신재생에너지로서 바이오가스 현황

신재생에너지로서 바이오가스 현황

임영관

^†

⋅이정민⋅정충섭 한국석유관리원 석유기술연구소

(2012년 3월 6일 접수)

-

The Status of Biogas as Renewable Energy

Young-Kwan Lim

^†

, Joung-Min Lee, and Choong-Sub Jung

Research Center, Korea Institute of Petroleum Management, Chung-buk 363-883, Korea (Received March 6, 2012)

현재 화석연료사용의 급증으로 인한 지구온난화와 자원고갈의 문제가 전세계적으로 크게 대두되어지고 있다. 이를 해결하기 위해 세계적으로 재생 가능한 바이오매스의 개발에 관심을 기울이고 있다. 바이오가스는 다양한 바이오매스 로부터 생산된 기체상태의 연료로 전력생산 및 기존 난방용 연료와 자동차연료로 대체할 수 있는 친환경적 석유대체 연료이다. 우리나라의 유기성폐기물은 발생량의 상당부분을 차지하는 음식물쓰레기와 가축분뇨는 매년 증가 추세에 있으며, 유기성폐기물에서 발생하는 가스는 60% 이상의 고농도 메탄을 함유하고 있다. 이를 에너지원으로 이용할 경 우 에너지의 효율적 이용에 큰 효과를 기대할 수 있다. 본 논문에서는 국내 신재생에너지로서 바이오가스의 현황을 살펴보고자 한다.

In these days, there has been increased focus on global warming and the exhaustion of resources recently caused by the heavy consumption of fossil resources. In order to resolve these problems, biomass is increasingly gaining international attention as a renewable energy source. Biogas derived from various biomass is environmental friendly alternative fuel for power gen- eration, heating and vehicle fuel. Large amounts of sewage sludge, food waste and manure are generated from human activity, but these organic wastes contain high levels of organic matter and thus they are potential substrates for producing methane of biogas. The biogas contains 60% of highly concentrated methane, which is expected to be used effectively as energy. In this paper, we investigate the status of biogas in Korea as an alternative energy.

Keywords: biogas, renewable energy, anaerobic digestion, waste management

1. 서 론

1)

산업발전과 인구증가에 따른 급속한 도시화는 화석연료와 농⋅임산 자원의 무분별한 생산 및 소비시스템을 통해 지구환경 파괴와 함께 자 원고갈 문제의 우려를 낳고 있으며, 이는 국가적인 차원을 넘어 국제 적 현안으로 대두되고 있다. 석유자원이 최대로 많이 생산되는 시기를 오일피크(oil peak)라고 하며, Hubbert나 Camphell의 분석결과에 의하면 현재 세계의 석유생산량은 벌써 오일피크에 도달했다고 한다[1]. 오일 피크를 지나면서 해마다 석유 생산량이 감소되는 반면 석유자원의 가 격이 상승됨으로 인해 국가 에너지 안보차원에서 석유대체에너지에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다[2,3].

석유대체에너지로서 풍력, 태양력, 지열, 수소에너지 등에서 활발한 움직임을 보이고 있으며, 특히 기존 에너지 소비의 많은 부분을 차지 하고 있는 수송분야와 난방분야에서도 기존 석유를 대체할 수 있는 연 료개발 및 보급이 이루어 지고 있다[4,5]. 일반적으로 수송분야에서 가 장 많은 비율을 차지하고 있는 석유대체연료는 바이오에탄올과 바이

† 교신저자 (e-mail: yklim92001@yahoo.co.kr)

오디젤이지만, 이들 대부분은 식용작물로부터 생산되기 때문에 식량 부족과 곡물가 인상을 야기시키는 부작용을 지니고 있다[6]. 이를 해결 하기 위해 비식용작물 또는 폐기물로부터 에너지자원화를 위한 노력 들이 이루어지고 있다[7].

