일본의 경우 하수슬러지, 음식물쓰레기, 가축분뇨, 산림 및 농업부산물을 이용하는 도?농 복합형 바이오타운을 조성하여 2010년까지 300개 바이오매스타운 조성 계획이 있으며, 2008. 7월 현재 151개 지역이 확정된 상태이다. 또한, 독일의 경우는 음식물쓰레기, 농업부산물, 건초, 가축분뇨, 산림부산물을 활용한 농촌형 바이오타운 건설?운영에 530만 유로가 사용되었다.
이와 같이 선진국의 바이오매스에 대한 정책이 바이오매스 타운에 초점이 맞추어 지는 것에는 첫째, 폐기물의 처리문제와 둘째, 지구환경오염문제, 셋째, 에너지 자원의 고갈이라는 세가지 관점에서 그 이유를 찾을 수 있다.
바이오매스는 음식물쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨 등이 있으며, 이들은 부패가 빠르게 진행되는 것으로서 관리되지 않을 시에는 분해되어 침출수 및 악취 등을 발생시켜, 환경에 악영향을 초래할 수 있다. 특히 음폐수와 하수슬러지의 경우, 지금까지는 처리비용이 비교적 저렴한 해양배출로 많이 처리하였으나, 런던협약과 96의정서로 2012년부터는 해양배출이 단계적으로 강화 및 금지될 예정이다. 따라서 육상에서의 처리방안을 모색하여야 한다.
또한, 화석연료를 과도하게 사용하여 야기된 지구온난화를 막기 위해 기후변화협약을 체결하는 등 온실가스를 줄이기 위한 각고의 노력을 기울이고 있다. 특히, 2005년 2월 ‘교토의정서’가 발효됨에 따라 38개국의 선진국들은 2008년을 기점으로 온실가스 감축의무를 부여 받았고 우리나라도 2013년부터 이를 피하기는 어려워 보인다. 여기에 장기적으로는 원유가격을 150달러로 전망하고 있어 국가 에너지 정책에도 영향을 미치고 있다. 따라서 이러한 국제정세에 맞추어 정부 정책에도 변화가 불가피하게 되었다. 최근 기존 3R정책[감량화(Reduce), 재사용(Reuse), 재활용(Recycle)]에 폐자원 에너지화(Recovery)를 포함한 4R정책을 통하여 재생에너지 확보 및 자원순환성을 제고하는 방향이 설정되었다.
유가 상승과 함께 국가 기후변화 대응체계 구축을 위하여 정부의 4R정책을 기본으로 하여, 분산?간헐적으로 발생되는 바이오매스가 적정관리 되어 에너지자원으로 활용될 수 있도록 하기 위하여 지자체별 특성에 맞는 녹색마을 개념이 만들어지고 있으며, 특히 농촌지역의 경제?사회?환경적 측면에서 바이오매스의 이용확대와 효율적인 에너지 활용을 위한 자립형 바이오에너지 순환이용 마을 조성이 계획되고 있다.
<그림 > 바이오매스 자원화의 배경
특히 바이오매스는 카본 뉴트럴이라고 하는 특성을 가지고 있으며, 분해에 수반하여 다양한 형태의 에너지를 발생시키는 것으로부터 저탄소녹색성장 정책에 있어서 폐기물처리와 동시에 얻어지는 에너지원을 적극 활용할 경우에 지역의 온실가스 배출량을 감소시켜 지구온난화 방지가 가능하다. 이를 위해서는 지역의 실정에 맞는 효율적이고 종합적인 바이오매스 활용시스템 구축을 통하여 바이오매스가 순환이용되는 녹색마을의 구축이 요구된다.
1. 바이오매스 및 녹색마을의 정의
바이오매스란, 생물 자원(bio)의 양(mass)을 나타내는 개념으로서, 「재생 가능한 생물 유래의 유기성 자원으로 화석에서 유래된 자원을 제외한 것」바이오매스는 지구에 일정하게 무한정으로 비추어 주는 태양 에너지를 활용하고, 무기물인 물과 CO2로부터 생물의 광합성에 의하여 생성된 유기물로서, 라이프사이클 가운데에서는 생명과 태양 에너지가 존재하는 한, 지속적으로 재생 가능한 자원을 말한다.
이러한 바이오매스를 지역내에서 통합관리하면서 성상별 자원화공정을 확립, 에너지 및 물질을 지역내에서 순환이용하면서 에너지 자립도를 높여 친환경적인 분위기를 조성하는 것이 녹색마을 사업으로 정의할 수 있다.
