<특집>폐자원 바이오매스 에너지화 ‘숙명’

박순주 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2019-12-09 07:41:34
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[환경미디어=박순주 기자] 석탄, 석유 등의 화석연료가 고갈되고 있음은 의심할 여지가 없다. 세계 인구의 지속적인 증가, 무역 자유화의 진전 등에 따라 에너지‧자원 부족 문제도 가속화될 전망이다. 또한 현재와 같은 에너지 다소비 체제가 지속될 경우 동‧식물의 멸종 및 생태계 변화 등 기후변화에 따른 경제‧사회적 손실은 예상하기 어려울 정도다.

이처럼 자원‧환경 위기시대의 도래에 따라 환경과 에너지가 미래 국가경쟁력의 핵심으로 대두되고 있다. 선진국들은 자원‧에너지 확보 경쟁과 함께 환경을 새로운 성장엔진으로 활용하는 전략을 채택하는 등 발 빠르게 대응하고 있다. 이에 따라 본지는 자원‧환경 위기시대의 대책으로 제시됐던 폐자원 및 바이오매스 에너지화에 대해 알아본다.

왜 폐자원 바이오매스인가?
▲ 2019년 국회 환경노동위원회 SRF 열병합발전소 현장 시찰
환경부와 학계, 업계 등에 따르면 폐자원을 포함한 바이오매스는 태양에너지로부터 생산되는 동‧식물과 이들이 배출하는 유기체의 총량을 말한다. 생물학적으로는 살아있는 생명체의 총 질량이지만 산업적으로는 에너지원으로 사용되는 식물이나 농작물, 동물부산물, 폐기물 등을 의미한다.

즉 석탄, 석유 등의 화석연료는 수억 년 전에 바이오매스가 지각작용을 통해 변형된 것으로, 바이오매스는 원리적으로 화석연료와 동일한 유형의 자원인 것이다. 이러한 바이오매스는 다양한 가공‧변형 과정을 통해 연료, 열, 그리고 전기형태로 이용된다. 헌데 바이오매스 부존자원이 풍부하지만 에너지의 97%를 수입하면서도 이의 활용 능력은 미흡한 실정이다.

또 매립되는 폐기물 중 56% 가량(2013년 기준)이 자원회수(에너지화 포함)가 가능한데도 단순히 버려지고 있는 등 불필요한 자원낭비를 초래하고 있고, 자원과 에너지의 불필요한 소비가 심각하다.

이와 관련해 환경부는 지난 2013년 박근혜 정부 당시 자원순환사회 전환을 위한 국정과제를 본격 추진한다며, 재활용자원을 더 이상 땅에 묻지 않겠다고 밝힌 바 있다. 매립을 최소화하고, 재활용을 극대화해 천연자원과 에너지의 소비를 줄이는 순환형 경제‧사회 구조로 전환하겠다는 게 골자였다.

재활용 기반 확충을 위해서는 폐자원이 모여도 관련 시설‧업체가 분산되면 규모의 경제 실현과 대규모 산업화에 한계가 있어 폐자원을 모은 이후 전 과정(비축-재활용-에너지회수-처분)을 원스톱(One-stop)으로 하기 위해 시설‧업체를 집적할 거점 인프라(자원순환종합단지)를 지속적으로 확대해 나갈 것이라고 전했다.

아울러 폐자원 에너지화 촉진을 위해 2017년까지 폐자원에너지화시설 총 43개소를 확충하기로 했었고, 폐자원에너지화 기술개발 실증 R&D를 통해 7개 프로젝트, 14개 중점기술 32개 세부기술 개발 및 상용화를 추진하기로 했었다.

▲ 폐기물 고형연료
당시 7개 기술개발 실증 R&D 프로젝트는 슬러지 에너지화, 바이오연료화(가스, 고‧액 하이브리드), 악취 제어, 가스화, 고형연료 이송, 매립지 정비 폐자원 에너지화 등이었다. 추진 배경은 유기성폐자원의 해양배출 금지, 매립지 포화, 소각시설 노후화 등 환경 현안으로 처리기술에 대한 국민과 지자체의 요구가 시급했기 때문이다.