바이오가스는 유기물질의 분해로 얻어진 가스로서 일반적으로 유기 성폐기물(organic waste)의 혐기성소화(anaerobic digestion)를 통해 생성 된 메탄가스(CH

4

)를 일컫는다[8]. 이러한 바이오가스가 다른 석유대체 에너지보다 관심이 높은 이유는 첫째, 바이오가스는 바이오작물 재배 를 위한 넓은 토지와 추가적인 노력없이 인간활동으로 자연스럽게 발 생된 유기성폐기물을 이용함으로 에너지를 얻을 수 있다는 점이다. 이 러한 유기성폐기물들은 기존에 많은 양이 해양에 투기되었지만 해양 환경에 대한 국제적 규제가 강화되어 2013년부터 유기성폐기물에 대 한 해양배출이 금지되면서 바이오가스 생산 및 활용이 더욱 더 관심받 고 있다[9]. 둘째, 지구온난화를 해결하기 위한 전 세계적인 온실가스 배출저감에 대한 노력에 있다. 인간활동으로 형성된 유기성폐기물은 발효에 의해 메탄가스가 발생되며, 온실가스의 하나인 메탄을 그대로 대기중으로 내보낼 경우, 지구온난화를 가속화 시킬 수 있다. 실제로 유기성폐기물을 곧바로 퇴⋅액비로 만들 경우 CO

2

감축으로 인정받을

Figure 1. Mechanism of Biogas Production from Organic Materials.

수 없지만, 이를 바이오가스 형태로 자원화할 경우, 축산부문에서도 온실가스 감축할당량이 배정될 것으로 예측하고 있다. 바이오디젤과 바이오에탄올보다 온실가스 저감효과가 큰 바이오가스의 연료화는 지 구온난화 지수(global warming potential)가 이산화탄소에 비해 21배인 메탄배출 억제효과를 지니고 있다고 보고되었다[10]. 셋째, 세계적인 환경규제 외에도 바이오가스는 자국의 폐자원으로부터 형성된 가스형 태의 에너지원으로서 기존 천연가스와 물성이 유사해 천연가스 인프 라를 활용할 수 있다는 점이다. 이를 통해 바이오가스를 생산하는 시 설의 에너지원으로 사용할 뿐만 아니라, 기존 인프라를 활용해 쉽게 전국적으로 난방용연료 뿐만 아니라 수송용연료로 전환할 수 있다는 장점을 지니고 있다[11].

본 총설에서는 앞서 설명한 다양한 장점을 지니고 있는 바이오 가스의 현황에 대해 살펴봄으로써 석유대체연료로서의 바이오가 스 생산 및 보급화에 기여코자 한다.

2. 바이오가스 현황

2.1. 바이오가스의 역사

바이오가스에 대한 인식 및 사용은 기원전으로 알려져 있지만, 실질 적으로 1900년대 초 혐기성 소화공법을 통해 바이오가스 생산에 대한 연구가 시작되었다[12]. 1930년대 생물학적 반응조 형태로 발전하였지 만, 그 당시만 하여도 바이오가스에 대한 경제적 가치는 크게 주목받지 못하였다. 하지만 2차례의 오일쇼크와 오일파동으로 인해 에너지안보에 대한 중요성이 부각되면서 1970년대부터 본격적으로 에너지원으로서 바이오가스 공정연구가 진행되었으며, 1980년대 고효율 혐기소화연구, 2000년대부터는 고유가 상황과 온실가스에 의한 지구온난화 및 폐기물 해양투기 금지 등으로 인해 유기성폐기물로부터 에너지화 방안으로 발 전되었다[12]. 현재에는 메탄이 지구온난화의 요인으로 알려지면서 혐 기성 소화에 의한 메탄을 회수하기 위한 목적으로 설치된 플랜트와 폐 기물, 폐수조처리를 통해 에너지를 부수적으로 얻을 목적으로 연구가 많이 진행되고 있다.

2.2. 바이오가스로서 바이오메탄 생산

우리나라의 경우 대량의 에너지작물을 경작할 수 없기 때문에 바이 오에너지 분야에서 현실적으로 지속 가능한 분야는 바이오가스로 알 려져 있다. 바이오가스는 폐음식물과 같은 유기성폐기물을 메탄균 (methane bacteria)을 이용하여 혐기발효시켜 제조하기 때문에 바이오 가스는 혐기발효가 가능한 모든 유기물을 분해하여 생산가능하며, 이 를 통해 배출되는 찌꺼기를 최소화 할 수 있고 유출수는 비료로 사용 할 수 있다.

