바이오에너지

바이오에너지(Bioenergy)는 바이오매스를 연료로 하여 얻어지는 에너지로 생물자원의 물질로 사용 가능하도록 만들어진 대체에너지이다. 바이오매스로부터 얻어지는 바이오에너지는 그 용도나 형태에 따라 바이오가스, 바이오 에탄올, 바이오디젤, 메탄올, 수소 등이 있으며 이는 난방의 원료나 자동차의 연료 등으로 사용된다. 바이오매스 에너지(Biomass energy)라고도 하며 바이오매스로부터 얻은 연료는 바이오연료(Biofuel)라고 한다.

개요

바이오에너지 원료는 유기성 폐기물, 농임산 부산물과 에너지 생산 목적으로 경작된 에너지 작물 등으로 매우 다양하다. 목질계 바이오매스나 농산물계 바이오매스 등은 수분이 적은 상태의 것이 많으며 연소나 가스화 등 열화학적 변환이 적합한 에너지자원이다. 축산폐기물, 산업폐수, 슬러지 등은 수분이 많아서 연소열 회수는 곤란하며, 메탄발효 등의 생물화학적 변환이 적합하다. 바이오매스 중 지속적인 공급 가능한 생산 원료는 에너지작물이다. 에너지작물이란 에너지 생산을 목적으로 재배하는 작물로 수목 등 삼림 바이오매스나 사탕수수, 팜 등이다. 이러한 바이오매스는 각각 다른 물리화학적 특성을 가지므로 원료 특성에 맞는 에너지 전환 기술이 적용되어야만 에너지 효율을 높일 수 있다. 동일한 원료라 하더라도 각각 다른 전환 기술을 적용하면 다른 형태의 에너지를 생산하게 되며, 다른 신재생 에너지원이 생산하지 못하는 수송용 연료를 생산할 수 있는 장점을 가지고 있다. 바이오에너지는 생물 자원을 발효, 가스화 혹은 광합성함으로써 알코올, 메탄, 수소 등을 채취하여 이용하는 에너지이며 목재 등의 건조 바이오매스에서는 가스화 혹은 열분해에 의하여 가연 가스를 채취한다. 또 폐기액, 오물, 해조류 등에서는 혐기성 발효에 의하여 메탄가스를 얻어 내고, 고구마 등에서는 알코올을 만들어 낸다. 에너지원으로 이용되는 바이오매스는 햇빛을 화학에너지의 형태로 저장한 유기물이며 이는 나무, 나무 찌꺼기, 짚, 거름, 사탕수수 등과 그 외의 다양한 농업의 과정에서 나온 부산물을 연료로 사용한다.

인류는 주요 에너지자원으로 석유를 사용하고 있다. 그러나 미래에 고갈될 것으로 예상됨에 따라 이를 대신할 에너지원의 필요성이 절실하게 되었다. 석유 외에도 천연가스나 원자력이 급증하는 에너지 수요를 충족하기는 했으나 안정성과 비용 문제를 가지고 있어 완벽하게 대체할 수 없었다. 이에 친환경 에너지 자원인 바이오에너지가 등장했다. 바이오에너지는 1970년대 석유파동을 계기로 연구가 주목받기 시작했다. 1990년대에 들어와 리우환경회의 등으로 대기오염, 지구온난화 등 범 지구적 환경문제가 화석 연료 및 석유 자원의 과다 사용이 문제 원인으로 밝혀지면서 그에 대한 대안으로 바이오에너지를 활용하는 기술에 대한 개발이 활발해졌다. 화석 연료는 한 번 사용하면 고갈되어버리지만 바이오매스는 재생과 재활용이 모두 가능하며 친환경적이고 언제 어느 곳에서나 쉽게 얻을 수 있으며 화석 연료와 달리 연소할 때 오염물질을 배출시키지 않는다.

전 세계적으로 바이오매스를 활용하기 위해 힘쓰고 있으며 그중에서 핀란드가 선두주자이다. 핀란드는 국토의 87%를 차지하는 풍부한 산림자원을 바탕으로 다가오는 2020년까지 국가 전체 전력 생산량의 35% 이상을 바이오매스 전력으로 확보한다는 계획을 세우고 추진 중이다. 우리나라도 바이오매스를 활용한 대규모 발전소를 운영하고 있다. 충남 당진 부곡산업단지 내에 있는 바이오매스 발전소는 주로 야자열매껍질(PKS)을 연료로 활용하며 105MW 규모로 아시아 최대 크기다. 바이오매스 에너지는 생산할 때 넓은 면적의 토지가 필요하고 원료가 매우 다양해서 각 원료에 맞는 적합한 기술을 개발해야 하며 그에 따른 시설 마련에 대규모 설비에 대한 투자가 필요하므로 초기 비용이 크다는 단점이 있다. 또한 지속적으로 한 종류의 생물체만을 이용하여 에너지를 생산할 경우 생물의 다양성을 파괴할 수 있다. 우리나라는 재생 가능한 에너지 점유율을 2030년까지 전체 에너지의 11% 증가시키는 것을 목표로 하고 있으며, 그중 바이오매스가 차지하는 비율이 3.4% 정도이다.

바이오에너지 전환기술

바이오매스를 에너지로 전환하는 기술은 직접 연소법, 열화학적 변환법 및 생물화학적 변환법으로 구별할 있고, 식물유를 에스테르화하여 얻어지는 바이오디젤 제조기술 등이 있다.

직접 연소법

직접 연소법은 바이오매스를 직접 연소시켜 열을 직접 얻는 것은 물론 전력으로 변환시키는 기술을 포함한다. 이 방법은 바이오매스 변환이 가장 쉬워 널리 이용되는 방법이다. 목재가 난방 등의 열원으로 널리 사용되는 것 외에 폐목재, 나무 부스러기, 나무껍질, 톱밥 등의 목재폐기물을 열원으로 사용하게 된다. 또한 왕겨, 콩깍지 등의 농업부산물, 도시폐기물 등도 열원으로 이용할 수 있다. 화석연료에 비하여 발열량이 낮은 것이 단점이나, 바이오매스를 효과적으로 연소 시키기 위한 연소 방법 및 장치의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 바이오매스는 운반, 이용 등을 용이하게 하기 위해 여러 가지 가공을 하고 있다. 팰리트화 연료는 바이오매스를 분쇄, 건조, 압축한 후 펠리트 상으로 제조하는 것으로 바이오매스의 종류에 상관없이 연료화하는 것이 가능하다. 최근에는 생활 쓰레기 등의 생활폐기물을 연료화하기 위한 효율적인 장치도 개발되었고, 목질 바이오매스 외의 폐기물을 혼합, 정형화하여 열량이 높은 연료로도 제조되고 있다. 현재 연소는 스토커형, 선회류형, 유동상식 연소로 등으로 다양한 방법이 있으며 서유럽에서는 열병합 발전에 의한 지역냉난방, 태국 등 자원이 풍부한 개발도상국에서는 바이오매스 발전, 미국, 일본 등에서는 석탄 발전소 혹은 도시 쓰레기 소각로에서의 혼합 연소 발전 등에 다양하게 활용되고 있다.

같이 보기

• 바이오매스
• 바이오가스
• 바이오 에탄올
• 바이오디젤

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