바이오가스산업현황 1. 바이오가스산업 (Biogas Industry) 현황 바이오가스산업현황 가. 바이오가스 (Biogas) 의규모와특징 바이오가스는전체바이오에너지 (Biomasse) 의약 8.5% 를차지함 ( 고체 57.7%, 액체 33.8%). < 바이오에너지 (Biomasse) 종류별이용실적 (2007 년 ) > 단위 : TWh(10 억 kwh) 종류별 전력 난방 수송연료 합계 고체바이오 11.7 76.2-87.9 액체바이오 2.6 4.5 44.4 51.5 Biogas 9.5 3.5-13.0 바이오합계 23.8 84.2 44.4 152.4 자료 : 연방환경부 (BMU) 바이오가스는전력과난방열을연계하여생산하는특징을가짐 ( 이른바 combined heat and power ). < 참고 > 열 - 전력연계생산 (combined heat and power) 원칙 바이오가스발전시설에적용되는 열 -전력연계생산 (KWK; Kraft-Wärme-Kopplung) 원칙 이라함은바이오가스를이용한전력 (power) 생산을장려하는데그치지않고바이오가스생성시발생하는열 (heat) 의효율적인이용을권장하기위하여 ⅰ) 전력생산없이바이오가스만을생산하는시설에는정부보조금을지급하지아니하고 ⅱ) 열이용의효율성이증대된경우에는전력에대한보조금을증액지급하는것. 105
나. 독일바이오가스산업의구성및성장성 현재총 3,700 여개의바이오가스생산시설이운영되고있는바, 대부분소규모시설이고투자규모 100억원이상인곳은 50여개에그치고있으나독일정부가가장적극적으로육성 지원하고있는분야로서향후성장가능성이높음. - 바이오가스분야는약 200 여개의기업이활동하고있으며, 대부분의기업이중소기업수준의규모임. 바이어가스분야사업영역별기업수 ( 추정 ) 바이오가스시설관련부품제조 : 60개 가스분류 (Biogasaufbereitungsanlagen) : 32개 원료반죽기기 (Rührwerke) 관련 : 23개 바이오가스시설안전점검등 : 3개 설비상담, 기술지도및금융등서비스 : 74개 바이오가스산업분야의투자금액, 매출액, 종업수등에관한통계는현재발표되지않고있음 ( 객관적인집계가사실상불가능 ). 바이오가스분야는 ⅰ) 에너지원 ( 원료 ) 확보가용이하고 ⅱ) 소규모지역적 (decentralized) 에너지공급이가능하다는등의여러가지이점을가지고있으나, - 에너지생산량에비해초기투자비용이높고 - 유기물발효 ( 탈황 ) 과정에서악취를유발하며, - 유기물발효등으로메탄가스가생성되는과정이현대과학으로도아직완전히규명되지않은상태여서, 정부지원없이자체 시장성 을가지게될시기가언제인지예측하기어려운단계임. 바이오가스시설폭발사고가발생 (2007.6 칼스루헤, 2007.12 니더작센등 ) 하고있으나대부분원인불명임. 106 독일의그린에너지정책및산업
2. 바이오가스산업에대한정부육성정책 가. 재생에너지법 (EEG) 에의한지원 바이오가스를이용하여생산한전력을송배전업체 ( 전력회사 ) EEG가정하는금액 (kwh당 6~8센트 ) 으로전량구매 전력회사는이렇게고가로구입한비용을최종소비자에게전액전가함. 바이오가스가전력이아닌다른형태 ( 열, 가스등 ) 로사용되면보조금혜택 ( 고가판매 ) 을받지못하게됨. 바이오가스산업현황 나. 바이오가스 (Biogas) 에대한특별지원 바이오가스는다른재생에너지에비해정책적으로우대하여지원되고있음 ( 각종 Bonus). 바이오가스에대한우대지원 (Bonus) 내용 KWK-Bonus : 판매된열비율만큼전력에보조금추가 NawaRo-Bonus : 동식물 (nachwachsende Rohstoffe) 을활용한재생에너지시설에보조금추가지급 기술보너스 (Technologiebonus) : 새기술적용시지급 2MW 이하소형 KWK- 발전기에대해서는환경세 ( 전력사용에부과되는세금, Stromsteuer) 를면제함. 이경우환경세 (Eco-tax) 는전력세 (Electricity Tax) 라고불리우나, 전력사용의대가 가아님. 전력사용에대한환경세는 kwh당 2.05센트부과 다. 재생에너지법 (EEG) 개정과바이오가스산업향후전망 바이오가스를통한전력생산에대한정책지원을강화하는내용의재생에너지법개정안이 08.6월연방하원을통과 ( 발효는 09.1월 ) 함에따라바이오가스산업은향후에도더욱발전할것으로전망됨. EEG 개정안은관련기술의발전을위하여기술보너스 (kwh 당 2센트 ) 제도를도입 107
