선진국들은 이미 1974년 제1차 석유파동 이후 대체 에너지 개발과 실용화를 적극 추진해 왔으며, 최근에는 자원 고갈에 대비하고 지구온난화 문제를 해결하기 위해 적극성을 보이고 있다.
우리나라도 에너지 소비량의 97%를 해외 수입에 의존하고 있어 에너지 자원 확보가 최우선 과제 중에 하나인데, 최근 고유가가 지속되면서 대체 에너지 개발에 더 많은 관심이 쏠리고 있다.
지식경제부는 2010년 10월에 실시한 ‘제9차 녹색성장 위원회’에서 신재생 에너지를 성장 동력산업으로 육성하기 위한 ‘신재생 에너지 산업 발전전략’을 발표하였다.
이에 따르면, 2015년까지 총 40조원(정부 7조원, 민간기업 33조원)을 투자하여, 세계 5대 신재생 에너지 강국으로 도약한다는 것이다.
대체 에너지로의 방향전환 - 바이오 에너지(Bio-Energy)
바이오 에너지는 태양광을 이용하여 광합성되는 유기물(주로 식물체)과 이러한 유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물 유기체(Biomass)의 에너지를 말하며, 바이오 에너지에 사용되는 바이오매스는 태양 에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체, 균사체와 이를 먹고 살아가는 동식물체를 포함한 생물 유기체를 말한다.
지금까지 바이오매스 자원을 이용한 연료의 경우에는 석유자원 등 화학적 합성공정에 의존하다보니 환경문제 및 자원고갈 등의 문제가 대두되었다. 하지만 생물 유기체를 이용하게 되면서부터는 이러한 문제가 상당부분 해소될 전망이다.
바이오 에너지는 경제성 측면에서도 기존의 신재생 에너지에 비해 높은 효율을 갖고 있다.생산단가는 태양광의 3분의 1에도 미치지 않을 뿐더러, 버려진 자원을 재활용하는 방법이기 때문에 처리 비용까지를 감안한다면 더욱 경제성이 높다고 할 수 있다.
바이오매스를 열, 또는 에너지로 변환하는 기술은 직접 연소법, 열화학적 변환법 및 생물화학적 변환법으로 구별할 있고, 식물유를 에스테르화하여 얻어지는 바이오디젤 제조기술이나 바이오펠리트 제조기술 등이 있다.
바이오 에너지의 장점
첫째, 원료로 사용되는 바이오매스는 계속해서 자라므로 석유나 석탄과 같이 한번 사용하면 없어지는 화학 에너지와는 달리 재생성을 가지고 있어 원료의 고갈문제가 없다.
둘째, 대부분의 바이오 연료는 석유계 연료에 비해 공해물질을 현저하게 적게 배출하여 대기 환경오염 개선에 도움이 된다.
셋째, 교토협약에 의한 이산화탄소 배출을 규제하는 국제사회 움직임에 대응 가능한 연료다.
넷째, 다른 신재생 에너지의 경우 생산 가능한 에너지의 형태가 열(태양열,지열 등), 또는 전기(태양광, 풍력, 연료전지) 등이어서 저장이 어렵다는 문제점이 있지만, 바이오매스 에너지는 열, 전기뿐만 아니라 연료의 형태로도 활용이 가능하여 원할 때 언제든지 사용할 수 있다.
그러므로 바이오매스 에너지는 자원고갈의 문제가 없고, 지구 온난화와 대기오염 문제해결에 기여해 석유의 실질적 대체재라고 할 수 있다.
재생 에너지원 - 바이오매스
1) 미세조류
석유를 대체할 에너지로 주목받는 것이 바이오디젤이며, 바이오디젤의 차세대 원료 후보로 주목받고 있는 것이 미세조류다.
미세조류는 광합성을 하는 단세포 생물로 클로렐라가 대표적이며, 광합성을 통해 이산화탄소를 에너지원인 포도당(글루코스)과 산소로 전환하는데, 여기서 생성된 글루코스로 생장과 생활에 필요한 에너지를 얻어 살아가며, 남는 에너지는 중성지방 형태로 저장된다.
이 중성지방을 짜내어 바이오디젤 원료로 사용하는 것인데, 에너지 밀도가 높은 바이오디젤은 물론이고, 그린 항공기 연료나 그린 가솔린까지 폭넓게 사용할 수 있어 기대를 모으고 있는 원료소재다.
