2005년에 독일의 1차 에너지 소비는 14,238PJ이다. 이 가운데 재생에너지가 차지하는 비율은 4.6%이며, 바이오에너지는 3.3%이다. 바이오에너지는 수송 부문에서 3.6%, 열 부문에서 5.1%, 전기생산에서 2.2% 기여하고 있다47. 재생 에너지에너지에서의 비중이 그만큼 크다. 2005년에 에너지용 바이오매스 소비 는 2002년에 비해 거의 두 배가 되어 470PJ이다. 이렇게 증가한 것은 바이오가 스 생산을 위한 작물과 유채재배지가 크게 확장되었기 때문이다.
47 Auer, J. (2006) Bioenergy für die Zeit nach dem Ol. In: Proceedings "BBE-Fachkongress für Holzenergie" Sept. 28-29. 2006. Augsburg. 3-13
그림 4-4. 독일의 1차 에너지 소비구조, 2005
석 유 36.0%
기 타 0.1%
핵 에 너 지 12.5%
갈 탄 11.2%
석 탄
12.9% 천 연 가 스
22.7%
재 생 에 너 지 4 . 6 %
자료: http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/37730/36356
“바이오에너지 분야는 더 많은 부가가치와 고용을 창출하는 새로운 기회인 데, 특히 농촌 지역과 중소기업에서 그러하다.” 재생에너지의 날(2006년 4월 28 일) 아침에 식품․농업․소비자보호부 장관인 Peter Paziorek 박사는 말하였다.
바이오매스는 독일에서 가장 중요한 재생에너지이다. 곳곳에 풍력터빈이 있고, 많은 가정의 지붕에 태양에너지 장치도 설치되어 있다. 그러나 소비자들 은 바이오가스 시스템과 목질펠릿 난방장치에는 아직 익숙해 있지 못하다. 바 이오에너지는 재생에너지원이 공급하는 에너지의 거의 2/3를 차지한다.
Paziorek 박사는 “바이오매스는 다양한 데에 쓰인다. 열과 전기뿐만 아니라 연료도 바이오매스에서 생산할 수 있다. 오늘날 식물성 기름, 바이오에탄올, 바 이오디젤과 같은 바이오연료는 연료 소비량의 거의 3.5%를 차지하고 있다. 조 만간 화석연료의 중요한 대안이 될 것이다. 그러나 바이오매스는 주로 열 생산 에 이용된다. 2005년에 재생에너지원으로 생산한 열의 95%는 바이오매스에서 비롯되었다. 주요 바이오매스 에너지원은 목재인데, 이는 오븐과 난방장치, 열 병합발전소에서 이용된다. 작년에만도 목재 펠릿 난방장치의 수는 두 배가 되 어 3만이 되었다. 미래에 열은 식물성 기름을 사용하는 바이오가스와 열병합발 전소에서 공급될 것이다.”48
48 http://www.bmelv.de/Pressrelease No. 078
그림 4-5. 에너지용 바이오매스의 소비, 2002
단위: PJ/a
연 료 재 , 165 바 이 오 가 스 ,
5.5 짚 , 2.8 기 타 목 질 바 이
오 매 스 , 1.2 폐 목 재 , 12
임 산 업 폐 재 , 43
오 니 가 스 , 8 매 립 가 스 , 10
액 체 연 료 , 12
2 4 7 P J / a
자료: http://www.fnr-server.de
<그림 4-5>에서 제시한 소비 자료는 Leible와 Kalber(2006)49이 추정한 바이 오매스 잔재량(건중량 7천만 톤)의 25%에 불과한 것이다. 특별히 에너지로의 이용 잠재력이 높은 짚(21%), 액분(15%), 가정용 쓰레기(13%)는 지금까지 충 분히 이용되지 못하였다.
3.1. 난방
연료재(材)로의 바이오매스는 독일에서 여전히 중요한 에너지원이다. 2005 년에 연료재의 에너지량은 201.6PJ이었다50. 지난 15년간 화로 기술이 크게 발 전하여 목재 에너지를 사용하는 기술이 크게 편리해지고(연료를 하루에 한번 투입함) 효율도 높아진 영향이 크다.
49 Leible, L. Kälber, S. (2006). Energetische Nutzung fester biogener Reststoffe. Informationen zur Raumentwicklung 1/1.2006, 43-54
50 http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/37730/36356
그림 4-6. 현대적인 목재 가스화 보일러와 목질 펠릿
자료: Dr. Kürsten
목재가스화 보일러에는 온도조절 흡입팬이 장착되었고, 정확한 양의 연소 공기가 1차 또는 2차로 전달된다. 이 기술의 진전으로 에너지 산출효율은 최대 90%까지 상승하였으며 오염물질 배출은 법적 기준치 이하가 되었다. 완충저장 탱크는 연소효율을 크게 향상시키고 태양열 시스템과 함께 이상적으로 사용할 수 있게 되었다51.
