바이오에너지로는 열병합 발전 및 보일러 연료용 우드칩을 생산하는 목질계 바이오매스, 유기성 폐기물을 이용한 열병합 발전용 바이오가스 및 수송용 바이오가스가 포함되었고, 폐기물 에너지로는 가연성 폐기물 을 이용한 소각로 시설이 포함되었다. 현재 우리나라에는 우드칩을 이용 한 바이오매스 열병합발전소, 음식물 및 축산분뇨를 활용한 바이오가스 열병합발전소, 그리고 소각로가 건설, 가동 중에 있다. 그러나 운영상에 다이옥신 및 대기오염물질 발생 등과 같은 문제들이 발생하고 있어, 본 연구에서는 해외의 최신 플랜트를 대상으로 투자비를 계산하였다. 물론 산업파급효과를 추정하기 위해 이들 수입 플랜트가 기술개발에 의해 국 산화된다고 전제하였음을 상기시켜두고자 한다.
가. 목질계 바이오매스
1) 기술 개요
목질계 바이오매스는 셀룰로오스 (cellulose)가 포함된 나무, 초본식물 을 의미하며 이들에서 파생된 제품이나 그것의 폐기물 즉 목재, 폐목재, 종이 등을 포함한다. 목질계 바이오매스는 폐기목재와 벌목재로 구분되 며, 폐기목재는 다시 임목폐기물과 폐목재로 구분되고, 벌목재는 주벌목, 간벌목, 수종갱신 등으로 구분된다. 실제 수집 및 이용 잠재량을 고려하 여 목질계 바이오매스를 폐목재, 임목폐기물, 숲가꾸기 사업 부산물로 재분류하였다.
폐목재란 목재를 가공하거나 사용 후 폐기하는 과정에서 발생하는 목
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재 폐기물로서 산업폐목재, 생활폐목재, 건설폐목재, 물류유통폐목재 등 이 있다. 현재 폐목재 발생량은 국내 목재사용량의 약 40% 정도이다.
임목폐기물이란 산업 활동이나 자연재해 등으로 인한 산림훼손으로 인해 발생하는 목재 폐기물을 의미하며 발생원에 따라 산업화 임목폐기 물과 피해목으로 구분할 수 있다.
숲가꾸기 사업 부산물은 산림청에 의해 시행되고 있는 숲가꾸기 사업 중 천연림보육이나 솎아베기 등을 통해 발생하는 벌목재 및 임지폐목재 를 의미한다.
우드칩이란 목제품 제조원료 및 연료 생산을 목적으로 우드칩 파쇄기 를 이용하여 잘게 절삭한 목재조각을 의미한다. 크기는 담배 크기에서 작은 성냥갑 정도이다. 금속, 토사와 같은 이물질과 화학물질 코팅이 없 는 폐목재를 파쇄하여 우드칩을 생산할 경우 양질의 우드칩을 생산할 수 있다. 반면에 이물질이나 화학물질이 첨가된 폐목재 우드칩의 경우 대기오염을 발생시키기 때문에 이를 제거하는 전처리 과정이 요구된다.
숲가꾸기 사업 부산물 및 임목폐기물의 경우 토사 함량이나 수분 함량 이 높고, 수집비용이 많이 들기 때문에 양질의 우드칩을 생산하는데 어 려움이 있으나 대기오염 발생 요인은 적다.
우드칩 생산방법은 현장파쇄와 공장파쇄가 있는데, 현장파쇄란 목재를 현장에서 이동식 파쇄기를 이용하여 처리하는 것을 말하며, 가격이 저렴 하나 토사함량과 수분함량이 높아서 우드칩의 질이 낮은 단점이 있다.
공장파쇄란 목재를 공장으로 운반하여 고정식 파쇄기를 이용하여 처리 하는 것을 말하며, 가격이 높은 반면 양질의 우드칩을 생산할 수 있다.
목질계 바이오매스를 에너지로 전환․이용하는 기술에는 연소 (Combustion), 혼 합연소 (Co-firing), 열분해 (Pyrolysis), 가스화 (Gasification)등이 있다.