미세조류를 이용한 바이오디젤의 장점은 무엇보다 생산성이다. 육상작물인 팜, 대두나 유채보다 경작 면적당 훨씬 많은 오일을 생산한다. 육상작물에 비해 단위면적당 3~8배의 오일을 짜낼 수 있고 최대 250배까지 가능하다.
또한 일년에 한 두번 밖에 수확할 수 없는 육상식물과 달리 성장속도가 빨라서 연중 20회 이상 생산할 수 있다. 특히 조류는 이산화탄소 흡수원으로도 유망한데, 이산화탄소 흡수량이 목질계의 7배에 달하고, 물이나 비료, 농약사용이 없다는 점에서도 친환경적이다.
또한 발전 플랜트, 시멘트 공장 등에서 배출되는 이산화탄소를 조류 성장을 위해 사용할 수 있으며, 탄소저감에도 큰 기여를 할 수 있다는 장점이 있다.
정부도 2012년까지 해양 바이오에탄올 파일럿 플랜트를 건설해 경제성을 검증하고, 상용화 한다는 방침을 세웠다.
계획에 따르면, 2013년까지 해양 바이오에탄올 원료의 대량양식 기술을 개발하고, 2016년까지 양식장 50만ha를 확보해 22.7억ℓ를 생산함으로써 국내 휘발유 사용량의 20%를 대체하겠다는 계획이다.
이와 함께 2030년까지는 국내 바이오 에너지 수용 중 50%를 해양 바이오 에너지로 충당한다는 목표다.
한국해양연구원은 지난 6월에 롯데건설, 애경유화, 호남석유화학과 공동연구협력 파트너십 결성을 체결하여 본격적인 공동연구를 통한 미세조류 배양 및 바이오연료, 기능성 물질 등 생산공정에 대한 실증실험을 거쳐 대규모 생산단지 착공을 추진할 계획이다.
2)하수도 자원이다-하수슬러지
도시에서 발생하는 하수를 모아 정화처리를 하여 방류를 하는·곳이 하수 처리장이다.
그런데 여러 관로를 통해서 모여지는 하수는 하수관로 내에 침적되어 있는 뻘이나 부유물질 등 이물질도 함께 하수 처리장으로 유입이 되므로, 이러한 이물질을 중력 침강이나 약품 처리를 하여 따로 모아서 탈수시켜 남은 찌꺼기 덩어리를 하수슬러지라고 한다.
우리나라도 「런던협약 ‘96 의정서」 발효에따라 2011년 이후 부터는 하수슬러지를 바다에 버릴 수 없어 폐기물 전량을 육상에서 처리하거나 재활용해야 할 처지에 놓여있다.
환경부의 ‘해양배출 규제대응 하수슬러지 관리대책’에 의하면, 2015년까지 하수슬러지 처리시설 구축, 감량화 대책추진, 운영 및 관리 선진화 대책추진에 9천776억원을 투자할 계획이다.
건설업의 경우 하수슬러지를 소각 후, 발생하는 소각재를 물과 혼합하여 소결 과정을 거쳐 가볍고 강도가 우수한 경량골재를 제조해 건축자재로 활용하며, 탈수 등의 후처리 공정을 거친 다음 다른 물질과 혼합·고형화해 시멘트나 벽돌 등의 건축물 재료로 재활용하고 있다.
하수슬러지 재활용과 관련한 기존의 문제는 건조할 때 비용이 많이 소요된다는 것과 소각 건조 시 발생하는 가스 및 악취문제가 가장 큰 단점이었다.
하지만 이 같은 문제들을 해결할 독자적인 기술이 우리나라에서 개발되어 하수슬러지 재활용 사업에 긍정적 신호로 작용하고 있다.
마이크로테크놀로지(주)가 자체 개발한 마이크로웨이브와 근적외선 혼합방식 기술은 가정에서 흔히 사용하는 전자레인지와 비슷한 주파수 대역의 극초단파(microwave)와 근적외선을 이용하는 기술로써 높은 열효율을 보이는 첨단기술이다.
삼성엔지니어링은 지난6월 19일 무하락STP(Muharrq STP Company)와 2억5천만 달러 규모의 바레인 무하락 하수처리 프로젝트 계약을 체결했다고 지난 6월 20일 밝혔다. 바레인 무하락 지역에 건설되는 이번 수처리 시설은 1일 10만㎡의 하수를 처리하게 되며 슬러지 소각로 등 부속시설도 함께 건설된다.
(주)팬아시아워터의 경우도 하수슬러지를 80~90%까지 감량하는 것을 목표로 슬러지의 농축단계에서 발생하는 농축 슬러지에 대해 고온 호기성 미생물, 초음파, 오존, 용균성 산화제, 물리적 파쇄장치와 이들을 조합한 감량기술을 이용한 바이오가스를 생산하는 기술을 선보이고 있다.