음식물쓰레기, 하수슬러지, 축산분뇨 등의 유기성폐기물의 처리문제와 고유가시대의 국내 에너지자원 확보문제에 대하여 동시에 해결할 수 있는 방안 중의 하나가 녹색마을조성사업 이다. 환경적으로 폐기물의 문제를 해결함과 동시에 사회적으로는 지역에 저렴한 에너지 공급과 매전을 통한 지역 수익사업 즉 낙후되어진 농어촌지역의 지역경제 활성화를 이루는 것이 가능하다.
2. 녹색마을 조성을 위한 검토사항
이러한 녹색마을을 조성하기 위한 기본방향은 첫번째 저탄소 녹색마을 조성, 두번째 통합처리를 통한 대량 원료확보, 세번째 바이오매스를 이용한 지역별 에너지 자급자족 시스템으로 크게 3가지로 나눈다. 분산?간헐적으로 발생되는 바이오매스를 그대로 이용하기에는 원료의 부족으로 규모의 경제성을 도달하는 것이 어렵다. 따라서 운반비를 고려한 적당한 거리에서의 통합 및 연계처리를 통하여 국지적으로 발생되는 바이오매스를 대량으로 확보하여 자원화하는 체계 구축이 필요하다.
가) 바이오매스의 발생량 조사 및 예측
대상 지역의 바이오매스 발생량을 조사하기 위해서 우선, 그 지역에서 발생되고 있는 바이오매스의 종류에는 어떤 것들이 있는지 조사한다. 바이오매스의 발생원은 크게 농업계, 폐기물계, 산림계로 나눌 수 있다. ‘05년도 기준 국내에서 발생되는 바이오매스의 전체 발생 현황을 <표 1>에 나타내었다. 각 폐기물의 분류는 환경부 통계를 근거로 하여 조사된 음식물류폐기물, 하수슬러지, 폐수슬러지, 인분뇨, 축산분뇨, 동?식물성 잔재물등으로 분류하였으나, 대상지역에서 발생하는 재활용 가능한 자원, 잠재 에너지를 보유하고 있는 모든 것을 그 대상에 포함하여 검토하여야 한다. 또한 녹색마을의 조성은 지역발전 장기계획인 것으로부터 적어도 15년후에 바이오매스의 발생량을 예측할 필요가 있으며, 종류별로 그 발생량을 예측하여, 각종 시설 설치계획에 반영되어야 한다.
<표 1> 유기성 폐기물 종류별 발생량(톤/년)
구분
종 류
발생량
자료출처(년도)
유기성
폐기물
계
75,499,006
음식물류폐기물
4,736,496
환경부생활폐기물통계(2006년)
하수슬러지
2,560,959
환경부 하수토통계(2006년)
폐수슬러지
4,198,303
환경부사업장배출계통계(2006년)
인분뇨
분뇨
1,454.20
환경부, 오수?분뇨 및 축산폐수처리 통계(2000~2003)
정화조폐액
16,246.50
하수도통계(2004, 2005)
소계
17,700.70
축산
분뇨
분
20,620,460
오수ㆍ분뇨 및 축산폐수처리 통계
뇨
13,447,728
(1999~2002년 자료)
세정수
16,140,034
소계
50,208,222
동식물성잔재물
908,558
환경부사업장일반폐기물통계(2006년)
폐목재
임지 폐목재
354,051
산림청
폐기물계 폐목재
2,666,727
환경부통계
자료) “유기성폐기물통합관리기술구축(I), 2004“을 참고하여 재작성
나) 지역내에 바이오매스 처리 현황의 조사
현재 각 지역에서는 어떠한 형태이던지 음식물쓰레기, 가축분뇨, 슬러지류 등을 처리하고 있으며, 직접 시설을 설치하여 운영하거나, 혹은 위탁처리하고 있는 실정이다.
이러한 바이오매스의 관리주체, 각 바이오매스별 처리체계를 파악하는 것이 중요하며, 관리주체가 분산되어 있으므로 지자체장의 의지에 의하여 통합관리하는 계획을 수립하는 것이 선행되어야 한다. 또한 현재 처리시설이 설치되어 있으면, 처리시설을 새롭게 건설하는 것보다는 이들 처리시설을 서로 연계하고, 필요시 물질별로 연계하여 자원화하는 체계의 구축이 필요하다.
기본적으로 통계자료를 이용하여 종류별 처리량을 조사하고, 현장을 방문조사 하고, 시설 입지선정시에 수집운반 효율성 제고를 검토하기 위하여 발생된 바이오매스의 종류별 운반비용의 조사도 병행하여 실시 한다.