게다가 폐자원 원료에 대한 발전사업자의 수요가 급증하나 공급이 부족한 실정이었고, 국내 기술수준이 미흡해 해외기술 의존도가 높으나 폐기물 성상과 특성 차이로 인한 다양한 운전상 문제점이 발생됐기 때문이다. 여기서 ‘폐자원’이란 가정 또는 사업장에서 발생하는 폐기물 중 물질이나 에너지로 재활용할 수 있는 폐기물을 말한다.

국제재생에너지기구(IRENA)는 올해 초 보고서를 통해 “재생에너지 기술에 많이 투자하는 국가의 힘은 늘어나고, 에너지 전환에 적응하지 못하는 국가들은 기존의 영향력을 상실할 것”이라고 했다. 또 산업통상자원부는 지난 6월 ‘제3차 국가에너지기본계획(2019~2040년)’을 확정하면서 “재생에너지의 발전비중을 2040년까지 30~35%로 확대한다”고 밝혔다.

이처럼 폐자원 및 바이오매스의 에너지화는 친환경에너지 확보의 대안이며, 새로운 일자리 창출, 환경산업 육성, 지역경제 활성화 등 21세기 경제성장을 이끄는 신(新)국가성장동력이자, 온실가스 감축을 통한 기후변화협약의 효과적 대응 수단인 것이다.

폐기물 문제와 자원화
▲ 2019년 국회 환경노동위원회 SRF 열병합발전소 현장 시찰
또한 인간이 자연계의 자원을 지속적으로 추출해 사용한 후 대기로 날려 버리면 이들 가스가 또다시 광합성 등을 통해 이용 가능한 자원으로 합성될 때까지는 매우 많은 시간을 필요로 한다. 즉 자연의 순환계가 단절되면 한 방향으로만 문제가 지속되어 지구생태계는 균형을 유지하지 못하고 파괴된다.

자연계에서 추출된 자원과 에너지는 인간의 편리성을 위해 사용되고 결국에는 폐기물로 발생된다. 자연계의 순환리듬이 회복되고 유지되는 일정 용량의 환경부하 만이 생태계 내에 부과되는 사회시스템을 만들 수는 없는 것인가? 흔히 말하는 지속가능한 발전을 추구하면서 환경보전을 이뤄갈 수 있을 것인가에 대한 의구심을 갖게 된다.

21세기에는 더 이상의 환경파괴와 생태계 교란을 방지하기 위해 더 많은 노력이 요구되며, 새로운 개념의 가치관 정립이 필요하다. 폐기물을 처리 및 자원화해야 한다는 강제적인 사회시스템보다는 모든 기술과 여건이 조화된 새로운 사회시스템의 구축이 필요하며, 이러한 사회시스템을 선진국에서는 순환형 사회시스템이라고 한다.

폐기물 분야에서 지적되는 각종 문제점에는 가정 및 사업장에서 발생되는 폐기물의 증가, 질적 수준의 변화, 처리 및 처분장의 부족, 처리장의 입지 안전성, 다이옥신 등 2차 오염물질의 유해성, 처리비용 상승 등이 있다. 또한 유해 폐기물의 국가간 이동, 방사성 폐기물 문제 등 많은 문제가 발생하고 있다.

에너지 및 자원으로 귀결
범지구적으로 문제가 되고 있는 지구온난화 문제에 대한 영향인자 중에서 비중이 가장 큰 이산화탄소와 메탄도 폐기물을 처리하는 과정에서 발생된다. 또한 인간이 삶을 유지하기 위한 생산‧소비 활동에서 자원과 에너지를 투입해 환경문제가 일어나는 것으로부터 자원과 에너지 문제를 폐기물 문제와 별개로 분류하는 것은 불가능하다. 즉 지구환경 문제의 대부분을 폐기물과 연계하는 것이 가능하다.

