바이오 매스 에너지 화 방법

이산화배출 줄이고 자원 고갈에 대비…바이오에탄올, 목재펠릿 등 개발

나무는 탄다. 그 자체가 에너지원이다. 인류는 고대부터 나무에서 에너지를 얻었다. 화목을 태워 밥을 짓고 음식을 조리하고 난방을 했다. 나무의 에너지 성질은 광합성 과정을 통해 만들어 진다. 나뭇잎이 태양에너지를 받아 공기 중의 이산화탄소와 땅속의 물을 화학처리해 탄수화물과 산소를 만들어 낸다. 나무는 스스로 에너지를 생산하는 것이다.

이 개념이 바이오매스(biomass)다. 대자연은 쉼 없이 식물과 미생물의 에너지원을 만들어 낸다. 나무와 풀, 뿌리, 열매, 풀을 먹고 배출하는 가축의 분뇨, 음식물 쓰레기 등을 통털어 바이오매스라고 한다. 광합성으로 생긴 식물과 그 부산물을 에너지화로 보자는 것이다. 지구상에서 1년간 생산되는 바이오매스는 석유의 전체매장량에 맞먹는다는 추산이 나온다.

바이오매스 개념이 관심을 끌게 된 것은 석유·석탄 등의 탄소에너지가 고갈 위기에 처하고, 이들 에너지에서 배출되는 이산화탄소가 지구온난화의 원인을 제공한다는 인식이 높아지면서다. 바이오매스는 무한히 창출되고 석유·석탄에 비해 이산화탄소 배출량이 극히 적다는 연구결과가 나왔다. 자원고갈과 지구온난화라는 미래의 위기를 우려하는 인류에게 바이오매스는 희소식으로 들려오게 된 것이다.

목재산업에서 발생한 톱밥 /위키피디아

바이오매스는 원래 일정지역 내에 존재하는 모든 생물의 중량을 나타내는 생태학상의 개념이었는데, 미국 에너지부가 대체에너지 개발 프로젝트를 진행하면서 ‘양적인 생물자원’이란 개념을 정착시켰다. 식물은 밀과 쌀, 채소, 과일 등 식량을 제외하고는 에너지원으로 활용할수 있다. 음식물도 분뇨가 될 때엔 에너지원으로 변한다. 유목인들은 가축의 분뇨도 에너지로 사용한다. 땔감과 같이 태워서 에너지를 얻는 방법, 식물이나 미생물 등을 발효시켜 메탄올, 에탄올, 수소와 같은 연료를 만드는 화학적인 방법이 포괄적으로 바이오매스의 개념에 포함된다.

문제는 상용화다. 연구자들이 바이오매스의 에너지화에 뛰어 들었다. 바이오매스에서 뽑아내는 에너지가 바이오에너지다. 바이오에너지는 석탄·석유와 같은 화석연료에 비해 이산화탄소 배출량이 적고 쓰레기를 처리한다는 점에서 환경친화적이다. 화석연료는 한번 사용하면 없어지고 언젠간 고갈되지만 바이오매스는 끊임없이 생산되므로 인류의 미래를 책임진다는 것이다.

바이오에탄올로 움직이는 스포츠카 ‘사브 9-3’ /위키피디아

바이오매스에서 고안된 에너지로 바이오에탄올과 목재펠릿가 대표적이다.

바이오에탄올은 바이오매스에서 추출한 에탄올이다. 에탄올은 탄소와 수소가 결합한 화합물로, 산소와 만나 연소하면서 에너지를 만드는 특징을 가지고 있다. 1900년대 초, 자동차가 처음 상용화되었을 때 땅콩과 옥수수 에탄올이 연료로 사용되었으나, 석유가 그 자리를 차지하게 되었다.

에탄올은 화석연료가 점점 고갈되면서 나타나는 가격상승과 기후변화 등을 해결할 수 있는 에너지원으로 주목받고 있다. 이산화탄소 배출량이 적고 생산비용이 저렴하기 때문이다.

바이오에탄올은 녹말 작물에서 포도당을 얻은 후 발효시켜 만들어진다. 옥수수나 사탕수수 같은 식량은 포도당이 풍부하고 바이오에탄올을 만드는데 좋은 재료가 된다. 하지만 옥수수와 사탕수수는 식량으로 사용되어야 하므로, 나무에서 직접 포도당을 추출해 에탄올을 찾는 기술이 연구되었다. 이렇게 등장한 자원이 목질계 바이오매스다.

