매립지 에너지개발 바람이 분다
매립지 하수처리장 축산폐수 -에너지로 이용

바이오메스 연료는 지속적인 재생산이 가능하고 이산화탄소 배출량이 적어 각광을 받는다.
국내에선 유기성폐기물을 처리한 메탄가스 열이용과 대체탄 위주로 보급돼 있으며, '99년말 기준으로 국내 대체에너지 공급량 중 3.4%인 64.9천TOE를 차지하고 있다.
바이오메스 중 메탄가스는 지구온난화의 주점은 온실가스로 이를 이용할 시 에너지원으로 활용을 통한 경제성 확보는 물론 환경오염 저감측면에서도 이용보급이 매우 중요한 상태이다.
축산폐수, 하수처리장 슬러지, 음식쓰레기 등의 메탄가스와 이용과 지자체 쓰레기 매립지의 LFG가스이용도 환경부가 수도권매립지, 한국지역난방공사가 상암지구, 대구, 부산 등이 사업을 추진하는 등 최근 각광받고 있어 조만간 우리나라에서도 매립지 가스를 이용한 중대형발전을 실용화할 수 있게 될 것으로 기대된다.
메탄가스는 한국이 99개소인데 반해 EU는 150만개 이상이고 LFG도 미국의 경우 244개소 이상 연간 200만TOE를 생산하고 있고 EU도 175개소에서 연간 35만TOE의 에너지를 얻고 있다.
메탄가스 및 LFG개발이 용이하려면 해당 지자체 및 환경부의 협조는 필수적이며, 매립장 관리 규정의 개선 또한 필요하다.
LFG를 배출거래권(CDM)과 연관하는 TCAPP사업이 추진중에 있는 등 외국기업의 국내진출도 본격적이 되는 시점에서 시범사업을 통해 국내 경쟁력도 확보해야 한다.
LFG를 에너지로 활용하기 위해서는 한국전력의 적극적인 협조를 통한 열병합발전의 계통연결이 필요하고 공공기관에서 의무적으로 의무구매하는 방안등을 통해 이용 보급을 이뤄야한다.
앞으로는 바이오메스 에너지 생산시스템이 전력, 액체연료, 가스 등 다양한 형태로 현대화될 것으로 예상된다.
바이오에너지는 화석연료에 비해 환경친화적임을 고려할 때 외국에서 시행하고 있는 세금감면 등의 인센티브제도는 필수적이다.




<수도권 매립지>

6.5 50MW 발전소 건설
에너지개발이 환경오염 해결의 길

수도권매립지가 국내 대체에너지 전시의 장으로 탈바꿈을 시도한다.
김포지역 627만평의 광할한 대지위에, 2020년까지 매립용량 2억8천만톤의 쓰레기가 매립하게 되는 수도권매립지는 그동안 매립된 쓰레기에서 나오는 매립가스를 전량 불태워버렸다.
매립가스(LFG)는 악취 등 주변지역 대기환경 저해의 원인이 될 뿐 아니라 매립장의 안정화 및 사후관리에 막대한 지장을 초래하기 때문이다.
그러나 환경부가 단순 소각처리하던 매립가스를 전기에너지로 자원화하는 사업을 결정함에 따라 수도권매립지는 기존 지저분하고 위험하다는 이미지에서 자원의 재활용을 시험하는 국내 대체에너지 시험의 장으로 변모하게 된다.
이번 사업을 수행하게 되는 수도권매립지관리공사는 앞으로 이곳 매립이 마감된 제1매립장을 중심으로 태양광발전, 풍력발전시설을 설치하는 것을 검토해 종합적인 대체에너지 산업의 장을 만들겠다는 계획이다.
수도권매립지에 발생할 것으로 추정되는 매립가스의 양은 2039년까지 833m³/min∼901m³/min이며, 자원화 포집 가능량은 550m³/min∼630m³/min에 달하는 국내 쓰레기 매립장중 최대의 양이다.

▲사업효과
수도권쓰레기 매립장은 인천 영종도 신공항을 빠져나와 영종대교를 횡단하게 되는 도중 최초로 접하게 되는 내륙지방이다.
매립가스 이용 발전시설을 비롯 태양광발전, 풍력발전 시설이 들어서게 될 경우 국내로 들어오는 외국관광객은 물론 국내 여행객에게도 새로운 볼거리를 제공해 관광자원 효과가 높다는 분석이다.
또한 쓰레기매립장의 특성상 이윤창출보다는 인근지역 주민 편익을 도모한다는 점에서 지역주민 고용 및 관광수입 증대효과도 기대된다.
그러나 이러한 부수적인 효과들보다는 매립지에서 발생되는 가스가 주변지역 대기환경 오염의 원인이 돼 왔으며, 안정화 및 사후관리에 큰 지장을 초래한다는 점에서 발생가스를 단순 소각처리에서 자원화 함에 따라 인근지역의 악취방지, 안정화 및 경제적 부가가치 창출의 기반을 조성하게 됐다는 것이다.
즉 연간 64만배럴의 중유 수입을 대체하는 효과가 나타나는 것이다.
국제적으로는 매립가스 이용기술이 CDM(청정개발체제)로 인정받을 수 있음에 따라 기후변화협약에 의한 온실가스 감축의무 이행에 기여할 수 있게 됐다.