연소는 가장 많이 사용되는 전환․이용 형태로 바이오매스를 연소시 켜 열과 증기를 생산하여 요리나 난방에 사용하거나 증기 터빈을 구동 하여 전력을 생산한다. 증기터빈 연소 보일러, Steam-Rankine Cycle 등 이 대표적인 기술로 백년 이상 상업적으로 이용되어온, 보편적이며 성숙 된 기술이다. 혼합연소는 석탄과 같은 전통적 연료의 일정부분 (보통
5~15%)을 바이오매스 (우드칩)로 대체하여 기존의 전력생산 연소로에서
연소시켜 발전하는 형태로서, 혼합연소는 바이오매스 발전소를 건설하는 것 보다 경제적이며 기존의 석탄발전소에 비해 오염물질 배출이 적다는 장점이 있다. 열분해는 무산소, 고온 상태에서 고체, 액체 또는 혼합 가 스 형태의 연료를 생산하는 기술로 탄화 (carbonization)를 통한 목탄 생 산이 열분해의 대표적 사례이다. 가스화는 바이오매스 에너지 전환 중 가장 최근에 개발된 방법으로 보다 많은 공기를 주입하고 보다 높은 온 도를 유지하여 가스 생산에 초점을 맞춘 열분해의 한 형태이다. 가스화 를 통해 생산된 가스는 연소시켜 요리 및 난방에 이용될 수 있으며, 공 정열이나 증기를 생산하거나 연소 엔진이나 가스터빈을 이용하여 전력 을 생산할 수 있다.
현재 BIG/GT (biomass-gasifier/gas turbine)은 바이오매스를 연료로 하여 열과 전기를 생산하는 가스터빈으로, 기존터빈에 비해 효율성을 향 상시켜 최근 주목받고 있는 기술이다.
[그림 3-50]은 핀란드의 우드칩 이용과정 예시이다. 핀란드에서는 숲가
꾸기 주요 부산물인 소경재 뿐만 아니라 잔가지, 잎, 뿌리 등도 별도로 수집, 운반하여 우드칩을 만들어 CHP 공장이나 보일러 공장에 연료로 이용하고 있다.
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[그림 3-50] 목질계 바이오매스의 수집-운반-가공-이용 과정
2) 목질계 바이오매스 잠재량 추정
주요 바이오매스원 가운데 하나인 숲가꾸기 부산물의 경우, 2005년 숲 가꾸기 사업지 (사유림만 포함) 130,784 ha5)로부터 헥타르 당 20 m3 기 준을 적용할 경우 총 260만 m3의 바이오매스를 수집할 수 있다. 부피 단위의 바이오매스 잠재량을 무게단위로 환산하기 위해서는 사업지별 수종과 수종별 전건비중을 알아야 한다. 그러나 각 사업지별 수종 자료 가 없기 때문에 침엽수, 활엽수, 혼합림의 전국평균치를 적용하기로 한 다 <표 3-2>.
5) 국유림 29,000 ha는 지방관리청별로 통계가 발표되고 있고, 지역별 현황자료가 없음.
또한 상당부분이 국･도립공원으로 지정되어 벌채하기 어려움. 따라서 본 연구에서 는 국유림 면적은 제외함
구분 줄기재적 (천 m3) 비율 전건비중 (t/m3)
침엽수 209,303 0.43 0.47
활엽수 132,858 0.27 0.8
혼합림 146,900 0.30 0.64
합계 489,061
* 자료: 산림청, ‘임업통계연보’ 2003, 임업연구원, 1994, ‘우리나라산 주요 목재의 성질 과 용도’
<표 3-2> 수종별 평균비율 및 전건비중
숲가꾸기 부산물 발생량은 강원도가 가장 많은 27만3천톤, 전남이 26 만 8천톤, 경북이 25만 2천톤으로 그 뒤를 잇고 있다.
지역 사업량 우드칩생산량
ha m3 t
계 130,784 2,615,680 1,597,424
강원 22,314 446,280 272,548
전남 21,941 438,820 267,992
경북 20,663 413,260 252,382
경남 15,395 307,900 188,038
충남 13,415 268,300 163,854
경기 10,959 219,180 133,856
충북 10,629 212,580 129,825
전북 8,330 166,600 101,744
울산 1,785 35,700 21,802
대전 1,772 35,440 21,644
대구 1,050 21,000 12,825
부산 1,032 20,640 12,605
제주 606 12,120 7,402
서울 536 10,720 6,547
인천 281 5,620 3,432
광주 76 1,520 928
* 자료: 산림청 숲가꾸기 사업팀 내부자료 (2005) 인용
<표 3-3> 숲가꾸기 사업지 및 가용 우드칩 생산량 (2005년)
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폐목재의 경우 가장 최근 폐기물 통계 자료가 2004년 자료이므로 이 를 인용하여 지역별 폐목재 발생량을 정리하였다. 폐목재 총 발생량은
약 238만톤 정도이고, 이 가운데 재활용되는 폐목재를 제외하면 154만톤
정도가 발생된다.