3. 주요기업및단체주요동향 가. 슈라덴사 (Schraden Biogas GmbH) 기업개요 구동독지역 3곳에바이오가스생산공장을운영하고있으며, 자본금약 700만유로의시설규모에상시고용인원 15명으로서자본집약적인생산공정을가지고있음. 연간매출액은 450만유로로서, 동매출액의약 65% 는대형식당또는슈퍼마켓의음식물쓰레기및식품폐기물의대가로받은금액이고나머지 35% 매출액은바이오가스를이용하여생산한전력의판매금액이며, 경상이익은약 40만유로임 ( 매출액이익률약 9%). 바이오가스생산공정 (08.4 월주독대사방문시회사관계자언급요지 ) 바이오가스원료는음식물쓰레기, 식품폐기물등으로서 Schraden사는원료의일부는공급자 ( 맥도널드등패스트푸드점포함 ) 로부터직접제공받아사용하며상당부분은용역업체에의뢰하여조달함. 바이오가스생산기술수준은관련장비생산업체별및국가별 ( 독일, 덴마크등 ) 로대체로비슷한수준이나, 어떠한원료를사용하는지여부에따라바이오가스생산비용이크게달라지고있음. 지방분이많은식품류가원료에많이포함될수록바이오가스생산효율이높아짐. 김치등발효식품이많이포함될수록생산효율이높아짐. 모터 (motor) 등바이오가스생산기기는독일제품과덴마크제품의기술수준이비슷하나, 독일제품의경우가격은다소높은반면, 원료상태에서가스분출량이많은경우고장위험이높아지는것을완화해주는장점을가진기기를중심으로수요가많음. 바이오가스생산기술은 1970 년대석유위기를계기로개발이시작되어구동독시절상당수준의기술을확보하였으나, 이후유가안정에따라개발필요성이감소되었으며, 1997년원료 ( 음식물 ) 와포장지를분리하는기술이개발된것을시발로하여 2000년대들어덴마크를중심으로실용화방안이적극추진되었음. 108 독일의그린에너지정책및산업
바이오가스를이용한발전기기 (generator) 는대부분독일회사제품이많이판매되고있으며, 바이오가스이용에적합한특수한모델의발전기기가사용되고있으나, 일반화력발전의원리가동일하게적용되고있음. 나. 해조류를이용한바이오매스생산프로젝트 프로젝트현황 바이오가스산업현황 지구온난화가주요환경문제로대두되고있는가운데온난화의주원인인온실가스 40% 가화력발전소에서나오는것으로추산되고있음. 해조류는성장을위해이산화탄소를소비하고산소를배출하기때문에환경문제해결에적합함. 함부르크환경부는에너지공급기업체인 E.on사와공동으로해조류를이용하여발전소배기가스를바이오매스로전환하는시설을함부르크남쪽지역인라이트부록 (Reitbrook) 지역난방발전소에설치하여지난 8월말부터가동중임. - E. on사의조사에따르면해조류를이용한바이오매스생산설비는현재미국에만존재함. - 유럽지역에서유일한이설비에앞으로총 2백만유로이상이투자될예정이며, 주정부에서 5십만유로를지원할예정임. 현재설비의일부인약 2.5m2크기의해조류전환설비가가동중이며, 이설비를통해주당약 10kg의바이오매스를생산할수있음. 1kg의바이오매스생산을통해약 2kg의이산화탄소를절감할수있음. - 이설비에는북유럽지역조건에알맞은해조류 클로렐라함부르겐시스 를투입하고있음. 향후전망 해조류를통해생산된바이오매스는다시바이오디젤이나메탄등다른연료생산에사용될수있으며, 화학공장에서사용할수도있음. - 바이오매스생산에이용되는다른곡물 ( 옥수수, 콩등 ) 과비교할경우, 동일면적에서최대 100배이상의기름을생산함. 109
- 현재해조류는화장품, 제약및식료품산업에도사용되기때문에이산화탄소제거외에도다용도 ( 식용색소등 ) 로사용될수있음. 또한, 해조류는바이오매스를생산하는옥수수와콩처럼식량원과중복되지않는장점이있기때문에현재 20% 에불과한해조류를통한이산화탄소저감율을향상시킨다면그활용도가증가할것으로보임. 다. 바이오매스를이용한바이오석탄획득방법연구 Markus Antonietti 소장의저온열수탄화방법 2006년막스플랑크클로이드및경계면연구소 (Max-Planck-Institut fuer Kolloid-und Grenzflaechenforschung) 의 Markus Antonietti 소장은낙엽, 나무가지, 음식물쓰레기등거의모든유기물을이용하여석탄가루를획득하는방법 (hydrothemal carbonization : 저온열수탄화를이용하여바이오매스를기능성탄소재료로변환 ) 을개발한바있음. - 자연계에서이러한탄화과정은수백만년이걸리지만, Markus Antonietti 소장이개발한방법을통해서는단하루만에이루어짐. 