폐기물 에너지

1. 개념

폐기물에너지는 폐기물을 변환시켜 연료 및 에너지를 생산하는 기술로 사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물 중 에너지 함량이 높은 폐기물을 다양한 가공처리 방법*을 통해 고체 연료, 액체 연료, 가스 연료, 폐열 등을 생산하고, 이를 산업 생산 활동에 필요한 에너지로 이용될 수 있도록 하는 것을 말합니다.

* 열분해에 의한 오일화, 성형고체 연료의 제조기술, 가스화에 의한 가연성 가스 제조기술 및 소각에 의한 열회수 기술 등

폐기물에너지의 종류에 대해 살펴보면 고형연료제품(SRF, Solid Refuse Feul)은 생활폐기물, 폐타이어, 폐고무류, 폐합성수지 등과 같은 발열량이 높은 가연성 폐기물을 파쇄, 건조, 본쇄, 입도, 선별, 성형 등의 공정을 거쳐 제조된 고체연료로 주로 전력 생산 및 보일러 연로로 이용되며 수송과 저장이 쉽고 폐기물의 부패와 악취를 막을 수 있다는 장점이 있습니다.

이외에도 자동차 폐윤활유 등의 폐유를 이온정제법, 열분해 정제법, 감압증류법 등의 공정으로 정제하여 생산된 ‘폐유 정제유’와 플라스틱, 합성수지, 고무, 타이어 등의 고분자 폐기물을 열분해하여 생산된 ‘플라스틱 열분해 연료유’, 소각열 회수에 의한 스팀생산 및 발전으로 이용하는 방식인 ‘폐기물 소각열’ 등이 있습니다.


2. 특징

폐기물에너지는 원료인 폐기물의 가격이 낮고 폐기물 수거비용을 받을 수 있어 경제성이 높고 쓰레기 매립 문제 완화 및 폐기물 발생을 줄여 이에 따른 환경오염 방지 효과를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있습니다. 반면 문화나 산업의 특성에 따라 많은 처리기술이 필요하기 때문에 고도의 기술과 연구 개발이 요구되며 이로 인해 초기 투자비용이 많이 들게 된다는 점과 폐기물 소각과정에서 또 다른 환경오염을 유발할 수 있다는 단점을 가지고 있습니다.


3. 국내 폐기물에너지 시장 현황

우리나라는 2014년 환경관리공단에서 발표한 통계에 따르면 생황폐기물의 소각열을 이용하는 시설은 대형 및 중형생활폐기물 소각시설을 포함한 122개소, 사업장폐기물을 대상으로 하는 소각열 시설은 131개소인 것으로 조사되고 있습니다. 또한 생활폐기물 고형연료 제조플랜트를 통해 제지회사, 시멘트회사, 화력발전소, 염색산업 보일러, 건물 냉난방 등 다양한 곳에서 사용되고 있으며, 폐기물 가스화플랜트 시장 또한 산업폐기물 대상으로 많은 업계에서 관심이 고조되면서 점차 시장이 성장할 것으로 전망하고 있습니다.

2014년 기준으로 국내 폐기물에너지의 보급 현황을 살펴보면 약 690만 toe의 에너지를 생산해 내며 태양광, 태양열, 풍력 등을 포함한 전체 신재생에너지들 중에서 59.8%을 기록하며 압도적인 비중을 차지하고 있습니다. 이뿐만 아니라 2014 신재생에너지 산업통계에 따르면 폐기물에너지 원료 제조·수입업체는 총 129개로 태양광 제조업체 다음으로 높은 수치를 보였습니다. 이들 기업의 매출액은 총 7,858억원으로 전체 신재생에너지 제조업체의 매출액 중 16.6%를 차지하며 국내 신재생에너지 산업발전에 큰 역할을 하고 있는 것으로 나타났습니다.

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신재생 에너지원별 생산량 비중 (2014)

4. 해외 폐기물에너지 현황

세계 폐기물에너지 시장은 오는 2020년 약 438억불에 이를 것으로 전망되고 있으며 현재까지는 미국과 유럽이 주요 시장이지만 아시아 지역의 성장이 크게 급증할 것으로 예상되고 있습니다.

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세계 폐기물 에너지 시장추이 및 전망 (2001~2020(예상))

미국은 전 세계에서 폐기물에너지 생산량이 가장 많은 국가로 그중에서 특히 고형폐기물의 소각폐열을 이용한 에너지 생산량이 활성화 되어있습니다. 1990년 후반부터 신규설비가 감소하는 모습을 보여 왔으나 근래 다시 소각정책이 장려되고 있으며 지난 2010년 기준으로 2천 9백만 톤의 생활폐기물이 폐기물에너지 시설이 이용되는 것으로 나타났습니다.