바이오가스는 유기물을 열분해 해 얻을 수도 있지만, 경제성에 맞 지 않아 현재까지는 실용화가 되고 있지 않으며, 보편적으로 유기성 폐기물이 대량 발생되고 있는 3개소에서 생산된다고 할 수 있다. 첫째 는 매립지에 매립된 유기물에서 발생하는 가스(LFG; landfill gas)로서, LFG는 매립지에 가스 포집시설을 설치하여 가스를 포집한 후 정제하 여 사용하는데 보통 메탄가스의 함량이 약 40∼60% 정도로 알려져 있다. 매립지에는 다양한 생활용품이 유기성폐기물과 함께 매립되어 져 있으며, 실리콘 형태의 생활폐기물에 의해 LFG에는 많은 실록산 (siloxane)이 포함되므로 바이오가스 내의 실록산 정제가 매우 중요한 요소이다[13]. 다음은 하수처리장의 하수슬러지로부터 혐기소화 시

발생하는 가스로 메탄가스의 함량이 LFG보다 약간 낮은 40∼50% 정 도이며, 마찬가지로 부수적인 실록산이 포함되어져 있다. 일반적으로 바이오가스 플랜트라고 하면 가축분뇨나 음식물쓰레기와 같이 폐기 되는 유기성물질을 병합하여 혐기발효로 바이오가스를 생산하는 시 스템을 말한다. 여기서 생산되는 메탄가스함량은 LFG나 하수처리장 으로부터 발생하는 메탄함량보다 높은 약 50∼70%를 보이고 있다. 생 산량도 투입되는 유기물의 조성에 따라 다르며 축산분뇨의 경우는 톤 당 약 30루베의 바이오가스를 생산할 수 있다. 또한 영양물질이 높은 고농도 음식물의 경우는 축산분뇨보다 약 3배 정도 생산이 가능한 것 으로 알려져 있다.

Figure 1은 유기성 물질로부터 바이오가스가 생성되는 메커니즘을 보여주고 있다. 먼저 단백질, 탄수화물, 지방과 같은 고분자성 유기물 질이 아미노산, 당류, 지방산으로 가수분해된 후, 이들 기질은 저급지 방산(short chain fatty acid) 또는 아세트산(acetic acid)을 생성한다. 최 종적인 메탄생성은 메탄성세균(Methanobacerium, Methnococcus, Metha- nosarcina, Methanospirillum)에 의해 아세트산, 수소, 이산화탄소, 포름 산, 메탄올이 메탄으로 전환되며, 최종발효산물인 메탄의 약 70%가 아 세트산으로부터 전환된다고 한다[14].

Table 1은 혐기성소화에서 바이오가스가 생성되는 조건을 나타내었 다. 일반적으로 혐기성소화에 있어 바이오가스 생산량은 투입유기물 의 양, 투입유기물의 영양조건(C/H비 및 C/P비), 산소가 공급되지 않는 혐기조건, 균농도, 미생물이 효과적으로 활동할 수 있는 반응온도, 반 응조의 pH 등에 의해 크게 좌우된다[15].

앞서 설명했듯이, 바이오가스는 반응조건에 의해 많은 영향을 받지 만 초기 유기폐기물의 종류 및 유기물질을 구성하고 있는 영양물질에 크게 좌우되며, Table 2는 다양한 유기성폐기물에서 생산될 수 있는 바 이오가스량을 나타내었으며, 이는 반응조의 구성방법, 전처리, 반응온 도 등에 따라 달라질 수 있다[16].

Figure 2. Process of biogas purification and upgrading.

Table 1. Conditions of Biogas Production by Anaerobes

Fermentation

process Acid production step CH 4 production step Function Higher fatty acid →

H 2 /CO 2 , organic acid such as acetic acid

H 2 /CO 2 , organic acid such as acetic acid → CH 4 /CO 2

Conditions Oxygen independent Acid condition pH : 5.5 ∼6.5 temp. : 20 ∼40

℃

high multiplication rate

Anaerobic condition Weak alkali condition pH : 6.8 ∼7.8 temp. : low temp.