▲사업추진계획
수도권매립지 매립가스 자원화 사업은 2단계에 걸쳐 실시된다.
1단계 사업으론 6.5MW 규모의 발전시설을 건설해 매립지 자체 전력수요를 충당하도록 하고 2단계 사업으로 2004년까지 50MW급의 상업화된 매립가스 발전시설을 완공해 인근 지역 17,000여 가구에 공급한다는 것이다.
현재 1단계 사업의 부지정지작업이 마무리 단계에 와있다.
2단계 사업은 민자유치를 통해 686억5천만원의 사업비를 투자하게 되는데 환경부는 향후 50MW이상 발전설비를 건설 및 설계, 운영, 제작한 업체중 타당성 평가를 거쳐 발전사업자를 선정하게 된다.
이 사업은 준공과 동시에 소유권은 환경부로 귀속되며 낙찰자는 토지 및 매립가스는 무상으로 사용하고 15년범위내에서 시설관리 운영권을 인정받게 된다. 단 매립가스 발생량 미달로 인한 수익 감소분은 환경부장관이 보정하게 된다.
수도권매립지관리공사는 이번 사업을 통해 연간 200억원의 판매수익이 발생할 것으로 내다보고 있다.



<기고/ 바이오메스 기술동향>
김미선 박사(한국에너지기술연구원 바이오메스연구팀)