브라질의 바이오에탄올 공장 /위키피디아

목질계 바이오매스를 에너지로 전환하기 위해 발효저해물질을 제거하는 과정을 거친다. 그 다음에 녹말이나 다당류를 단당류로 분해하는 당화 과정을 거친다. 그 다음에 발효과정을 거치면 에탄올이 생성되고, 정제를 거쳐 바이오에탄올이 만들어진다.

목질계 바이오매스는 농업폐기물, 산림 폐기물 등 나무로부터 나오는 유기물을 활용한 원료다. 버려지는 폐기물도 처리하고 화석연료에 비해 황산화물이 거의 발생하지 않아 친환경적인 재료다. 이렇게 생산된 바이오에탄올은 정제 과정을 거쳐 물과 알코올로 분해돼 산업용 연료나 차량 연료용 에너지로 사용되고 있다.

브라질에서는 현재 100% 바이오에탄올 자동차를 사용하는 등 대체에너지로 적극적인 활용하고 있다. 북아메리카, 아시아, 유럽 등 약 50개의 국가에서 탄소 저감과 환경문제 개선을 위해 바이오에탄올을 혼합 사용하는 정책을 도입하거나 계획하고 있다고 한다.

목재 펠릿 /위키피디아

목재펠릿(Wood pellet)은 산림에서 생산된 목재나 제재소에서 나오는 부산물을 톱밥으로 분쇄한 다음, 높은 온도와 압력으로 압축해 일정한 크기로 만든 바이오연료다. 목재펠릿은 작고 일정한 크기로 압축되어 생산되기 때문에 작은 공간에 많은 양을 저장할 수 있고, 난방기기를 소형화할수 있고, 연료공급을 자동화할 수 있는 장점이 있다. 또 폐목재를 활용하기 때문에 자원의 재활용에 기여한다. 목재에너지를 완전산화시킴으로써 이산화탄소 배출을 줄여 화석연료를 대체하는 친환경 연료로 각광을 받고 있다. 또 연소후 재는 산림에 뿌려져 자연으로 되돌아간다.

기후변화에관한정부간협의체(IPCC)의 산정에 따르면, 목재펠릿 1톤을 사용하면 유연탄(석탄) 604.65kg을 대체하고, 이산화탄소 1.48톤을 감축할수 있다. 산림청에 따르면, 목재펠릿의 대기오염물질 발생량은 유연탄에 비해 20분의1 수준이다.

정부는 2012년 발전사업자에게 일정비율의 신재생에너지를 사용하도록 의무화했다. 이 조치로 목재펠릿의 수요가 급증했다. 산림청에 따르면 2011년 6만4,013톤이었던 목재팰릿 소비량이 2021년에 383만6,896톤으로 10년 사이에 무려 60배나 폭발적으로 늘어났다. 그런데 대부분이 수입 팰릿이었다. 국산팰릿의 비율은 2011년 54%였으나, 2014년 5%로 뚝 떨어졌다가 2020년에 10.2%, 2021년에 17.2%였다. 대체에너지를 늘리자고 하면서 외국목재회사만 좋은 일을 해준 셈이다.

정부와 대기업들이 뒤늦게 국산 펠릿의 육성에 나섰다. 정부는 2025년에 수입 목재팰릿에 발급하는 REC(신재생공급인증서)에 대해 2025년부터 일몰제를 적용하고, 바이오 혼소발전 민간 발전소 SGC에너지 한화에너지, OCI SE가 수입산 팰릿 사용을 중단하고 국내연료로 전환하겠다고 발표했다. 해외에서 목재 펠릿을 수입해 석탄에 섞어 태우는 혼소(混燒)발전이 친환경 발전으로 할수 있느냐는 비판에 직면했기 때문이다.

<참고자료>

Wikipedia, Biomass

Wikipedia, Ethanol fuel

국립호남권생물자원관, 친환경에너지 바이오매스란 무엇일까?

산림청, 목재펠릿이란?

저작권자 © 아틀라스뉴스 무단전재 및 재배포 금지