3)신재생 에너지-하수열
하수의 온도차 에너지를 활용한 친환경 기술로써, 하수온도는 가정에서 약 25℃로 배출되며, 바깥 온도와 상관없이 연평균 약 15℃를 유지한다. 하수온도는 겨울에는 상수도 물보다 7℃ 정도 높은 섭씨 12℃이며, 여름에는 대기 온도보다 10~15℃ 보다 낮은 섭씨 20℃ 수준이다.
겨울에는 하수열을 50~70℃ 정도로 끌어올리고, 여름에는 이 히트펌프 공기를 팽창 시키는 방식으로 실내온도를 떨어뜨린다.
하수열 에너지는 이와 같은 하수의 온도 특성을 이용한 온도차 에너지인 셈이다. 특히 버려지는 하수의 온도차 에너지를 회수해 이용하기 때문에 지속적으로 일정 수준의 열원을 공급받을 수 있고, 또한 하천수, 해수, 지열, 공기열 등 다른 온도차 에너지원에 비해 양질의 열원이면서도 2차 오염을 발생시키지 않는 친환경 에너지 기술이다.
국내기업들 중에는 대표적으로 휴다임과 삼성에버랜드 등을 들 수 있는데, 휴다임은 스위스 업체로부터 원천 기술 자체를 인수, 다양한 하수관거와 하수조건에 최적화 된 열교환기 설계 기술을 확보하여 하수열 에너지의 효율적 획득과 건물 냉난방 및 급탕을 공급하는 기술로 2009년에 강동 어린이회관에 최초의 실증시설을 준공했다.
삼성에버랜드는 스위스 프리오섬사와 기술 독점계약을 체결하는 등 신재생 에너지사업을 더욱 강화하고 있다. 프리오섬사는 120℃의 고온수를 생산하는 히트펌프 등을 세계 최초로 제작하는 등 컴프레서와 히트펌프 분야에서 세계적으로 두각을 나타내고 있다.
서울시는 지난 5월에 탄천, 서남, 난지, 중랑 등 4개 물재생 센터의 방류수에서 발생하는 열을 활용해 전국 최대 규모인 11만 가구에 냉·난방 에너지를 공급하는 사업을 한다고 밝혔다.
음식물 쓰레기의 재활용
전국적으로 하루에 버려지는 음식물 쓰레기의 하루 발생량은 1만 5천75톤이며, 전체 생활쓰레기 발생량의 31.6%에 해당된다.
일상에서 발생되는 쓰레기는 일부 재활용하거나 소각처리 등 중간처리과정을 거쳐 최종적으로는 매립하게 된다. 그러나 음식물 쓰레기의 매립에는 부지확보와 사후관리에 엄청난 비용이 소요될 뿐만 아니라, 질소 및 유황화합물에 의한 악취 발생과, 고농도 침출수가 발생하여 처리비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 대기·수질·토양·지하수 오염문제까지 발생한다.
소각할 경우에도 다이옥신을 비롯한 각종 유해물질이 배출될 가능성을 배제할 수 없어 2차 환경오염 문제를 유발할 수 있다.
2005년부터 음식물 직매립이 금지되면서 음식물 쓰레기의 자원화가 활발히 추진되어 왔다. 자원화 처리는 크게 분류해 습식사료, 건식사료, 퇴비화, 혐기성 소화, 하수병합 등으로 이루어지고 있는데, 이 자원화 시설을 거친 음식물 쓰레기는 사료나 퇴비, 그리고 바이오가스 등으로 사용되고 있다.
음식물 쓰레기는 건조 중량 기준 발열량이 높고 수분이 충분하며, 유기성 물질로서 영양소도 충분하므로 과다한 염분 농도 문제, 향신료(매운 맛) 문제 등 일부 문제점을 제거하면 퇴비나 사료로서 유용한 자원으로 재활용이 가능하다.
전 세계는 이산화탄소를 배출하지 않는 차세대 미래 에너지원을 개발하기위해 ‘총성없는 전쟁’을 치르고 있는 중이다.
현재 바이오 에너지 시장은 1세대인 곡물계, 2세대인 목질계에서 3세대라고 할 수 있는 미세조류, 하수슬러지, 하수열, 음식물 쓰레기 등의 신재생 에너지원 개발에 전 세계의 관심이 집중되고 있다.
[저작권자ⓒ 이미디어. 무단전재-재배포 금지]