매립가스 유기성 폐수에서 수소생산 연구

바이오매스는 다양한 식물자원 즉 나무, 풀, 농작물의 가지, 잎, 뿌리, 열매등을 일컫는 사전적인 뜻을 갖는 용어이지만, 실지로는 모든 산업활동에서 발생하는 유기성 폐자원으로 예를들면 톱밥, 볏짚등과 같은 농·임업 부산물, 하수슬러지를 포함하는 각종 유기성 산업슬러지, 음식 및 농수산 시장에서 발생하는 쓰레기, 축산분뇨등을 모두 바이오매스 자원이라고 한다.
바이오매스 자원인 농작물과 산림은 공기 중 이산화탄소와 태양에너지를 이용하여 식량을 생산하면서 산소를 발생하는 이로운 자원이지만, 이외에도 축산분뇨, 산업슬러지 등은 토양, 하천오염의 주원인으로 골치 아픈 바이오매스 자원이다. 인류는 이러한 바이오매스 자원의 양면성을 경험하면서, 궁국적으로 생활에 이롭고, 환경 피해를 최소화하는 방향으로 바이오매스 자원을 활용할 시기이며, 이 중 한가지가 바이오매스 자원의 에너지화이다.
전세계 에너지의 약 14 %를 공급하는 바이오에너지는 수력(50% 이상) 다음으로 전기생산에 유용한 자원이다. 반면 국내 1차 에너지 사용량 181,027천 toe 중 바이오매스를 포함한 대체 에너지 사용량은 1,901천 toe으로, 대체에너지 공급율은 불과 1.05 % 이다 (1999년). 대체에너지 중에서도 약 90 % 이상이 소각에 의한 폐기물 에너지 생산이며, 바이오매스에 의한 대체 에너지 생산은 65천toe로 대체에너지 공급량의 약 3.5 %이다. 이는 국내 1차 에너지 사용량의 0.036%에 해당하는 것으로, 세계 통계에 비교하여 아주 낮은 수준이다. 국내와 비교하여 세계 통계가 높은 이유는 부분적으로 미국, 캐나다와 같은 산림 바이오매스가 풍부한 국가에서 석탄이나 천연가스 대신 버려지는 산림을 소각하여 전기를 생산하기 때문에 국내와 비교하여 높은 바이오매스 에너지 공급율을 갖는 것으로 분석되지만, 임산자원이 풍부하지 않은 국내에서는 타당한 자원 조사와 아울러 기술에 의존한 바이오매스 에너지의 개발이 시급하다.
바이오매스 자원으로부터 얻을 수 있는 에너지 형태는 소각에 의한 전기생산 이외에도 다양하며, 일부 선진국에서는 상용화 기술로 활용되기도 한다. 대표적인 바이오매스 에너지 기술과 형태는 메탄, 매립지 가스(land fill gas, LFG), 수소 혼합가스와 같은 바이오 가스이며, 이 밖에도 디젤, 에탄올 등의 액체 연료와 왕겨탄과 같은 고형연료가 있다. 어떠한 형태의 바이오매스 에너지 개발이 적합한가는 지역적으로 특수한 바이오매스 자원의 가용량과 특성 및 기술개발의 투자 규모등의 국가적인 차이에 기인한다. 예를들면, 전술한 바와 같이 산림 바이오매스가 풍부한 국가는 이 분야의 개발이 활성화 되었고 또한 미국과 유럽은 계획된 도시폐기물 매립장에서 발생하는 매립지 가스를 회수하는 공정을 상용화하여, 대규모 매립장 조성으로 근처 소도시의 가스 및 전기공급원으로 이용하였다. 축산분뇨나 음식쓰레기를 메탄가스화 하는 기술은 유럽에서 개발되어 축산농가 및 주변시설의 열원으로 사용된다. 그외에도 채종유 및 식물유 작물의 대량 재배가 쉬워 원료 수급이 적합한 유럽에서는 바이오디젤 생산 기술이 상용화되어 독일은 연간 21만 톤, 유럽 주요 국가에서만도 약 4백만톤, 미국은 2억톤을 생산하여 디젤엔진 연료로서 소비촉진을 장려하고있다. 이와 비교하여 국내는 좁은 국토 면적과 심한 NIMBY 현상으로 매립지 조성이 어려웠으며 정부차원의 대체에너지기술개발 투자규모도 선진국의 1%이하에 머므르는 수준이었다.
국내의 바이오매스 자원을 농산, 임산, 축산, 산업, 도시 바이오매스 자원으로 분류할 때 임산 바이오매스가 차지하는 부분은 환경청 통계에 따르면 약 50%가 넘지만, 이 중 97%는 국토보존, 생태계 보호, 조경등의 목적을 갖는 영구 보존림이며, 폐자원량은 약 3%에 해당하여 국내에는 이러한 바이오매스 자원를 이용하는 에너지 개발 기술은 적합치않다. 그러나 국내에서 발생하는 바이오매스 자원 중 가장 가용량이 높은 자원은 도시 바이오매스 중 음식쓰레기, 생활하수, 하수슬러지를 비롯하여, 산업 활동에서 발생하는 유기성 공장 폐수, 축산 폐기물등 유기질 농도가 높은 폐기물은 연간 약 200 백만톤에 이른다. 이와같은 국내에 가용량이 높은 바이오매스 자원은 메탄, 매립지가스, 수소와 같은 바이오 가스를 생산하기에 적합한 자원으로 국내에서는 기술개발 및 활성화 정책이 정부와 민간 차원에서 적극 뒷받침되어야 만 국내의 바이오에너지 생산을 활성화 할 수 있다.