인간이 생산 및 소비활동을 하면서 더 이상의 효용성, 즉 경제적인 가치를 상실해 처리과정에서 비용이 수반하면 폐기물이라고 말할 수 있으며, 버려진 폐기물을 다시 회수, 부가가치를 부여해 경제성, 효용성을 다시 갖게 하는 것을 재활용 및 자원화라고 한다.

최근에는 발생된 폐기물의 성상이 개선되고 특정기술에 의해 부가가치를 창출하는 기술이 확보됨에 따라 폐기물이라는 용어가 폐자원 혹은 바이오매스라는 용어로 대체되고 있다.

폐기물이 없는 순환사회의 형성을 위해서는 폐자원 및 바이오매스라는 용어를 사용해 그것을 이용하거나, 재활용 및 에너지화 등에 의해 자원화 하는 방법론의 개발을 경제논리와 기술적인 관점에서 접근하는 것이 필요하다.

구체적으로 생산 공정에서 사용되는 모든 원료를 재활용품으로 대체한다면 자원 투입과 폐기물을 최소화하는 것이 가능하며, 폐기물 처리과정에서 발생하는 이산화탄소와 유해물질의 발생량을 줄여 지구온난화를 유발하는 온실가스의 삭감으로 연결될 수 있다. 또한 처리해야만 하는 최종 처리물은 에너지 회수를 위한 발전, 난방, 급탕으로 사용해 에너지 절약 및 발전에도 이바지해야 하는 것이다.

▲ 나주SRF열병합발전소
최근에 지구환경 및 지역환경 문제가 크게 부각되면서 결국에는 폐기물이 에너지 및 자원으로 귀결되는 현상이 나타나고 있으며, 이러한 범지구적인 환경문제를 최소화하기 위해 규제를 위한 법을 초월해 새로운 개념으로 접근이 이뤄지고 있다.

매립지 내에 폐자원 및 바이오매스의 반입을 억제하기 위해 매립금지 및 매립세 등의 신설이 이뤄지고 있고, 폐기물을 자원으로 재인식해 유기성폐기물 및 가축분뇨 등의 혐기성소화를 통한 바이오가스 생산 등의 적극적인 개념에서 자원화가 이뤄지고 있다.

폐기물이 자원 결핍에 따른 부가가치 상승으로 자원화의 가능성이 창출됐다는 면도 있으나, 기업 자체에서 경영관리의 질이 상승된 것과 법적 규제수준 및 시민의 움직임 등이 자원화를 유도하고 있다고 말할 수 있다.

자원화라는 측면에서 지금까지는 단순 가공해 원료로서 공급하는 차원, 즉 폐기물 처리를 위한 부수적인 수단으로서 재활용이 진행돼 왔다. 이러한 측면에서 수요를 창출하는 것에는 한계가 있으므로 재활용의 부가가치를 부여하기 위한 노력이 필요하며, 미래사회에 경제성이 확보될 수 있는 새로운 대체에너지가 개발되어 보급된다면 우리 인류의 편리성 추구는 계속될 수 있다.

미래학자들은 “미래사회는 자원의 고갈 및 인구 증가에 의해 충분한 삶을 영위할 정도의 에너지 확보가 어려울 것”으로 예견하고 있다. 에너지가 부족하고 자원의 채굴에 한계성이 있다는 전제에서 보면, 향후 원유 및 원자재의 가격이 폭등할 것이라는 것은 당연하다.

이러한 사회가 형성될 때에는 폐기물은 폐자원으로서 재평가될 것이며, 4R 개념 하에서 경제논리에 의해 자원화가 이뤄지고 최후 수단으로서 에너지 회수에 의한 부가가치의 창출이 필수 불가결해 질 것이다.

