땅에서 일구는 에너지 (바이오 에너지)
요약
과거 우리는 나무와 식물성 기름 등 시간이 지나면 자연스레 얻을 수 있었던 순환적에너지를 사용해 왔다. 하지만 18세기 석탄을 시작으로 화석연료가 본격적으로 사용되면서 인류는 에너지 풍요의 시대를 맞이하게 되는데, 화석연료가 가져다준 산업의 급속한 발전 뒤에는 환경오염과 화석연료 고갈이라는 문제가 발생하게 된다.
이제 인류는 지속가능하고 환경 친화적인 연료로 지금의 폭발적 에너지 수요를 충족시켜야 하는 과제에 직면하고 있으며, 다시금 순환적 에너지로서 땅에서 일구는 바이오 에너지에 주목하고 있다.
바이오에너지란, 생물 유기체인 바이오매스를 원료로 가스, 액체, 고체연료나 전기, 열의 형태로 변환하여 이용하는 에너지로, 농업을 통해 매년 생산될 수 있고 친환경적이라는 점에서 세계 여러 나라들이 바이오에너지 개발에 박차를 가하는 중이다.
< 다양한 바이오 에너지 >
농업을 통해 땅에서 일구는 바이오 에너지로는 ① 농림업의 폐목재와 볏짚, 억새 등을 이용한 고형 바이오 연료(Solid Biofuel)와 ② 동식물성 기름을 원료로 만들어지는 바이오 디젤(Biodiesel), ③ 옥수수 등 곡물과 억새 등 비식량작물을 발효시켜 만드는 바이오 에탄올(Bioethanol)이 있으며, ④ 농산업 과정에서 얻어지는 부산물을 재활용한 바이오 에너지 역시 중요한 역할을 할 것으로 예측된다.
쓰레기의 재활용을 통해 얻는 바이오 에너지로는 ⑤ 바이오가스(Biogas)가 있으며 전 세계 바이오 에너지의 약 4% 가량이 폐기물에서 유래하고, 마지막으로 ⑥ 바이오매스를 기반으로 한 화학 산업은 석유를 대체하는 바이오매스의 가능성을 보여주고 있다.
< 시사점 >
(1) 바이오 에너지는 고부가가치 에너지 산업이자 농업 부산물을 이용한 부가가치 창출 등 농업.농촌의 새로운 기회로 등장하고 있다. 세계의 바이오 에너지 개발 노력은 새로운 에너지 주권의 구도를 만들어나가고 있으며, 우리는 (2) 또 다른 유전이자 에너지 주권 확보의 필요조건으로서 바이오매스의 안정적 확보를 위한 종합적 로드맵을 수립해야 할 시점이다. 또한 (3) 우리의 강점을 극대화한 바이오 에너지 관련 원천기술 확보를 통해 에너지 주권 경쟁에서 우위를 선점해야 할 것이며, (4) 바이오에너지 정책을 바이오매스 공급과 바이오에너지 시장 구축을 포함하는 내용으로 확대시키는 것 역시 필요할 것이다.
목차
요 약
I. 지속가능한 에너지로의 귀환.................................1
II. 바이오 에너지의 성장.........................................8
III. 시사점............................................................18
과거 우리는 나무와 식물성 기름 등 시간이 지나면 자연스레 얻을 수 있었던 순환적 에너지를 사용해 왔다. 하지만 18세기 석탄을 시작으로 화석연료가 본격적으로 사용되면서 인류는 에너지 풍요의 시대를 맞이하게 되는데, 화석연료가 가져다준 산업의 급속한 발전 뒤에는 환경오염과 화석연료 고갈이라는 문제가 발생하게 된다.
우리나라의 ‘나무꾼’, 중국의 樵夫(qiáofū), 영․미권의 woodchopper 등 각 나라에는 땔나무를 하는 사람을 지칭하는 호칭이 존재
땔나무 행렬이 끊이지 않았던 한겨울 서울 거리
이탈리아 영사 카를리 로제티의 묘사에 따르면,
“장작을 나르는 소와 말의 행렬은 보통 새벽부터 아침 열 시까지 계속되는데 이 시간 동안은 서울 거리를 지나가기가 정말로 어렵다. …… 좁은 길에서 마주치면 장작 꾸러미와 벽 사이에 끼지 않도록 몸을 피하거나 발길을 되돌려 나와야만 한다.”