이러한 바이오가스 생산 기술들의 국내외 상황을 살펴보면, 혐기성 기술로 폐기물을 제거하는 매립지 가스 발전은 산업자원부 대체에너지 기술개발 사업으로 진행되어 매립지에서의 에너지 회수에 관한 연구가 진행 중이나 가스회수를 고려하지 않은 설계, 매립지 자체의 문제와 수분이 많은 특성 때문에 아직은 실용화되지 못하고 있으나, 최근에는 매립지 자체의 문제는 많이 해결되었고 한정된 매립지의 효율적인 이용이 요구되고 있기 때문에 앞으로는 보급이 많이 늘어날 것으로 전망된다. 유기성 폐수로부터 메탄가스를 생산하는 국내 혐기성 관련 기술은 주로 HAF, AFP를 이용한 주정폐수의 처리, 혐기성 미생물 극대화를 위한 Hybrid UASB를 이용한 폐수의 처리 기술 등이 있으나, 현재 혐기성 기술의 한계는 혐기성 기술로 적용 가능한 폐수의 범위, 운전 문제 유발시 대처 방안, 반응속도 상승을 위한 적절한 전처리 등 표준화된 처리공정이 확립되지 않았고, 또한 오염물질 처리에만 주안점을 두어 에너지원인 메탄 및 합성가스 회수에 관한 연구가 부족한 실정이다. 현재 혐기성 처리기술은 도시하수 슬러지, 농축산 폐기물, 식품·낙농산업의 고농도 유기폐수, 음식물 쓰레기 처리 등 고농도 유기물 함유 폐기물에 적용되고 있으며 이처럼 혐기성 처리기술은 산업계 및 공공부문 전반에서 널리 적용되고 있다. 그러나 이들에 적용된 혐기성 기술들은 에너지 회수 측면보다는 폐기물의 단순 처리에만 급급한 실정이다. 메탄가스를 생산하는 주요 혐기성 공정은 국외에서 1900년도에 최초의 혐기성 반응조가 고안되었으나, 1970년대 UASB 반응조, Anaerobic Hybrid Bed 반응조 및 Thin Film 반응조등의 고효율 혐기성 발효장치에 관한 많은 연구가 진행되었다.
메탄가스 및 매립지 가스 발전은 현재 미국과 유럽에서 널리 보급되고 있는 폐기물 이용한 발전 방식이다. 이러한 형태의 유기성 쓰레기 처리 및 에너지 생산 공장이 1988년 프랑스에 최초로 건설된 이래 유럽에만 20 기 이상 가동되고 있다. 매립지 가스 발전은 1998년 유럽 400, 미국 360여 개소로 부터 연간 약 400만 톤의 석유에 해당하는 에너지를 공급하고 있다.
최근 선진국에서는 메탄과 매립지 가스와 아울러 유기성 폐수 및 폐기물로부터 자연계의 미생물을 이용하여 메탄가스 생산 공정과 유사한 방법으로 생산할 수 있는 바이오 가스로서 수소에너지 생산에 주목하고 있다. 수소는 연소 후 물만 남는 청정·대체에너지이며, 환경 오염 물질인 유기성 폐기물과 폐수를 동시에 처리할수 있고, 이산화탄소 배출 감소에 따른 지구 온실효과 방지 등으로 에너지 생산과 아울러 지구 환경 보호에 크게 기여할 것으로 예상된다. 현재 수소생산 연구는 일본, 독일, 미국에서 활성화되어, 일본 통산성과 민간기업이 후원하고 신에너지 및 산업기술 종합기구 (NEDO)가 주관하는 '환경조화형 수소제조기술개발' 연구가 1991∼1999년에 각종 유기성 폐수로부터 수소 생산을 목적으로 대학 및 국가 연구소가 참여하고, 미국, 영국, 이태리와 공동으로 기술을 개발하였다. 이 연구로 일본은 바이오매스로 부터 수소의 생산 가능성을 암시했으며, 현재 일본 내 수소 소비의 1/3을 바이오매스 자원으로부터 충당할 수 있을 것으로 예상하였고, 이는 1.76백만 ㎘에 해당하는 양에 해당한다. 이외에도 IEA Annex 15, 미국 에너지성도 적극적인 기술개발을 서두르고 있다.
국내 바이오매스 에너지를 비롯한 대체에너지 개발 및 보급 활성화를 위해서는 우선 국내 자원이 풍부하여 개발 타당성이 높은 바이오매스 자원을 선택하여 대체에너지를 집중 개발하는 전략이 필요하다고 본다. 대체에너지 공급 비율이 14.7%를 차지하여 가장 대체에너지를 많이 이용하는 뉴질랜드는 자연적으로 풍부한 지열을 이용하고, 오스트리아, 캐나다는 산림국가로 임산 바이오매스 자원을 적극 이용하는 것으로 나타났다. 전술한 바와 같이 하수 및 각종 슬러지, 음식·농·수·축산 쓰레기, 폐수와 같은 국내 가용량이 높은 바이오매스 자원으로 유럽과 같은 바이오가스의 생산은 국내기술 개발 타당성이 높다. 또한 특수한 대체에너지 자원인 산림, 지열, 수력등의 자원이 빈약한 국내에서는 자원보다는 기술개발로 에너지를 확보할 수 있는 에너지 기술 개발이 국내 사정에 적합하다.
이미 기술개발이 축적된 매립지 가스기술에 대해서는 대체에너지 민간 사업가 투자비 회수기간 낮추고, 정부지원을 늘이는 방법 (생산장려금, 소득세 감면등)으로 활성화하는 정책이 필요하다. 선진국의 사례를 검토할 때 에너지 가격을 조정하여 생산된 대체에너지 (가스, 전력 형태)는 모두 사들이는 정책적 뒷받침이 필요하다. 화석연료의 장기적인 사용에 의한 지구 온난화 및 토양오염 등 심각한 지구 환경문제를 초래하였고, 20세기 후반부터는 화석에너지 고갈에 대한 대체 에너지의 생산과 아울러 환경오염을 적극적으로 해결하기 위한 에너지 시스템이 요구되기 때문에 국내 적합한 대체에너지 기술개발의 선택 및 집중투자가 더욱 강화될 환경규제에 부응하며 대체에너지 보급을 활성화 할 수 있다.