유럽 국가들의 경우 소각시설에서 폐열을 회수하여 증기를 생산하는 높은 수준의 원천 기술들을 보유중이며 동유럽 국가들의 경우 매립금지 등의 폐기물 정책으로 폐기물 소각시설이 점차 증대하고 있습니다. 또한 폐기물 고형연료 생산을 통해 석탄화력 발전소에서 보조연료로 사용되거나 시멘트 제조공장의 보조연료로 사용되는 경우가 많으며, 고형연료의 수출을 통해 국가 산 고형연료의 거래도 활발하게 이루어지고 있습니다.

일본 역시 1970년대 이후 가장 많은 소각로를 건설하면서 세계에서 가장 높은 소각시설 보유국으로 생활폐기물의 90%를 1만 여개가 넘는 소각시설에서 소각 처리되고 있으며, 생활폐기물 고형연료화 시설 또한 70여개가 가동 중에 있습니다. 뿐만 아니라 폐기물 가스화 기술이 유럽과 함께 가장 발전한 국가로 폐기물 가스화플랜트가 다수 상업 운전 중에 있는 상태입니다. 다만 열분해 유화 플랜트의 경우 현재 경제성 및 원료 수급 문제로 가동되고 있는 공정은 거의 없는 것으로 나타나고 있습니다.

 

-한국에너지공단 신재생에너지센터

-한국에너지기술연구원(http://blog.naver.com/energium/220460472061)

-2014년 신재생에너지 백서

-2014년 신재생에너지 산업/보급 통계

-한국에너지(http://www.koenergy.co.kr/news/articleView.html?idxno=83181)

 

-그림 1: 2014년 신재생에너지 보급 통계, 원별 생산량 비중

-그림 2: 2014년 신재생에너지 백서, 전 세계 폐기물에너지 시장 전망

(출처 : 한국 에너지 공단 상상에너지 공작소)

바이오 에너지

1. 개념

바이오에너지는 유기성 생물체를 총칭하는 바이오매스(Biomass)를 직접 또는 생화학적, 물리적 변환과정을 통해 액체, 가스, 고체연료나 전기, 열에너지 형태로 이용하는 화학, 생물, 연소공학 등의 기술을 말합니다. 주요 바이오매스 자원으로는 버드나무, 아카시아 같은 나무들과 사탕수수, 고구마, 옥수수 등의 초본식물, 그리고 수생식물, 해조류, 조류, 광합성세균 등이 있으며 음식물쓰레기, 축산폐기물과 같은 유기성 폐기물들도 자원으로 사용하여 연료화가 가능합니다.

신재생에너지 바이오에너지 신재생에너지 종류2

이러한 바이오매스를 에너지로 전환하는 기술로는 바이오매스를 직접 연소시켜 열을 직접 얻는 방식인 직접연소법이 있는데 변환 기술이 가장 쉬워 널리 이용되고 있는 기술이기도 합니다. 이외에도 열분해, 고압액화, 가스화, 저온가스화, 간접액화 등을 포함하는 열화학적 변환법, 폐수처리에 널리 이용되는 메탄발효 및 알코올 발효 기술을 포함하는 생물학적 변환 방법 등이 있습니다.


2. 특징

신재생에너지 바이오에너지 신재생에너지 종류3

바이오에너지의 특징에 대해 살펴보면 석유 연료에 비해 공해물질을 현저하게 적게 배출하기 때문에 친환경적이라는 점과 원료로 사용되는 바이오매스는 화석연료와 같이 사용 시 없어지는 것이 아니라 재생성을 가지고 있어 원료 고갈 문제가 없다는 장점이 있습니다.

또한 다른 신재생에너지의 경우 생산 가능한 에너지 형태가 열 또는 전기이기 때문에 저장이 어렵다는 문제점이 있지만 바이오에너지는 열과 전기뿐만 아니라 난방 또는 수송용 연료의 형태로도 생산이 가능하여 에너지 사용 측면에서 활용도가 높다는 특징을 가지고 있습니다.

다만 바이오에너지는 아직까지 식용식물을 주원료로 사용하고 있어 원료확보를 위한 넓은 면적의 토지가 필요하고 자원량의 지역적 차이가 크며, 식량부족 문제 등이 발생한다는 점이 단점으로 꼽히고 있습니다. 이러한 이유로 최근에 유기성폐기물과 미세조류 등 비식량계 원료를 기반으로 하는 연료 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있습니다.


3. 국내 바이오에너지 시장 현황

국내에서도 온실가스 배출 및 기후변화에 대한 대응책으로 신재생에너지 보급 확대 정책이 시행되면서 화석연료를 대체할 바이오에너지 산업이 정부의 정책을 통해 지속적으로 성장하고 있으며, 특히 전기와 수송용 연료시장을 중심으로 시장이 활성화 되고 있습니다.