지역 생활폐기물 (나무류)
사업장배출 폐기물 (폐목재)
건설폐기물
(나무류) 총계
합계 859,575.0 145,635.0 538,010.0 1,543,220.0
경기 179,397.5 20,914.5 262,982.5 463,294.5
서울 177,609.0 73.0 144,832.0 322,514.0
대구 87,125.5 1,022.0 3,285.0 91,432.5
충남 31,718.5 19,089.5 29,309.5 80,117.5
경남 60,590.0 10,694.5 6,205.0 77,489.5
부산 45,734.5 2,190.0 22,703.0 70,627.5
전북 20,695.5 46,355.0 3,540.5 70,591.0
경북 57,925.5 1,131.5 4,708.5 63,765.5
충북 39,529.5 8,066.5 8,650.5 56,246.5
전남 25,221.5 620.5 27,229.0 53,071.0
울산 37,960.0 10,731.0 1,022.0 49,713.0
강원 34,273.5 2,007.5 12,556.0 48,837.0
인천 21,644.5 20,440.0 328.5 42,413.0
광주 25,112.0 182.5 10,475.5 35,770.0
제주 9,526.5 0.0 0.0 9,526.5
대전 5,511.5 2,117.0 182.5 7,811.0
* 자료: 환경부, 2004 전국폐기물통계 인용
* 재활용 부분을 제외하고 매립, 소각 부분만 포함
<표 3-4> 지역별 폐목재 발생량 및 우드칩 생산가능량 (2004년) (톤/년)
숲가꾸기 사업 부산물과 폐목재 발생량을 합하면 총 314.1만톤 정도의 우드칩이 생산가능하며, 경기도가 가장 많은 59.7만톤, 서울이 32.9만톤, 강원도와 전남 지역이 약 32.1만톤, 경북이 31.6만톤으로 추정되어 이들 5개 광역시도가 목질계 바이오매스 사업에 유리한 조건을 갖고 있음을 알 수 있다. 그러나 숲가꾸기 사업지 가운데 천연림 보육지의 경우 인공 조림지와 달리 작업환경이 양호하지 못한 경우가 많다. 따라서 실제로 우드칩을 공급하는 과정에서는 인공조림지 지역의 간벌목을 우선적으로 수집하여 우드칩으로 가공하도록 하고, 천연림 보육지나 풀베기, 덩굴제 거, 가지치기 등의 작업지에서 추후 임도환경 개선 등의 사전작업 후 산 물을 수집하는 편이 바람직할 것으로 보인다. 또한 수변구역이나 간척 지, 하천변, 무립목지 (unstocked forest)와 같이 토지이용 상 제약이 있 어 이용가치가 떨어지는 토지에 속성수 (fast-growing tree)를 재배한다 면 톤당 생산비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 보인다. 이밖에 경제성 이 떨어지는 임지를 조사하여 그러한 곳에는 수종갱신사업을 적극 유치 하여 사업에서 발생하는 목재를 가능하면 연료용으로 확보할 수 있도록 유도하는 정책도 도입할 필요가 있을 것이다.
생활 폐가구와 같이 화학물질이 다량 함유된 폐목재의 경우에는 유해 한 연소가스를 배출하므로 대부분 재활용되지 못하고 매립되고 있다. 그 러나 유해한 폐목재의 경우에도 유해물질을 제거하는 기술개발에 투자 하여 적극적으로 활용하는 정책으로 전환한다면 토지 매립비도 절감하 고, 연료로도 이용함으로써 폐목재의 사회적 가치를 증가시킬 수 있을 것이다.
단기적으로는 골프장 건설이나 도시개발, 홍수 등 자연재해로 인해 발 생하는 임목폐기물이 주요 바이오매스원이 될 것이나 발생량이 불규칙