이저온열수탄화방법은이미 1913년에독일의화학자 Friedrich Bergius와 Hugo Specht에의해설명된방법이지만이들에게는탄화과정이수일내지수주가소요되었음. Markus Antonietti 소장이개발한방법의문제점은바이오매스를물과촉매제와함께용기에넣고섭씨 180~230 도로 6~12시간을가열해야하고, 획득된석탄가루를꺼내기위해용기를다시식혀야하기때문에과정이연속적으로이루어지지않아실용적이지않았다는점이었음. Thoma Greve에의한저온열수탄화방법의실용화연구 Oldenburg 대학화학과에서학위논문을준비중인 Thomas Greve는 Markus Antonietti 소장이개발한방법에매료되어동방법을자동화하여대규모의바이오석탄을획득하는방법을개발하였음. - Greve 가개발한바이오매스를이용한대규모바이오석탄획득시설에대한 1차효능실험이수주내에치러질예정임. 110 독일의그린에너지정책및산업
- 그가개발한시설에서는탄화과정에서발생한열로인해지속적으로바이오매스를수백도의열로가열할수있음. 그는탄화과정에서발생하는열을에너지로활용하여인근가구에난방을공급하든지전력을공급할수있는방법을구상중임. 또한탄화과정을이용해 1m3의바이오매스로 200l 정도의바이오연료를생산할수있을것으로전망하고있음. 바이오가스산업현황 탄화과정을통해생산된물질의응용방법 Markus Antonietti 소장은탄화과정을통해생산된물질을응용할수있는방법을발견했음. - 저온열수탄화과정을 6시간뒤에중단시키면, 이탄과유사한물질이생성되는데, 이는농경지에부식질이풍부한토양을제공하는데적합함. - 저온열수탄화과정이 16시간진행되고난뒤에는수정의격자구조와같은구조를가진석탄가루가생성되는데, 이는실제수정보다순도가높아연소시유해물질이덜발생하고더많은열을발생함. Markus Antonietti 소장에따르면, 저온열수탄화과정을통해생성된바이오석탄이광물석탄의소비량을커버할수있는잠재력을가지고있음. - 현재독일에서연간 1억 2천톤의석탄과갈탄이에너지획득을위해사용되고있음. 또한생물학적원료인바이오석탄은재료로사용하는식물이대기중에존재하는기존의이산화탄소를섭취하여보존하기때문에추가적인대기오염을유발하지않는원료임. - 그러나 Markus Antonietti 소장은단순히바이오석탄을연소하는방법에는반대하고있으며, 탄화과정시발생하는석탄과물로구성된액체성분을연료전지에저장하는방법이더의미가있다고강조하고있음. Harvard 대학연구원들이이러한연료전지의원형을개발하고있는데, 동연료전지의효율이 60% 에달해독일의화력발전소보다더효율적임 ( 현대적인석탄화력발전소의효율이 45% 임 ). 바이오석탄의해결과제 모든바이오매스종류가사용가능한석탄가루로변환되는것은아님. 111
- 해초의경우, 많은결정질셀룰로즈를함유하고있어 200도에서도용해되지않음. 따라서다른바이오매스와섞어탄화과정을진행하면셀룰로즈가용해되지않은채로남아있기때문에석탄가루의질이떨어지게됨. - 이와달리말똥, 바나나껍질, 커피잎등은아주뛰어나원료를만들어냄. 이런제한외에도제1세대바이오연료에서처럼식량원과중복되는문제를해결해야함. - 제1세대바이오연료는식량원과중복되어식량가격상승에일조했다는얘기를듣기도함. - 그러나바이오매스를이용하여바이오에탄올과바이오가스를획득할때, 저온열수탄화방법이기존방법에비해현저하게효율이뛰어나고획득시간도단축됨. 저온열수탄화방법을이용하여바이오에탄올획득시기존의 1/10에해당하는사탕무만사용하면되며, 바이오가스생산시기종의바이오가스시설의효율이 50% 정도인데반하여저온열수탄화방법의경우는효율이 100% 에달함. 이산화탄소저장고로서의바이오석탄 저온열수탄화방법의가장큰장점은유해한부산물이발생하지않는다는점임. 아울러기존의바이오매스를통한에너지획득방법과는달리이산화탄소발생이없음. 따라서저온열수탄화방법을통해획득한바이오석탄을연료로사용하여연소하지않고 ( 이경우, 바이오매스에포함되어있던이산화탄소배출 ), 바이오석탄을저장하기만하더라도대기중이산화탄소비율을낮출수있음. - Markus Antonietti 소장의생각으로는이방법이현재기후변화대응을위해 EU 차원에서적극지원하고있는탄소포집방법 (CCS) 보다더욱의미있는방법이라고여기고있음. - 그에따르면, 바이오매스의 8.5% 를바이오석탄의형태로저장한다면, 석유를사용함으로써발생하는이산화탄소양을감축시킬수있음. 이를통해오늘날가장기후에유해한에너지원이었던석탄이기후를구하는원료로기능할수있음. 112 독일의그린에너지정책및산업