<그림 > 바이오매스 처리경로 및 처리현황 분석 방법
다) 바이오매스 생산제품 이용 수요 및 에너지 잠재량의 조사
녹색마을을 조성하였을 때, 발생된 바이오매스를 처리하여 최종적으로 생산되는 제품 또는 부산물의 원활한 공급을 위하여 수요처를 파악하는 것이 필요하다. 녹색마을은 자원의 순환이용을 전제하고 있는 것으로부터 에너지만을 회수하는 것이 아니며, 의도적이던지 비의도적이던지 에너지를 생산하는 과정에서 부산물이 발생되며, 이러한 부산물, 예를 들면 퇴비 등이 지역내에서 순환이용되어야 한다. 이를 위해서는 수요처 파악이 중요하며, 그 지역의 수요도를 조사하여 역으로 지역의 수요에 대응할 수 있는 적절한 이용 기술이 선정되도록 해야 한다.
또한 에너지화를 위한 전제로 녹색마을이 조성될 때에는 그 지역내에서 발생되는 바이오매스 전체량에 대한 에너지 잠재량의 평가가 필요하다. 에너지화 잠재량의 평가는 탄소량으로 환산하여 평가가 가능하며, 발생된 바이오매스의 에너지화 잠재량을 평가하고, 처리기술을 통하여 얻을 수 있는 에너지 잠재량을 파악한다. 바이오매스는 그 종류마다 밀도나 함수비가 다르고, 같은 종류에서도 그 상태에 따라 함수비가 다르다. 따라서 유기물량(습윤 중량)만으로 파악하는 것은 적절하지 않은 것으로부터 바이오매스의 중량(유기물량, 습윤 중량)을 기본으로 건조 상태, TS기준, VS기준으로 탄소량을 환산한다.
라) 지역형 바이오매스타운 시범모델 시설 입지선정 검토
지역의 토지이용계획에 따른 시설 설치 가능 지역을 검토해야하며, 기본적으로는 바이오매스의 통합관리 및 연계처리라는 관점에서 기존에 설치되어 있는 시설을 중심으로 검토하고, 소화액등을 효율적으로 처리하기 위해서는 하수처리장과 같은 지역 내에 환경기초시설과 연계하여 검토하는 것이 필요하다. 또한 수집운반의 효율이 중요한 것으로 바이오매스 종류별 수집운반 비용을 고려하여 입지를 선정하고, 시설 입지 선정시 주거지역과의 거리를 검토하여 민원을 최소화 시키는 방향으로 한다.
3. 바이오매스 종류별 에너지화 기술
바이오매스의 자원화는 물질회수기술과 에너지회수기술로 분류가 가능하며, 에너지회수 방법은 열화학적인 방법과 생물학적인 방법으로 구분할 수 있다. 이러한 기술은 대상이 되는 바이오매스에 따라, 최종생성물의 지역내에서 이용가능성에 따라 달리 적용될 필요가 있다.
특히 지역내에서 발생되는 바이오매스를 크게 분류할 경우에 습식계와 건식계로 구분하는 것이 가능하며, 습식계는 혐기성소화에 의한 매탄가스의 회수, 건식계는 열화학적 즉 연소, 열분해 등에 의한 에너지회수에 초점을 둘 필요가 있다. 또한 혐기성소화를 하더라도 소화액은 발생되는 것으로부터 소화액의 고액분리에 의한 고체 등의 퇴비화 등이 필요하다.
특정지역내에서 발생되는 모든 바이오매스를 특정기술만을 적용하여 처리, 자원화 하는 것이 불가능한 것으로부터 물질의 특성별 다양한 기술을 조합, 그 기술이 하나의 단지내에 설치되어 서로 연계되어 운영되도록 하여야 한다.
이전에도 서술한 것과 같이 대상지역에서 발생된 바이오매스에 대하여 에너지화만으로 일방적으로 진행하는 것은 문제가 있는 것으로부터 에너지 활용방안을 제시하기에 앞서, Reuse(원형이용) > Recycle(물질전환이용) > Recover(에너지전환이용)라는 전제에서 물질재활용이 우선되는 방향을 모색한 후 물질회수가 불가한 것에 대하여 에너지회수를 하도록 유도하는 것이 필요하다. 기술적인 관점에서 적용 가능한 기술은 제한적이며, 혐기성소화, 건류가스화(탄화), 고형연료를 통한 보일러 등이 에너지 회수측면에서 검토가 이루어지고 있다 .
