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연료화
연료화(燃料化)는 어떤 물질이 연료로 쓰일 수 있게 만들어짐. 또는 그렇게 만듦을 말한다.[1]
폐플라스틱 연료화
폐플라스틱 연료화는 폐플라스틱 자체가 발열량이 높다는 점을 이용해, 이를 연료의 형태로 이용하는 방법이다. 이전에는 플라스틱을 태우며 발생하는 유해물질이 환경에 악영향을 미친다는 인식이 있었지만 현재는 유해물질 발생량이 높지 않다는 점이 확인되었다.[2]
환경부 통계에 따르면 2021년 국내 폐플라스틱 발생량은 약 1164만톤으로 5년 만에 65.57% 증가했다. 이 가운데 재활용되는 플라스틱 양은 반절을 넘기지 못한다. 나머지는 매립·무단투기·소각된다.
폐기물 연료화 전문기업 에너원은 비닐과 플라스틱에서 가연성물질을 회수해 고체연료(SRF)를 생산하고 고효율 연소 기술을 활용해 스팀과 전기를 만든다. 이렇게 만들어진 에너지는 국내 곳곳의 공장을 가동하는 동력이 된다.[3]
우분연료화
국내 가축분뇨 발생량은 2020년 기준 연간 5194만톤에 달한다. 이중 약 90%를 퇴·액비로 처리하고 있으나 살포지 감소와 악취로 잉여량이 계속 증가하고 있다. 여기에 축산업에 대한 규제 강화로 가축분뇨 처리에 관한 환경 문제가 대두되고 있다.[4]
현재 축분처리 대부분은 가축분뇨를 폐기물 개념에서 비료자원 개념으로 전환시켜 화학비료를 대체할 수 있는 퇴·액비로 만들어 친환경 농산물을 생산할 수 있는 원자재로 활용한다. 이는 가축분뇨처리 문제를 해결하고 자연순환농업에 초점이 맞춰져 왔다.
하지만 퇴비 생산과정에서 발생하는 악취와 과열되는 퇴비판매 경쟁으로 인한 판매량 감소, 정부 판매촉진보조금 축소가 추진되고 있어 암울한 실정이다. 그간 전국 자원화센터는 가축분 재활용의 선순환 역할을 수행하고 있지만 인근 주민과 악취로 인한 마찰, 치솟는 원가, 인건비 상승 등 대 내외 여건의 악재 속에서 1년 운영 시 평균 5억원의 정부보조금에 의지하며 운영되고 있다. 게다가 1차 산업의 보전을 위해 정부가 결정하는 퇴비 공급가격은 인상이 아닌 동결 및 인하가 전망돼 경영은 점점 더 악화될 것으로 예상된다.
기존 퇴비화 공정의 단점은 ▲재래식 통풍식 퇴비생산 과정에서 배출되는 악취의 외부 유출로 인한 민원발생 ▲우분반입 후 퇴비제품까지의 긴 생산기간 ▲퇴비판매 과열경쟁으로 판매량 축소 ▲국가퇴비판매보조금 일몰운영 ▲농업 비수기시 판매되지 않고 장기간 야외 보관되면서 발생되는 제품 훼손 등이다.
반면, 고체연료화는 우분 반입 후 생산까지 기존 퇴비화의 150일정도 소요되는 제품화 기간을 14일로 단축시킨다. 또한 제조 공정에서 발생하는 악취 포집처리가 용이해 악취를 법적기준치 이내로 운영할 수 있으며, 열병합발전소 등에 신재생에너지로 납품 시 생산과 동시에 고체연료 제품이 연중 판매가 가능해 경영적 측면에서도 퇴비생산보다 우월하다는 평가다.
분뇨 연료화 과정에서는 악취위 원인인 암모니아를 따로 모아 수소를 생산할 수도 있다. 암모니아는 질소 원자 1개와 수소 원자 3개가 결합한 화합물이다. 세정식 악취처리를 통해 암모니아수를 생성하고 여기에서 수소 생산이 가능한 이유다.[5]
이산화탄소(CO₂) 연료화
전 세계적으로 미래 에너지 공급에 대한 문제해결과 환경오염 및 공해를 방지할 수 있는 친환경 에너지에 관한 연구는 최근 전 인류가 당면한 가장 큰 과제중의 하나이다. 이에 대한 해결 대안으로서 주목 받고 있는 기술들 중의 하나는, 석탄 화력 발전소 같은 오염원에서 배출되는 지구온난화의 주요 원인 물질인 이산화탄소(CO2)를 포집하여 유용한 에너지로 전환 시킬 수 있는 기술이다. 이는 오염원으로부터 직접 CO₂를 유용한 에너지로 전환시킴으로써 별도의 CO₂저장 공간이 필요치 않을 뿐 아니라 지구온난화 방지에 큰 기여를 할 수 있다는 장점이 있다.