15 ∼25 ℃

medium temp. 30 ∼40 ℃ High temp. 50 ∼58 ℃ low multiplication rate Microbe Hydrolytic bacteria,

Fermentative bacteria, acetogenic bacteria, sulfate reduction bacteria (SRB)

Methanobacterium

Representative species

Clostridium, Bacteriodes, Baclilus, Lactobacilius, Syntrophomonas, etc

Methanothrix, Methanosarcina, Methanobacterium, etc

Table 2. Examples of Biochemical Methane Potential

Organic

materials

CH 4 Production

(mL/gVS) Organic materials CH 4 Production (mL/gVS) City waste 186 ∼222 Aquatic plants 70 ∼430

Garden waste 134 ∼209 Grass 70 ∼410

Waste paper 84 ∼349 Plant roots 190 ∼430 Food wrapping

paper

318 ∼349 Seaweed 80 ∼380

Sorghum 280 ∼400 Agricultural byproduct

80 ∼530

Biomass from wood

20 ∼270 Refuse derived fuel

260 ∼300 Food garbage 335 ∼435 Livestock manure 190 ∼400

2.3. 바이오가스 정제

바이오가스는 메탄과 이산화탄소뿐만 아니라 불순물로서 황화수소 (H

2

S), 실록산(siloxane) 및 미량의 다양한 성분을 함유하고 있다. Table 3 은 바이오가스로서 LFG, 혐기소화가스, 천연가스에 대한 열량 및 조성을 보여주고 있다[17].

Table 3에서 보는 바와 같이 여러 혼합물 형태의 바이오가스를 정제 없이 연료로 사용할 경우, 열효율이 낮으며, 바이오가스 내에 함유된 불순물로 인해 장비 및 설비에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 바이오 가스를 효과적으로 연료화하기 위해서는 메탄 외의 성분들을 제거하 는 정제과정(purification)과, 순수한 바이오메탄을 생산하는 고질화과 정(upgrading)을 거쳐야 한다[18].

Table 3. Composition of Biogas Such as LFG, Digestion and Natural Gas

Compounds

Biogas

Landfill gas Digestion gas Natural gas

Calorific value (MJ/Nm ³ ) 16 23 40

Density (kg/Nm ³ ) 1.3 1.2 0.83

CH 4 (vol%) 35 ∼65 60 ∼70 89

HC (vol%) 0 0 10

H ₂ (vol%) 0~3 0 0

CO 2 (vol%) 15 ∼50 30 ∼40 0.9

N 2 (vol%) 5 ∼40 0 ∼0.2 0.3

O ₂ (vol%) 0 ∼5 0 0

H 2 S (ppm) 0 ∼100 0 ∼4000 1 ∼8

NH 3 (ppm) 0 ∼5 0 ∼100 0

2.3.1. 황화수소 제거

황화수소를 함유한 바이오가스를 연소할 경우 황화수소에 의해 황 산화물(SOx)이 형성되며, 이는 대기환경오염뿐만 아니라 바이오가스 설비를 부식시킬 수 있다. 따라서 바이오가스 내 황화수소를 반드시 제거하여야 하며, 일반적으로 바이오가스 내 황화수소는 흡수법과 흡 착법 외에도 침전법이나 바이오필터, 토양제거법 등을 통해 제거할 수 있다[19].

2.3.2. 실록산 제거

실록산이란 일반적으로 메틸, 에틸 또는 다른 작용기를 가지고 있는 실리콘에 산소와 결합된 실리콘화합물(Si-O-Si)을 말하며, 바이오가스 내의 실록산은 다양한 생활제품에서 나온 실리콘제품의 폐기과정에서 바이오가스 중에 불순물형태로 혼입되어지게 된다[20]. 바이오가스 내 의 실록산은 연소과정에서 실리카로 전환하여 장비 내벽에 부착되어 설비의 수명단축, 유지보수 비용증가, 소음발생 및 발전량 감소 등을 초래하기 때문에 바이오가스의 에너지화를 위해 실록산 제거는 절대 적으로 필요하다. 일반적으로 실록산은 저온에서 냉각(-25 ℃) 및 결빙 (-70 ℃)공정, 흡착공정 및 흡수공정을 통해 제거할 수 있지만, 투자비, 운영비 및 효율측면에서 특수한 활성탄을 이용한 흡착공정이 많이 사 용되어지고 있다. 이때 흡착율 향상을 위해 수분제거가 필수적이며, 활성탄에 의해 99%의 실록산을 제거할 수 있다.

