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(전력산업 미래기술 전문가에게 듣는다) 바이오매스를 새롭게 활용하는 열분해 기술
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박정극 전력연구원 창의미래연구소 융합에너지그룹 선임연구원
김유정 작가의 소설 '동백꽃'에서 어린 남자 주인공은 매일 나무를 하러 산으로 간다. 산속에서 구하는 나무는 예부터 귀한 연료이자 수입원이었다. 그러나 석유, 석탄 등 보관과 사용성이 우수한 연료에 밀려 관심을 받지 못했던 바이오매스가 다시 각광을 받는 것은 지구 온난화 문제가 제기되면서 부터다. 전기에너지를 만드는 연료로 바이오매스를 사용할 경우 온실가스의 배출을 줄일 수 있기 때문이다. 바이오매스는 공기 중의 이산화탄소를 이용한 광합성에 의해 생성되기 때문에 바이오매스를 연료로 사용하는 것은 대기 중 이산화탄소 총량에 영향을 주지 않는 것으로 인정된다. 오래전부터 땅속에 묻혀 있던 탄소로 이뤄진 화석연료를 꺼내서 쓰는 것과 다르다.
최근에는 신재생발전을 위해 직접 연소하던 기존 방법과 달리 새로운 방식으로 바이오매스를 활용하는 열분해 기술이 유럽을 중심으로 큰 관심을 불러일으키고 있다.
바이오매스 열분해에서 생성되는 액체, 고체의 고부가 부산물이 에너지 분야를 비롯한 다양한 산업에 활용될 수 있기 때문이다. 바이오매스 열분해는 산소가 거의 없는 상태에서 바이오매스를 350℃ 이상의 온도로 가열해 고분자화합물을 열적으로 분해하는 공정이다. 이때 바이오매스 일부가 열분해 증기로 전환되고 나머지는 탄소가 주성분인 고체 부산물로 배출된다. 열분해 증기는 응축 과정을 통해 다양한 오일 성분이 포함된 액체 부산물(바이오오일 또는 열분해 오일)과 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소가 포함된 기체 부산물(바이오차, biochar)로 분리된다.
열분해에 필요한 에너지 공급에 주로 사용되는 기체 부산물을 제외하고 액체부산물과 고체 부산물은 다양하게 활용될 수 있다. 먼저 바이오오일은 바이오케미컬의 원료는 물론 산업용 보일러, 엔진, 터빈 등 원동기의 친환경 연료로도 활용이 가능하다. 바이오오일의 에너지 밀도는 원료 바이오매스에 비해 5~8배가 높고, 발전·난방·수송 분야 등에 널리 적용이 가능해 해외에서 대량 바이오매스 수입이 불가피한 경우에 기술·경제적 이익이 크다고 할 수 있다. 바이오오일은 네덜란드 등 유럽을 중심으로 하루 100톤 바이오매스를 처리하는 규모의 플랜트가 상업 운전 중에 있다.
바이오차의 활용 분야는 보다 다양하다. 바이오차는 탄소 함량(80% 이상)이 높고, 미세표면적(200~400m2/g)이 넓은 특징을 가지기 때문에, 배터리 등의 전극 소재, 다양한 공정의 촉매 소재는 물론 고품질의 연료로 제철·발전 산업에 활용해 온실가스 배출을 줄일 수 있다. 원래 바이오차는 1800년 대 후반, 아마존의 비옥한 토양(Terra Preta)의 원인 물질로 지목되었던 바, 농업 분야에 활용 사례가 지속적으로 증가하고 있다. 바이오차의 수분과 영양분 흡착 능력 등을 이용하면, 농업 생산성 증대, 토양 내 온실가스(메탄, 아산화질소) 배출 억제, 중금속 흡착·제거 및 화학비료 사용 저감 등 효과를 거둘 수 있다. 환경 분야에서는 수질 정화 및 악취제거에 효과적으로 활용될 수 있다. 글로벌 바이오차 시장은 2016년 약 5천억원에서 2022년까지 약 1조원 규모로 크게 성장할 전망이다.
2005년부터 미국 코넬대학 Lehmann 교수는 바이오차를 이용해 대기 중 온실가스를 직접적이고 빠른 속도로 제거하는 탄소 네거티브 기술의 구현을 주장해 왔다. 공기 중 이산화탄소가 바이오매스를 거쳐 탄소 형태로 바이오차로 전환된 것을 토양에 저장할 경우, 지구 탄소 사이클의 일부를 토양에 고정하는 효과가 있다는 것이다. 이렇게 줄일 수 있는 온실가스의 양을 이산화탄소로 환산할 경우, 연간 1.0~1.8Gt CO2에 달한다고 보고된 바 있다. IEA는 2050년까지 세계 전력 소비량의 7.5%를 바이오에너지로 공급하겠다는 로드맵을 수립한 바 있다. 글로벌 온실가스 배출 저감을 위해 바이오매스를 활용하는 것은 필수적이다. 바이오매스 활용에 따른 기후변화 완화 효과를 높이고 부작용을 해소하기 위해 면밀한 분석과 연구개발을 통한 장기적 정책이 수립돼야 한다.
바이오매스 열분해는 고부가 바이오오일과 바이오차를 생산하고 에너지·농업·환경 산업 등에 활용하는 융합 신기술이다. 바이오매스 이용을 통해 기후변화 대응 및 산업적 파급효과 증대라는 사회적 요구를 동시에 만족시키는 기술로 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

작성 : 2017년 09월 12일(화) 11:49
게시 : 2017년 09월 13일(수) 10:08


박정극 전력연구원 선임연구원

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