CO₂를 감축하기 위해 용매를 이용한 흡수법, 고체 흡수제를 이용한 흡수·흡착법 등 여러 가지 기술들이 연구되어왔다. 그 중 이산화탄소의 포집 및 저장기술은 화석연료를 사용하면서 온실가스의 농도를 안정화시키는 방법 중 하나이다. 또한 CO2를 연료물질로 변환시키는 연료화 기술은 이산화탄소의 양을 줄이는 동시에 에너지자원으로써 활용이 가능한 생성물질을 얻을 수 있어 일석이조의 효과를 얻을 수 있는 방법이다. 하지만 열역학적으로 안정한 화합물인 이산화탄소는 이용 가능한 탄화수소화합물로 전환시키기 위해서는 추가적인 에너지가 요구되는 반응이다. 따라서 이산화탄소 연료화를 효과적으로 사용하기 위한 촉매 개발 연구가 필요하다
CO₂의 전기화학적 환원(electrochemical reduction)이란 외부로부터 직접 전기에너지를 공급 받아 이산화탄소를 환원하는 방법으로 CH₄, COOH, CO 등과 같은 탄화수소 화합물과 중간 생성물들이 생성되는 반응이다. 전기화학적 방법을 통한 CO₂의 환원반응은 수용액상에서 전극을 통해 직접적으로 이루어지는데, 추가적인 외부에너지가 필요하며 수소발생반응(hydrogen evolution reaction, HER)과 경쟁 관계에 있다. 따라서 수소발생반응을 억제하며 원하는 생성물이 발생하는 촉매를 사용하여야하며 이를 위한 촉매 연구가 활발히 수행중이며, Hori et al.은 다양한 촉매를 전극으로 사용하여 전기화학적 반응으로 다양한 유기물(e.g., H₂, CO, HCOOH, CH₄ etc.)로 전환시키는 연구를 발표하였으며 그 외에도 이산화탄소 전환률을 높이기 위한 연구가 진행 중이다. 하지만 다양한 연구에도 불구하고, 이산화탄소의 탄화수소 전환은 상대적으로 높은 오버포텐션(overpotential)을 필요로 한다는 문제점이 있다. 이에 이산화탄소를 탄화수소로 효율적으로 전환하기 위해서는 다양한 촉매 표면에서 CO₂의 전기화학적 환원 메커니즘에 대한 이해가 필요할 것이다. 이를 바탕으로 전환율을 향상시킬 수 있는 주요 인자를 찾고 이를 이용해 새로운 촉매물질을 설계하는 것이 이산화탄소를 유용한 에너지원으로서 활용하는 일에서 중요한 부분일 것이다.[6]
각주
- ↑ 〈연료화〉, 《네이버국어사전》
- ↑ 〈플라스틱 재활용 현상부터 기술까지〉, 《화학테크사전》,
- ↑ 박수현 기자, 〈툭 버린 비닐봉지, 다시 에너지로…폐기물 연료화 대장株 에너원〉, 《머니투데이》, 2023-05-21
- ↑ 이상복 기자, 〈축산분뇨 바이오연료화 온실가스 저감 방법론 등록〉, 《이투뉴스》, 2022-11-06
- ↑ 김영재 기자, 〈축산도 이제 에너지 사업 ‘우분연료화’〉, 《쿠키뉴스》, 2023-02-13
- ↑ 임동희 충북대학교 환경공학과 교수, 〈이산화탄소(CO₂) 연료화를 위한 메커니즘 이해 및 고효율 촉매 개발〉, 《코리아사이언스》, 2016-12
참고자료
- 〈연료화〉, 《네이버국어사전》
- 박수현 기자, 〈툭 버린 비닐봉지, 다시 에너지로…폐기물 연료화 대장株 에너원〉, 《머니투데이》, 2023-05-21
- 이상복 기자, 〈축산분뇨 바이오연료화 온실가스 저감 방법론 등록〉, 《이투뉴스》, 2022-11-06
- 김영재 기자, 〈축산도 이제 에너지 사업 ‘우분연료화’〉, 《쿠키뉴스》, 2023-02-13
- 임동희 충북대학교 환경공학과 교수, 〈이산화탄소(CO₂) 연료화를 위한 메커니즘 이해 및 고효율 촉매 개발〉, 《코리아사이언스》, 2016-12
같이 보기