에너지화에 집중 중인 글로벌
▲ 폐기물 고형연료(성형-비성형)
외국은 지속가능한 에너지 확보를 위해 폐자원을 포함한 바이오매스 에너지화 정책을 이미 오래 전부터 강화하고 있다. EU는 신재생에너지 보급률을 점진적으로 확대하면서, 이중 바이오매스 개발로 80% 이상을 달성할 계획을 세우고 있다.

세부적으로 매립규제 강화를 통해 폐기물 에너지화시설(MBT‧RDF)의 설치를 정책적으로 유도하고, 유기성폐기물 통합기술 개발에 집중 투자하여 육성 중이다. 폐기물을 이용한 에너지화 기술개발을 핵심 과제로 규정하고, 생산 정책에도 적극적이다.

독일은 2020년까지 재생에너지 사용률 80%를 목표로 관련 정책을 추진 중인 것으로 알려진다. 2009년부터는 폐자원 에너지화 사업을 기술우위 선점 및 성장 동력으로 활용 중이다. 그 결과 세계 최고의 분리‧선별 기술을 보유하면서, 가연성폐기물 RDF 생산 및 공급을 통한 열병합 발전이 활발하다. 유기성폐기물의 소규모 혐기성 소화를 통한 바이오가스 생산도 활발하며, 바이오가스 수집을 통한 대규모 발전시스템을 가동하고 있다.

일본은 지난 2002년 이미 신재생에너지 핵심전략으로 ‘바이오매스 일본 종합전략’을 공표했다. 2007년에는 바이오매스 에너지 도입 가속화 전략을 추진했다. 그 결과 폐자원 및 바이오매스 에너지화 시설과 시장규모가 급증했고, 70여개 이상의 RDF 제조시설과 5개 이상의 광역형 RDF 전용 발전소가 운영되고 있다.

미국은 ‘RDF+석탄 혼합발전소’를 30여개 이상 가동 중이고, 기존 소각공정을 전기‧열에너지 생산시설로 전환하고 있다. 또 미국 EPA, DOA, DOE 등의 공동 후원 아래 진행 중인 가축분뇨 관리를 통한 메탄 배출 감축 및 에너지화 프로그램을 이용해 온실가스 감축, 악취제거, 수질개선 및 에너지 효율성 제고에 나서고 있다.

폐자원‧바이오매스→에너지화 종류
▲ 포항시 생활폐기물에너지화(SRF)시설
그렇다면 폐자원‧바이오매스를 에너지로 바꾸는 방식에는 어떤 것들이 있을까? 폐자원의 특성은 높은 열량을 가진다는 것이다. 실제 가연성폐기물은 ㎏당 3500Kcal의 열량을 가지며, 고형연료는 ㎏당 5000Kcal(무연단 4600Kcal)의 열량을 보유하고 있다.

따라서 단순소각‧매립되던 가연성폐기물은 고형연료로 전환한다. 사료‧퇴비화‧해양 투기되던 유기성폐기물(음식물류폐기물, 하수 슬러지, 가축분뇨 등)은 바이오가스, 고형연료로 전환한다. 일부 회수되던 소각여열은 열, 전기 생산으로 전환한다. 소각 처리되던 매립 가스는 열, 전기 생산, 자동차연료로 전환한다. 일부 회수되던 산업폐가스는 열, 전기 생산으로 전환한다.

바이오 에너지화는 바이오매스를 이용해 고체, 액체 또는 기체연료로 만들어 열이나 전기 형태(보일러 연료, 발전, 자동차 연료, 도시가스)로 이용하는 것이다. 따라서 유기성폐자원(음식물류폐기물, 하수 슬러지, 가축분뇨, 동‧식물 잔재물), 목질계(임목-순환목‧벌채목, 폐목재 및 간벌잔재), 초본계‧해양계(유채, 옥수수, 볏짚, 왕겨, 해조류) 등을 신재생에너지로 생산(바이오가스-메탄, 고체연료-칩‧펠렛‧목판, 바이오연료-에탄올‧메탄올)하는 것이다. 
<사진=한국환경공단>

 

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