woody energy organized by the...
Wood biomass including forest residues, waste wood, and construction residuals has been widely generated in Korea, but forest biomass from the National Forest Management Operation Project plays a big role in generating wood biomass. Unfortunately the promotion policy of woody energy organized by the Forest Service in Korea concentrates more on demand creation rather than on supply expansion. Therefore, in order to utilize insufficient wood resources effectively, it is greatly required to develop uses for maximizing their added value. In particular, more attention to the use of the second generation biomass has been paid in foreign countries because there is a threshold that the first generation biomass cannot produce enough biofuel without threatening food supplies and biodiversity. In Korea, wood pellets are regarded as the alternative clean fuels to oils and coals that emit green house gases into the atmosphere. However, using wood as pellet raw materials can not be an economic way because the value of wood disappears right after burning in the boiler in spite of its contribution to the decrease of carbon emission. Differently from wood pellets, kraft pulping process using woody biomass produces black liquor as a by-product which can be used to generate electricity, bioenergy and biochemicals through gasification. Thus, it can be more economical to make a torrefaction of lignocellulosic biomass such as low-quality wood and agricultural leftovers as raw materials of pellets.
Wood biomass including forest residues, waste wood, and construction residuals has been widely generated in Korea, but forest biomass from the National Forest Management Operation Project plays a big role in generating wood biomass. Unfortunately the promotion policy of woody energy organized by the Forest Service in Korea concentrates more on demand creation rather than on supply expansion. Therefore, in order to utilize insufficient wood resources effectively, it is greatly required to develop uses for maximizing their added value. In particular, more attention to the use of the second generation biomass has been paid in foreign countries because there is a threshold that the first generation biomass cannot produce enough biofuel without threatening food supplies and biodiversity. In Korea, wood pellets are regarded as the alternative clean fuels to oils and coals that emit green house gases into the atmosphere. However, using wood as pellet raw materials can not be an economic way because the value of wood disappears right after burning in the boiler in spite of its contribution to the decrease of carbon emission. Differently from wood pellets, kraft pulping process using woody biomass produces black liquor as a by-product which can be used to generate electricity, bioenergy and biochemicals through gasification. Thus, it can be more economical to make a torrefaction of lignocellulosic biomass such as low-quality wood and agricultural leftovers as raw materials of pellets.
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문제 정의
6)따라서 본 연구에서는 목질바이오매스의 활용과 관련하여 국내·외에서 진행되고 있는 산림바이오매스의 공급 및 수집, 고체연료의 사용에 관한 정책 및 연구동향에 대하여 정리하고 이를 통해 향후 국내 목질바이오매스의 효율적인 활용에 대한 방안을 모색하고자 한다.
대상 데이터
33) 그러나 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 이용하는 기술이 개발됨으로써 전분질과 당질 작물들과 함께 산림으로부터 발생되는 목질계 바이오매스와 폐잔재도 함께 이용할 수 있게 되었다. 이를 통해 생산되는 연료가 2세대 바이오연료이다.33,34)
성능/효과
17) 재활용 활성화 정책의 주요 내용을 보면 우선, 폐목재의 오염정도에 따라 분류하여 무의미하게 폐기되는 폐목재의 양을 최소화하고 폐목재의 칩을 에너지 시설에서도 사용할 수 있도록 하는 것을 들 수 있다. 또한 임목부산물의 수거를 확대하기 위하여 재원을 확보하고 수집 장비, 목재파쇄기 등의 기계화를 지원하고 발전차액을 단계적으로 확대하고 칩 연료 구입가격의 일부를 지원하는 방안도 시행 중에 있다.
4는 FAO에서 추정한 자료에 근거하여 2020년 에너지 생산 목표 달성을 위해 이용 가능한 세계 바이오매스 공급량을 보여준다.22) 이를 토대로 유추해 볼 때 2020년까지 예상되는 소비 수준의 2배를 넘어서는 바이오매스 공급이 가능한 것으로 결론내릴 수 있다. 이러한 공급량 산정에는 현재 열대우림이 차지하는 면적은 제외되었는데, 에너지 작물 재배 지역을 빼고는 목질계 바이오매스를 얻을 수 있는 산림 지역으로부터 가장 많은 양을 공급받을 수 있음을 알 수 있다.
유럽의 경우 2020년까지 바이오매스를 이용한 열과 전력 소비는 2020년까지 800 TWh에서 1,650 TWh까지 약 두 배 가량 증가될 것으로 예상하고 있다.22) 증가폭은 바이오매스를 제외한 기타 재생에너지원의 합과 동일한 값이고, 특히 증가폭 850 TWh는 EU 국가에서 석탄과 갈탄으로부터 생성되는 오늘 날의 에너지 소비량의 약 1/2에 해당한다.