<그림 > 적합한 유기성 폐기물 처리 기술 제시 방법
<그림 > 지역내에 발생 바이오매스의 처리 방법
4. 대상 지자체의 바이오매스의 통합관리 및 연계처리 방안 검토
현재 발생되는 바이오매스 대다수의 처리 시스템은 집중 처리시스템에 의존하고 있다. 즉, 발생 자치단체뿐만 아니라 주변의 자치단체의 바이오매스까지 처리함으로써 운반 거리의 증가로 운반비용의 증가, 시간의 낭비, 처리시설 용량의 비대화, 성상의 불균일화 등 많은 문제점을 안고 있는 실정이다. 바이오매스의 통합처리시스템은 집약처리, 광역처리, 도농연계처리, 유역처리, 분산처리 등의 지역간 연계처리 시스템과 혼합처리, 공동처리 등의 물질간 연계처리시스템을 하나로 묶어서 처리하는 개념으로 검토가 필요하다.
현재 지자체에 설치되어 있는 대부분의 시설은 폐기물 종류별로 소규모로 설치되어 있으며, 예를 들면 U시의 경우에 가축분뇨 공동처리장을 30톤/일, 음식물 쓰레기 처리장을 50톤/일, 분뇨 및 정화조폐액은 위탁처리, 하수처리장에서 별도의 슬러지처리시설이 설치되어 있다. 이들 시설들은 바이오매스를 종합적으로 하나로 처리할 시에는 약 150-200톤 규모로 설치하여 운영할 경우에는 현재의 인력 및 운영비용을 1/3선으로 줄이는 것이 가능하다. 이러한 시설의 적정처리를 위해서는 음식물쓰레기, 축산분뇨, 농축슬러지, 폐목재, 기타 유기성 등을 물질별로 서로 연계하여 공동처리하면서 부대적으로 에너지를 회수하는 방안을 적극적으로 검토해야 한다.
물질간의 연계처리는 지자체내에서 발생되는 바이오매스에 대한 통합관리가 전제가 되어야 하며, 현재 시스템은 물질별 관리주체가 틀리기 때문에 부서간의 이기주의가 상당한 어려움이 있다. 이러한 부서간의 이기주의를 극복하기 위해서는 지자체장의 결단이 필요하며, 이를 위해서는 바이오매스의 종합이용계획을 수립하고, 관리주체를 새롭게 정하여 통합관리를 유도해야 한다.
<그림 > 물질별 연계에 의한 공동처리 방안
4. 결론 및 제언
환경부에서는 저탄소녹색성장의 일환으로 저탄소녹색마을을 최종적으로 600여개를 조성하는 것으로 계획되어 있으며, 녹색마을에 주된 대상원료는 지자체내에서 발생하는 폐자원 및 바이오매스로 정하고 있다.
폐기물은 처리과정에 비용이 수반되며, 친환경적으로 처리가 요구되는 것으로부터 폐기물의 처리와 동시에 부수적으로 에너지를 회수할 수 있다면, 일거양득이 될 수 있다. 최근에 농산촌지역은 지역경제의 활성화가 미진하여 인구가 감소되고 있으며, 이로 인하여 환경이 적정하게 관리되지 못하여 오염현상이 지속되고 있다. 최근에 소규모마을 하수도 등을 설치하여 수질환경에 대한 개선이 이루어지고 있으나, 근본적으로 마을 단위에서 발생하는 오염물의 제어가 어려워 개별농가의 축산폐수 등이 하천으로 유입되어 부영양화를 촉진시키고 있다.
마을단위 혹은 특정지역의 유기성폐기물을 통합관리하면서, 물질별로 연계처리하면서 에너지를 얻는다면, 지역의 고질적인 환경문제를 해결하면서 부수적으로 에너지자립을 이룰수 있다.
<그림 > 바이오매스가 순환이용되는 녹색마을 조성을 위한 과제
최근에 지자체별 기후변화에 대응하여 각종 대안을 제시하고 있으나, 실현가능한 방법을 설정하는 것이 어려운 실정이다. 지역내에 폐기물처리는 필연적으로 필요한 행위인 것으로부터 친환경적으로 처리하면서 에너지를 회수하는 녹색마을은 시기적으로 유효적절한 수단으로 사용될 수 있다.
녹색마을 구상에 있어서 실효성을 높이기 위해서는 각종 제도 및 법적기틀(통합관리)이 필요하며, 민간이 참여하여 사업이 이루어지게 하기 위해서는 각종 인센티브(발전차액, RPS 등의 확대)를 주는 방법의 검토, 각종 모델 및 기술 등을 개발, 시행착오를 최소화하기 위한 각종 관련 지침, 메뉴얼 등이 만들어져 배부되어야 할 것이다.
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