Table 4. The Status of Anaerobic Digestion Facility from Food Waste in Korea

City Organic

waste Capacity Application method

Constructed year

Working facility

Paju Food 30

ton/day

2 phase wet 1999

Busan Food 200

ton/day

Single phase dry

2003

Dongdaemun Food 98 ton/day

Single phase dry

2010

Gwangju Food &

Waste water

150 ton/day

2 phase wet 2004

Songpa Food &

Waste water

450 ton/day

2 phase wet 2009

Under construction

facility

Daegu Food 300

ton/day

2 phase wet 2012

Gwangju Food &

Waste water

300 ton/day

2 phase wet 2012

Sudokwon landfill site

Food &

Waste water

500 ton/day

2 phase wet 2012

Hwaseong Food 45

ton/day

2 phase wet 2013

Cheongju Food &

Waste water

200 ton/day

2 phase wet 2013

Gimhae Food &

Waste water

100 ton/day

2 phase wet 2013

2.4. 바이오가스 고질화 기술 2.4.1. 흡습법(absorption)

흡습법은 액체상태의 용매에 혼합물 형태의 바이오가스를 통과시킴 으로서 용매에 잘 용해되는 물질을 제거하는 고질화 기술 중의 하나이 다[21]. 일반적으로 흡수액으로는 물과 아민(amine)을 많이 사용하며, 물리흡수기술은 용매인 물에 용질인 이산화탄소가 용해되는 메커니즘 을 보이는 반면, 화학흡수기술은 용질이 용매에 용해 및 화학반응을 통해 제거되는 메커니즘을 보인다. 고압수흡수법(water scrubbing)은 실 제 공정에서 많이 사용되는 흡습법으로써 바이오가스의 압력을 높여 흡수액인 물과 효과적으로 접촉시킴으로써 바이오가스 내 이산화탄소 를 제거하는 기술이다.

2.4.2. 흡착법(adsorption)

흡착법은 특정성분이 흡착제의 표면에 물리, 화학적으로 흡착되는 성질을 이용하여 분리하는 방법으로 바이오가스 고질화에 보편적으로 사용되는 흡착법 중에서 PSA (Pressure Swing Adsorption)는 메탄에 비 해 이산화탄소의 선택흡착능이 우수한 활성탄(activated carbon), 분자 체탄소(carbon molecular sieve, CMS) 및 제올라이트(zeolite)와 같은 흡

Table 5. The Status of Anaerobic Digestion Facility from Livestock Excretions in Korea

City Organic waste

Capacity (m ³ /year)

Application method

Construction year Paju Livestock,

food

80 2 phase,

USAB

2005

Cheongyang Livestock 20 1 phase,

CSTR

2006

Icheon Livestock 20 2 phase,

USAB

2007

Anseong Livestock, food

5 1 phase, PFR 2008

Changnyeong Livestock, food

100 1 phase, CSTR

2008

Asan Livestock, sludge

100 2 phase, USAB

2008

Suncheon Livestock, 20 1 phase,

CSTR

2008

Buan Livestock 50 1 phase,

CSTR

2009

Suwon Livestock, butchery

waste

10 1 phase,

CSTR

2009

Anseong Livestock, farm waste

20 1 phase,

CSTR

2009

착제를 충진한 흡착탑에서 특정성분의 흡착과 탈착과정을 반복함으로 써 바이오가스 내 특정불순물을 선택적으로 분리하는 기술이다[22].

2.4.3. 막분리법(membrane separation)

고분자막이나 무기막 등을 이용하여 바이오가스 내의 이산화탄소를 선택적으로 투과시켜 분리하는 방법으로 분리막의 재질 또는 구조변 경을 통해 특정 성분을 분리하는 기술이다[23].

2.4.4. 심냉분리법(Cryogenic separation)

바이오가스인 메탄은 불순물 형태인 이산화탄소에 비해 끓는점과 녹 는점이 매우 낮다. 따라서 높은 압력에서 온도를 낮추면 이산화탄소가 먼저 액화되며, 액상형태의 이산화탄소를 메탄으로부터 쉽게 분리할 수 있다[24]. 하지만 기존 바이오가스 고질화기술에 비해 경제성이 낮 기 때문에 실제적으로 공정에 사용되는 데에는 아직까지 한계가 있다.