이러한 공정의 도입은 펄프제지산업이 타산업의 생산에 미치는 효과가 크기 때문에 전체적인 국내 펄프제지산업의 녹색성장에도 큰 기여를 할 수 있을 것으로 보인다.47) 결론적으로 펄프제지공장에서의 바이오리파이너리는 펄프 공장으로 들어오는 바이오매스와 기타 원료들을 완벽히 이용하여 펄프 및 종이 제품 생산을 포함하여 에너지와 바이오약품을 동시에 생산할 수 있는 미래를 위한 매우 의미 있는 사업이라 할 수 있다.
반탄화 기술은 대기압·무산소 상태에서 바이오매스를 200-320℃의 온도에서 1시간 내에 열분해시키는 기술로 바이오매스의 발열량을 약 2배 정도 향상시킬 수 있다.48) 반탄화 기술은 산림 자원이 풍부한 유럽을 중심으로 적용되기 시작했는데 우리나라와 같이 자원이 부족한 국가에서는 한정된 바이오매스 자원을 효율적으로 이용하고자 할 때 효과적으로 적용될 수 있다. 즉, 목재 펠릿의 원료로 목질계 바이오매스만 사용해야 한다는 한정된 사고를 할 것이 아니라 칡 줄기, 낙엽, 수피, 수수대, 볏짚, 밤송이, 콩대, 고추대, 갈대, 부레옥잠, 잔디, 건과피, palm kernel shell (PKS), palm empty fruit bunch (EFB) 등과 같이 다양한 바이오매스를 반탄화시켜 펠릿 제조에 사용한다면 자원의 효율적 이용 측면에서 매우 도움이 될 수 있다.
7) 산림녹화는 성공했지만 경제적인 조림사업이 수행되지 못해 목재 제품의 원료로 사용될 수 있는 조림 수종이 거의 전무한 실정이었다.
6 m3)으로 산림 선진국의 3배 이하로 매우 낮다.7) 이러한 임목축적은 목질계 바이오매스 이용에도 영향을 미쳐 2004년 기준 프랑스, 스웨덴, 핀란드, 독일을 중심으로 목질계 에너지의 최대 소비를 기록하였고, 목질계 에너지 소비 비중 측면에서는 스웨덴과 핀란드가 각각 15.5%, 20.5%의 비중을 차지하여 EU 국가들 중 가장 높은 비중을 나타내었다.24,25)
이와 같은 이유에서 향후 인공림에서 목질자원을 생산하는 것이 필요하다는 주장도 주목을 받고 있다.8) 산림청에서는 Table 2에서 보는 바와 같이 2007년부터 산림바이오매스 산물 수집과 화목보일러 시설비를 지원하고 있고, 2008년에는 펠릿제조시설 지원과 펠릿보일러 보급 시범 사업을 추진 중에 있으며, 열병합 발전소용 우드칩 수요도 2012년에는 180만 m3에 이를 것으로 전망하고 있다.9) 또한 산림청에서는 2013년 제2차 온실가스 의무감축을 대비하여 탄소흡수원을 확보하기 위해 신규 조림, 재조림, 해외조림 등의 조림사업을 확대하기로 하였고 바이오매스의 안정적 공급을 위한 바이오 순환림을 2008년부터 2017년까지 순차적으로 총 10,000 ha를 조성하는 것을 목표로 조성하고 있다.
6은 바이오매스 종류별 반탄화 전후의 발열량을 비교한 것이다. 반탄화 이후 바이오매스 종류별로 발열량이 1.5배에서 3배 이상 증가한 것을 확인할 수 있다. 특히 반탄화 후 목재를 포함해서 칡 줄기, 고추대, 땅콩 껍질, 침․활엽수 잎과 수피 등은 반탄화 전보다 6,000-7,300 kcal/kg 수준의 매우 높은 발열량을 나타내었다.
5배에서 3배 이상 증가한 것을 확인할 수 있다. 특히 반탄화 후 목재를 포함해서 칡 줄기, 고추대, 땅콩 껍질, 침․활엽수 잎과 수피 등은 반탄화 전보다 6,000-7,300 kcal/kg 수준의 매우 높은 발열량을 나타내었다. 반탄화로 인해 바이오매스의 발열량이 반탄화 전보다 향상되는 것이 가시적으로 확인된 이상 목질부만을 이용하여 펠릿을 제조해야만 한다는 한정된 사고를 지양할 필요가 있다.