2006년 6월 1,200가구에 대한 조사에 따르면 장작은 지금까지 가장 중요한 연료재이며(84%), 여전히 구형 화로와 보일러에서 이용되고 있다. 하지만 효율 성과 청정성이 아직은 만족할 만한 수준은 아닌 것으로 보고 있다. 제재소 폐잔 재는 연료재로서 두 번째로 많이 사용된다(11.2%). 톱밥으로 만든 성형탄 (Briquettes)은 2.8%, 우드칩은 1.1%, 펠릿은 0.9%로 가정의 목재난방 시스템에 공급된다. 특히 의미 있는 현상은 아주 많은 사람이 나무를 이용한 난방에 관심 이 있다고 하는 사실이다.52
51 http://www.kuenzel.de/English/products/indexEP.htm
52 Freier, K.(2006).Das Marktanreizprogramm zur Fordenrung der Holzenergie im Warmemarkt:
Status Quo und Handlungsbedarf. In: Proceedings “BBE-Fachkongress fűr Holzenergie” Sept.
28-29, 2006, Augsburg, 171-185. Oral additions.
표 4-3. 독일 연료가격의 비교
연료형태 연료가격 에너지 가격
연료유 61.5€cent/ℓ(2006/03/28) 6.15€cent/㎾h
천연가스 (2006/01) 4.80€cent/㎾h
목질펠릿 170€t=17€cent/㎏ 3.40€cent/㎾h(<5,000㎾h)
짚펠릿 170€t=17€cent/㎏ 3.61€cent/㎾h
곡 물 105€t=10.5€cent/㎏ 2.23€cent/㎾h
자료: Voss-Fels, P(2006): Presentation at the conference “Heating with grain and straaw” on May 5th, 2006 Messe Kassel
지금까지는 중요성이 높지 않았지만 목재 펠릿 난방 시스템은 연간 100%
이상 성장하고 있다. 특히 연료재를 저장하는 공간이 부족하고 편리성에 대한 요구가 높은 도시 지역에서 그러하다. 2005년 가을 유가가 크게 상승한 이후 겨울동안 목질 펠릿의 생산은 수요를 따라잡지 못하였고 일부 부족 현상이 나 타나기도 하였다.
다양한 펠릿이용 기술의 발전은 현대화된 펠릿 보일러에서 사용할 수 있는 대안 연료에 대한 관심을 증대시켰다. 짚과 기타 농업 폐잔재와 같은 다른 바이 오매스로도 만들 수 있지만 사이즈가 크고 품질이 낮아 특별한 화로를 필요로 하는 단점이 있다.
일부 농업인들은 곡물을 이용한 현대적 펠릿 보일러를 이상적으로 사용할 수 있다고 한다. 펠릿 성형이 필요하지 않고 높은 열 가치와 밀도를 가지며 목 재칩이나 장작, 펠릿보다 에너지 가격도 낮기 때문이다<표 4-3>. 문제는 재(비 료로 이용 가능함)와 먼지가 많이 발생한다는 점이다53.
3.2. 발전
독일에서 바이오매스 전기생산량은 크게 증가하고 있다<그림 4-7>. 2004~
53 http://www.getreideheizung.de/english/elinks.htm
2005년 독일에서 바이오매스를 이용한 발전은 거의 두 배가 되어 13,114GWh 가 되었다. 대부분 전기는 목질계 폐잔재와 바이오가스로부터 생산되었다<그 림 4-8>.
그림 4-7. 독일의 바이오매스 전기생산
단위: Gwh
자료: http://infografik.ea-nrw.de
그림 4-8. 독일의 바이오매스를 이용한 전기 생산, 2005
고 형 바 이 오 매 스 (주 로
목 재 ) 35%
매 립 가 스 17%
오 수 가 스 7%
바 이 오 가 스
24% 액 화 바 이 오
에 너 지 1%
생 폐 기 물 16%
자료: Bundesverband BioEnergie
현재 독일에는 120개의 바이오매스를 연소하는 열병합발전(CHP, Combined heat and power)이 가동 중이며, 개별 플랜트는 전기생산용량이 최대 20MW에 이른다. 4백만 톤의 바이오매스를 사용하여(대부분 폐기물과 폐목재) 약 5,000GWh의 전기를 생산한다54. 폐목재를 연소하는 구형 발전소는 폐열이용에 관심이 적은데 목재보존제와 중금속으로 오염된 나무들을 처리하는 것으로도 충분한 돈을 벌기 때문이다.