2.5. 바이오가스 활용 현황

국내에서는 현재 음식물폐기물과 가축분뇨로부터 바이오가스를 생 산하고 있으며, Table 4는 현재 음식물폐기물로부터 혐기소화를 통해 바이오가스를 생산하는 현황을 보여주고 있다. 수도권매립지에서 500 톤/일의 규모로 가장 많은 바이오가스가 생산되고 있으며, 많은 지자 체에서 음식물쓰레기를 재활용하기 위해 바이오가스 생산시설을 운영 또는 건설 중에 있다[25].

Table 5는 국내 가축분뇨로부터 바이오가스를 생산하는 현황을 보여

Figure 3. Application of biogas.

Table 7. Biomethane Specification for Vehicle Fuel and Grid Injection

Parameters Standard requirements as vehicle fuel or grid injection Vehicle fuel Natural gas grid injection Korea

(Biogas) Korea (Natural

gas)

Sweden France Germany Switzerland

Methane (vol%)

> 95 > 88 > 95 > 97 > 97 > 96

Ethane (vol%)

‐ < 7 ‐ ‐ ‐ ‐

C3 ∼C5 (vol%)

‐ < 5 ‐ ‐ ‐ ‐

C6 (vol%) ‐ < 0.2 ‐ ‐ ‐ ‐

Carbon dioxide (vol%)

‐ ‐ ‐ < 2 < 6 < 6

Oxygen (vol.%)

‐ ‐ ‐ 100

ppmV

< 3 < 0.5

Hydrogen (vol%)

‐ ‐ ‐ < 6 < 5 < 5

CO ₂ + O ₂ + N 2 (vol%)

< 5 < 4.5 < 5 ‐ ‐ ‐

Sulphur (mg/Nm ³ )

< 10 < 40 < 23 < 75 < 30 < 30

Water content (mg/Nm ³ )

< 32 < 32 ‐ ‐ ‐ ‐

Table 6. Application of Biogas for Power Generation, Boiler and Vehicle Fuel

Quality Application Note

Power generation Gas engine Micro gas turbine

Gas turbine Steam turbine

Fuel cell

under1 MW under 1 MW

5 ∼10 MW over 10 MW Pretreatment, methane 60%

Medium quality gas

Boiler fuel Pretreatment such as dehydration

High quality gas City gas grid Vehicle fuel

Over 97% methane purity

주고 있다. 대부분 가축농장에서 발생되는 분뇨를 처리할 목적으로 소 규모로 건설 운영중에 있지만 많은 지자체에서 대규모로 가축분뇨를 수거, 바이오가스 플랜트를 건설할 계획에 있다.

유기성폐기물로서 생산된 바이오가스는 일반적으로 열과 스팀생산, 전기생산/배기열 재활용, 수송용연료 및 화학물질 생산 등과 같은 분 야에서 활용할 수 있다. Table 6은 바이오가스 활용분야에 대해 표현하 였다.

재래식 가스버너와 가스램프는 공기와 가스비 조절만으로도 쉽게 바이오가스를 활용할 수 있기 때문에 개발도상국에서는 소규모로 생 산되는 바이오가스를 취사용과 조명용으로 주로 사용하고 있다. 반면 산업화된 나라에서는 복합발전기(Combined heat and power)를 제외한 보일러에 바이오가스를 연료로 사용하지만 대규모 산업적 적용은 스 팀생산을 위해 사용된다. Figure 3은 바이오가스 사용에 대해 나타내었 으며, 모든 과정에서 시설의 부식을 위해 탈황과정(desulphurization)이 필요하며, 난방용 또는 복합발전기를 통한 전기생산 등은 간단한 탈황 과정을 통해 바이오가스를 직접 이용할 수 있지만 연료전지나 자동차 용 연료로 사용하기 위해선 바이오가스의 전처리와 개질 등을 통해 고 순도의 메탄가스를 얻어야 한다[26].

우리나라에서 생산되고 있는 바이오가스는 대부분 가스보일러의 연 료 또는 가스발전기를 이용해 전력을 생산하고 있으며, 법규상으로는 도시가스 배관망을 통해 가정용 연료로 사용될 수 있으나, 아직까지는 충분한 양의 바이오가스 생산이 어렵기 때문에 실제적으로 가정까지 공급되지는 않고 있다. 또한 바이오가스는 차량용 연료로 사용이 가능 하며, 현재 한국석유관리원과 한국가스공사는 실제 차량을 이용해 바 이오가스를 연료로 차량평가를 진행중에 있다. 이 차량운행 평가를 통 해 큰 문제가 발생되지 않으면 앞으로 국내에서 차량용 연료로서 바이

오가스가 많이 보급될 것으로 전망된다.