후속연구
7) 현재 국내 펠릿 제조 시설은 정부 지원 16개소, 민간투자 5개소이고, 2012년에는 14개소를 추가로 설치할 예정이다. 뿐만 아니라 펠릿 연료의 안정적 공급에 대한 우려로 인하여 수요 증가가 매우 둔화되어 있는 상황에서 실제 생산능력에 비하여 수요는 매우 한정되어있는 상황이다.
즉, 목재 펠릿의 원료로 목질계 바이오매스만 사용해야 한다는 한정된 사고를 할 것이 아니라 칡 줄기, 낙엽, 수피, 수수대, 볏짚, 밤송이, 콩대, 고추대, 갈대, 부레옥잠, 잔디, 건과피, palm kernel shell (PKS), palm empty fruit bunch (EFB) 등과 같이 다양한 바이오매스를 반탄화시켜 펠릿 제조에 사용한다면 자원의 효율적 이용 측면에서 매우 도움이 될 수 있다. 그리고 이들 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 목질계 바이오매스와 혼합하여 반탄화시키면 우수한 발열량을 갖는 펠릿 제조가 가능하기 때문에 목재 자원에만 의존한 펠릿용 원료를 다변화시킬 수 있는 계기가 될 것이다.
9) 또한 산림청에서는 2013년 제2차 온실가스 의무감축을 대비하여 탄소흡수원을 확보하기 위해 신규 조림, 재조림, 해외조림 등의 조림사업을 확대하기로 하였고 바이오매스의 안정적 공급을 위한 바이오 순환림을 2008년부터 2017년까지 순차적으로 총 10,000 ha를 조성하는 것을 목표로 조성하고 있다. 이후 사유림, 간척지, 매립지, 유휴농지 등으로 확대할 계획이다.10)
한편 3세대 바이오매스는 연안 양식이 가능하고 생장 과정에서 바닷물 중의 유․무기 영양성분을 흡수하는 거대 조류와 미세 조류를 포함한다. 하지만 이들 바이오매스는 전 세계적으로 사업의 타당성 측면에서 검토 단계에 있기 때문에 향후 추가적인 연구를 통하여 검증 작업이 필요하여 불확실성이 높다는 점이 상용화에 주 걸림돌이 되고 있다.4)
42) 2세대 바이오에탄올의 상업화를 위한 핵심 목표는 전처리 및 가수분해 단계에서 만들어진 오탄당과 육탄당을 포함하는 모든 당을 에탄올로 발효시키는 것이다. 현재 오탄당과 육탄당을 동시 발효시키기 위한 미생물 처리 기술에 있어서 상당한 발전이 있었지만 고수율로 오탄당과 육탄탕을 동시 발효시키는 능력을 갖는 천연 유기체는 아직 알려진 바 없고 향후 관심을 가지고 연구해야 할 분야이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
바이오연료에 대한 관심이 증가하는 이유는?
현재 2050년이면 가용할 수 있는 석유 자원의 고갈이 예상되면서 이를 대체할 수 있는 바이오연료에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 미국과 브라질을 중심으로 1세대 바이오매스인 전분과 설탕류과 같이 비섬유소계 바이오매스를 이용하여 화석연료를 대체할 수 있는 바이오연료 제조용 원료로 사용하여 왔다.
1세대 바이오매스의 사용에 부정적인 시선이 존재하는 이유는?
미국과 브라질을 중심으로 1세대 바이오매스인 전분과 설탕류과 같이 비섬유소계 바이오매스를 이용하여 화석연료를 대체할 수 있는 바이오연료 제조용 원료로 사용하여 왔다. 하지만 세계적으로 1세대 바이오매스의 사용에 대한 곱지 않은 시선이 존재하는데, 이는 식량 및 가축 사료 수급 차질, 식량 위기, 재배 과정에서 탄산가스 총량의 증가 등의 문제점 때문에 이들 바이오매스의 지속적 이용에 한계가 있다는 의구심 때문이다.1,2) 이에 비식용 섬유소계 바이오매스인 리그노셀룰로오스계 자원을 원료로 한 2세대 바이오매스를 이용한 바이오연료 제조에 대한 관심이 고조되고 있다.
3세대 바이오매스의 상용화가 어려운 이유는 무엇인가?
한편 3세대 바이오매스는 연안 양식이 가능하고 생장 과정에서 바닷물 중의 유․무기 영양성분을 흡수하는 거대 조류와 미세 조류를 포함한다. 하지만 이들 바이오매스는 전 세계적으로 사업의 타당성 측면에서 검토 단계에 있기 때문에 향후 추가적인 연구를 통하여 검증 작업이 필요하여 불확실성이 높다는 점이 상용화에 주 걸림돌이 되고 있다.4)
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