바이오매스를 가스화하여 발전하는 것은 지난 몇 년 동안 크게 확대되어 급 성장하는 바이오에너지 산업으로 독자적인 부문을 형성하였다. 2005년 말에 2,700개의 바이오가스 시스템이 650MW의 전기를 생산하였다. 독일바이오가스 협회(FvB)에 따르면 2020년에는 바이오가스에 의한 전기설비용량이 9,500MW 에 이를 것으로 보인다. 이러한 바이오가스는 농업에서 예상량의 80% 이상을 공급할 수 있으며 에너지작물의 재배만으로도 60%를 공급할 수 있다.
실제 독일에서 바이오가스 플랜트는 급속히 증가하고 있다. 특히 로워 섹소 니(Lower Saxony) 지역에는 430개의 바이오가스 플랜트가 있으며 총발전용량 은 265MW이다55. 그리고 200개가 승인과정 또는 건설 과정에 있다<그림 4-9>. 주요 투입재는 옥수수와 액분이다. 전기생산에서 발생하는 폐열을 겨울 난방과 여름 각종 건조작업에 사용하는 방안이 보급되고 있다. 그래서 바이오 에너지를 이용하는 복합 시스템이 개발되고 있다<부록 4-5, 4-7>.
그림 4-9. 하노버 근처에 건설 중인 바이오가스 생산설비
촬영: Kürsten
54 http://www.renewables-made-in-germany.com
55 Report in "Hannoversche Allgemeine Zeitung" 2006. 6. 13. p.11
2005년 말에 독일 바이오가스 산업은 시스템 설치에 6억5천만€를 투자하 였고, 약 8,000개의 일자리를 창출하였다. 독일바이오가스협회는 2020년에 85,000명이 이 부문에서 일하게 될 것으로 추정하였다. 바이오가스 산업에 직 접 종사하는 것 외에도 농림업과 시스템 건설․관리 등 전체적인 가치사슬에 서 일자리를 창출할 가능성이 높다. 특히 농촌 지역의 지속 가능한 구조를 창출 하는 데에 중요한 역할을 한다56.
바이오매스를 에너지로 이용하는 특별한 방법은 오수 슬러지를 석탄과 함 께 혼소(co-firing)하는 것이다. E.ON Kraftwerke GmbH는 8개의 석탄연소 발 전소를 개조하여 40만 톤(건중량 30%) 이상의 오수 슬러지를 연소할 수 있도 록 하였다. 이 회사는 이 기술을 오수 슬러지 처리를 원하는 도시에 제공하고 있다. 2005년 여름이후 독일에 오수 슬러지의 매립이 금지되었기 때문에 E.ON 은 이러한 환경 서비스가 매력적인 틈새시장이 될 수 있음을 깨달았다. E.ON 은 15,000MW의 용량을 가지고 공공 전기 수요의 거의 10%를 충족시키고 있 다57.
3.3. 연료용(fuel)
연료 부문에서 바이오에너지는 전통적인 연료인 가솔린 또는 디젤을 대체 할 수 있는 가능성이 매우 높다. 유채로부터 생산한 바이오디젤은 독일에서 바 이오연료의 가장 대중적인 형태이다. 이와 별도로 짚이나 당 또는 전분을 포함 한 식물에서 추출하는 바이오에탄올, 리그노셀룰로스를 포함하는 바이오매스 에서 추출하는 메탄올, 유기성 폐기물을 발효시켜 획득하는 바이오가스, 유채 와 해바라기, 기타 유지식물에서 추출하는 식물성 기름, 바이오매스를 이용하 는 합성연료(BTL, Biomass to Liquid) 등이 있다.
56 http://www.renewables-made-in-germany.com/en/biogas/
57 http://www.eon-kraftwerke.com
그림 4-10. 독일 연료공급에서 바이오매스 에너지의 비율, 2005
자료: http://www.bmu.de/files/english/renewable_energy/downloads/application/pdf/broschurere_ee_in novation_eng.pdf
지난 몇 년 동안 독일에서 바이오디젤의 판매는 거의 3배가 증가되었다.
2005년 당시 약 1.8 톤의 바이오디젤이 출하되었다. 최대 구매자는 수송산업으
2005년 당시 약 1.8 톤의 바이오디젤이 출하되었다. 최대 구매자는 수송산업으