2.6. 바이오가스 품질규격

다양한 방법을 통해 얻어진 바이오가스는 생산지에서 곧바로 사용 할 수도 있고, 기존 파이프라인을 이용하여 소비자에게 공급되어 발전, 난방 및 자동차 연료 등으로 사용될 수 있다. 바이오가스의 사용처에 따라 필요로 하는 품질성능이 달라질 수 있으며, 이들 중 차량용 연료 로 사용될 때 가장 높은 품질을 요구하게 된다. 현재까지 바이오가스 에 대한 국제기술표준은 존재하지 않지만 몇몇 EU 국가와 국내에서는 이에 대한 품질규격을 정해 관리하고 있다. Table 7은 자동차와 천연가 스 배관망 주입을 위한 바이오가스의 규격을 표현하였다[27].

스웨덴은 자동차연료로서 바이오가스에 대한 품질기준을 1992년에 제정하여 관리하고 있으며, 배관망을 통해 공급하는 천연가스에 대한 품질기준도 다른 인접 EU 국가에서 제정, 관리하고 있다[28].

우리나라의 경우, 2011년에 대기환경보전법을 통해 자동차연료로서 바이오가스 제조기준이 마련되었으며, 대기환경을 위한 황함량(10%

이하)을 규제하며, 메탄가스의 순도 및 불순물로서 이산화탄소, 산소, 질소 및 수분의 함량을 규정하고 있다. 같은 시기에 대기환경보전법에 서 자동차연료로서 천연가스의 제조기준도 마련되었지만, 천연가스의 경우, 메탄(88% 이상), 에탄(7% 이하), 프로판∼펜탄(5% 이하), 불순물

로서의 기체(4.5% 이하), 황분(40 mg/Nm

³

)을 규제함으로써 바이오가스 와는 약간 다른 제조기준을 보이고 있다. 앞으로 바이오가스를 정제한 고순도 메탄을 국내 차량용 연료로 사용하기 위해서는 환경부 뿐만 아 니라 지식경제부에서도 바이오가스에 대한 적절한 품질평가를 통해

“석유 및 석유대체연료 사업법”에 새로운 석유대체연료로 추가, 관리 가 필요할 것이다.

3. 요약 및 결론

유기성폐기물에 대한 해양투기금지, 온실가스의 주범인 이산화탄소, 메탄 배출절감과 유가상승을 대비해 석유연료사용을 줄이고 이를 대 체할 만한 석유대체연료가 필요한 현 상황에서 바이오가스에 관한 지 속적 연구와 활용은 그 해결책이 될 수 있다.

우리나라의 경우 대량의 바이오작물을 경작할 수 없기 때문에 현실 적인 바이오에너지 분야는 바이오가스가 적합하다고 조명되고 있으 며, 바이오디젤과 바이오에탄올보다 온실가스 저감효과가 큰 바이오 가스의 연료화는 지구온난화 지수가 이산화탄소에 비해 21배인 메탄 배출억제효과를 지니고 있기 때문에 정부의 녹색성장에도 크게 기여 할 수 있다. 또한 바이오가스는 유기성폐기물로부터 생산될 수 있기 때문에 자국의 폐기자원을 이용해서 얻은 가스형태의 에너지원을 기 존 천연가스 인프라를 활용해 전국적으로 난방용연료 뿐만 아니라 수 송용연료로도 쉽게 이용될 수 있다.

현재 정부와 지자체를 중심으로 매립지가스, 하수슬러지, 가축분뇨 등을 이용하여 바이오가스 생산연구 및 플랜트건설이 활발하게 진행되 고 있지만 충분한 양의 바이오가스 생산에는 아직까지 미흡한 상황이 다. 앞으로 바이오가스 대량생산을 위한 시설이 꾸준히 증가되고, 정부 각 부처에서 이에 대한 법제화를 통해 좀 더 안정적 생산 및 공급을 통해 국내의 새로운 석유대체연료로서 자리매김을 할 수 있을 것이다.

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