petroleum은 그리스어인 ‘petros’(바위)와 ‘oleum’(기름)의 합성어
1959년 미국 세네社가 강식기계굴착으로 유정 굴착에 성공한 것이 근대 유정의 제1호이자, 세계 석유산업의 탄생
석유는 약 40년, 석탄은 230년, 천연가스는 60년 뒤면 고갈될 것으로 예측
최근 억새, 버드나무 등의 식물과 볏짚 등 농업 부산물, 해조류 등에서 얻을 수 있는 바이오매스 탐색과 이를 전환하는 미생물 연구가 활발
무분별한 개간, 바이오매스 생산을 위한 화학약품 처리 등은 지양해야
신·재생에너지는 전체 에너지의 9.2%, 바이오에너지는 신·재생에너지의 47%
프랑스와 영국은 바이오 연료 주유소 설립에 대해 재정적 지원을 하고, 스웨덴은 대규모 주유소에 대해 바이오연료 주유기 설치를 의무화
바이오에너지 분야의 우등생, 브라질
현재 거의 유일하게 정부보조금 없이 바이오연료를 생산하는 국가
70년대 석유위기를 겪으며 85%에 이르던 석유의 대외의존도를 감축하기위해 바이오 연료 개발에 투자하기 시작
국가적인 프로그램을 수립하여 화석에너지의 사용을 줄이고, 바이오에너지의 생산 및 소비를 확대
’13년까지 125만 ha의 숲가꾸기를 추진하여 산물을 활용하고, 목재펠렛 제조시설을 확충하며 인근에 바이오 순환림을 조성할 계획
’20년까지 에너지를 자급하는 녹색마을을 600개소 설립하여 마을의 에너지 자급률을 40%까지 높이겠다는 구상
비슷한 공정의 바이오 리파이너리는 석유화학산업을 대체하기 시작
난방수요가 많은 대관령의 농촌진흥청 고령지농업연구센터에서는 목재펠렛 보일러를 이용하여 동절기(11~4월) 난방비를 45% 절감(’08)
독일 등 유럽에서도 석탄과 펠렛을 혼합한 발전용 연료 사용 증가 추세
바이오디젤 보급량 (만kL): (’07) 11 → ('08) 20 → ('09) 29 → (’10) 38
’09년에 650억 리터가 생산되었고, ’20년에는 10배로 증가 예상
미국내 차량의 10%를 옥수수로 만든 바이오에탄올로 운용할 양을 확보하려면 원료용 옥수수를 미국내 농지의 1/3 이상에 재배해야 가능
덴마크 Dong Energy사의 바이오에탄올 시범플랜트 운영(’09)
연간 밀짚 3만톤(시간당 4톤)으로 바이오에탄올 540만 리터 생산
물, 효소, 효모에 기초한 간단한 공정으로 생산비용 최소화
인근 지역의 발전소를 공정에 포함시켜 에너지 효율을 극대화
바이오에탄올 생산 후 남는 부산물도 적극적으로 활용
목질 펠렛 13,000톤 → 화력발전소 연료로 사용
C5 당밀(molasses) 11,100톤 → 동물사료, 바이오연료, 화학약품 원료로 사용
바이오매스는 석유자원에 비해 친환경적이나 생산비용이 높은 단점
자료: IEA, Bioenergy-a Sustainable and Reliable Energy Source (’09)
혐기성 소화는 ‘메탄 발효’라고도 하며, 폐수 혹은 폐기물 처리와 동시에 메탄이라는 에너지를 회수하기 위하여 적용
혐기성 소화단계 : 액화·가수분해 → 산(酸) 생성 → 메탄 생성
농림수산식품부는 가축분뇨 자원화 이용 촉진, 축산·경종 간 연계구축을 통한 자연순환농업의 활성화를 위해 연간 1,000억 원을 지원할 방침
바이오 리파이너리 산업의 특징
친환경사업을 목적으로 처음 시작되었으며, 현재 대량산업화의 초기 단계
단량체 식품 재료(아미노산 등): 기존 화학산업 대체
플라스틱 재료: 석유화학제품 대비 가격 경쟁력의 우위 확보
장점
산업적 파급효과가 큼
환경오염 저감효과가 큼
다양한 에너지․산물 생성
단점
개발기간 길며, 투자비가 높음
안정적인 원료 수급이 어려움
식량자원과의 갈등 발생
’07년 3만 명이 생태관광으로 지역을 방문하는 추가 수입도 발생
국내 농업부산물 949만톤(볏짚, 보릿짚 등)으로 바이오에탄올을 만들면 우리나라 휘발유 소비량의 22.5%를 대체 가능
해외 생산기지 등을 통한 바이오매스 생산 확보는 유전 확보에 버금가는 노력과 투자가 필요하다는 인식 공유도 필요
농진청에서는 일반 억새보다 2배 이상 크게 자라는 거대억새 1호를 개발
소나무를 분해하는 슈퍼 효모(’11)
조지아 대학 연구진은 소나무를 효율적으로 발효시키는 슈퍼 효모를 개발
목질계 바이오매스를 통한 에탄올 생성은 비식량작물을 이용한다는 장점이 있으나 분해하는데 많은 비용이 들어, 이를 효율적으로 돕는 미생물 개발이 쟁점
소나무는 미국에서 가장 흔한 나무로 이를 효율적으로 발효시키게 되면 바이오에너지 생산 비용의 획기적인 절감이 가능할 것으로 예측
독일의 경우, 바이오디젤 공장 건립과 함께 기업체에서 바이오 디젤차를 생산하고 보증한 것이 안정된 바이오디젤 생산에 기여
관련 법령: 신에너지 및 재생에너지 개발․이용․보급 촉진법('10.4.12. 공포)
해당년도 | ’12 | ’13 | ’14 | ’15 | ’16 | ’17 | ’18 | ’19 | ’20 | ’21 | ’22 이후 |
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의무공급량 비율(%) | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 | 5.0 | 6.0 | 7.0 | 8.0 | 9.0 | 10.0 |
3년마다 기술개발 수준, 신․재생에너지의 보급목표, 운영실적과 그 밖의 여건 변화를 고려하여 재검토
가중치 | 대상 에너지 및 기준 |
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0.25 | IGCC, 부생가스 |
0.5 | 폐기물, 매립지 가스 |
0.7 | 5개 지목(전, 답, 과수원, 목장용지, 임야) 등에서 생산한 태양광 에너지 |
1.0 | 기타지목 태양광 에너지로 30㎾를 초과한 경우 수력, 육상풍력, 바이오에너지, RDF 전소발전, 폐기물 가스화 발전 및 조력 발전 |
1.2 | 기타 지목에서 생산한 태양광 에너지로 30㎾ 이하인 경우 |
1.5 | 건축물 등 기존 시설물을 이용한 태양광 에너지 목질계 바이오매스 전소발전, 해상풍력(계통연계비용 지원시) |
2.0 | 해상풍력(계통연계비용 미지원시), 조력(방조제 무), 연료전지 |