2014년 발표 된 국내 바이오에너지 보급현황을 살펴보면 국내에서 보급 중인 바이오에너지는 유기성 폐기물 혐기소화에 의한 바이오가스(메탄) 및 LFG의 열 또는 발전 이용, 성형탄, 우드 칩 등 고형 바이오연료의 연소에 의한 열 또는 발전 그리고 바이오디젤 등이며 2014년 보급된 바이오에너지는 약 2,821천 toe로 국내 전체 신재생에너지 보급의 24.5%를 차지하였습니다.

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정부는 작년 기존 화석연료(경유)에 바이오 연료를 일정 비율 혼합하도록 하는 ‘신재생에너지연료 혼합의무제도(RFS, Renewable Fuel Standard)’ 시행을 통해 현재 2.5%에 머무르는 혼합률을 3.0%까지 끌어올리면서 지속적으로 바이오에너지 산업 육성 및 활성화를 계획하고 있습니다.

국내에서는 바이오에너지 생산에 활용 가능한 바이오매스 자원이 거의 없기 때문에 에너지화 할 수 있는 바이오매스 원료 및 기술개발 등이 상당히 중요한 가운데 최근 GS칼텍스는 약 500억원을 투입해 국내 최초로 바이오부탄올 생산공장을 착공할 계획을 가지고 있습니다. 바이오부탄올은 바이오에탄올에 비해 에너지밀도가 높아 휘발유와 혼합해 사용시 연비 손실이 적고 엔진 개조 없이 휘발유 차량용 연료로 사용이 가능합니다. 이뿐만 아니라 SK그룹, LG화학 등도 바이오사업에 대한 확대를 밝히면서 기술개발에 힘쓰고 있습니다.

이에 따라 업계에서는 바이오에너지에 대한 연구개발이 더욱 활발해지면서 음식물쓰레기와 각종 폐기물도 처리함과 동시에 에너지 자립도 이룰 수 있을 것으로 예상하고 있습니다, 또한 업계 관계자는 국내 바이오에너지 산업은 아직 초기 단계이지만 지속적인 연구와 지원이 이루어진다면 새로운 신재생에너지원으로서의 역할을 충분히 할 수 있을 것이라고 전망하고 있습니다.


4. 해외 바이오에너지 현황

지난 2011년 기준 바이오에너지는 전체 에너지 소비의 약 10%에 해당하며 OECD 국가들의 경우 바이오에너지 소비의 약 52%가 수송용 연료와 전기에너지로 활용되었고 개발도상국들에서는 열에너지 활용이 약 87%로 매우 높게 나타났습니다. 하지만 열에너지 활용은 태양열, 지열 등의 타 신재생에너지 보급의 확대와 함께 점차 줄어들면서 부가가치가 높은 전기 또는 수송용 에너지로의 활용이 늘어날 것으로 전망되었습니다. 특히 수송용 바이오에너지 연료의 경우 오는 2011년 4%에서 2035년 점유율이 10%에 달할 것으로 예상되고 있습니다.

신재생에너지 바이오에너지 신재생에너지 종류35

세계 바이오에너지 시장은 원료가 풍부한 미국과 브라질, 유럽을 중심으로 형성되어 성장해 왔으나 여러 가지 장애요인이 발생하면서 성장세가 둔화될 것으로 나타났습니다. 미국의 경우 그동안 준비해오던 목질계 바이오연료 생산 공정의 상용화에 대한 어려움으로 2019년까지는 바이오연료 시장 확대가 어려울 것으로 전망하였으며 브라질은 가솔린 가격을 인위적으로 정부에서 통제함에 따라 에탄올의 경제성 확보가 어려워 시장 확대에 어려움을 겪고 있는 것으로 나타났습니다. 또한 EU는 곡물 원료 사용에 대한 논란이 지속적으로 확산되면서 바이오연료 시장 확대가 크게 일어나지 않을 것으로 예측하였습니다.

하지만 이산화탄소 감축을 위한 바이오에너지의 필요성과 기술 발전을 통해 식용식물을 원료로 하는 1세대 바이오연료는 지양하고 비식량 바이오매스원료 생산으로 전환 되어 2020년 이후에는 가파른 시장 성장세가 있을 것으로 분석되었습니다.


– 한국에너지공단 신재생에너지센터

– 2014년 신재생에너지 백서

– 한국에너지기술연구원 : 바이오에너지 [박지수 기자]

– 퓨처에코 : 바이오에너지…”여전히 매력적인 에너지원”

– 뉴스웨이 : 미세먼지 줄이는 ‘바이오에너지’

그림 1, 한국에너지공단 신재생에너지센터

그림 2, 동서발전

그림 3,  「2014년 신재생에너지백서」 산업통상자원부 신 ․ 재생에너지과

그림 4, 「주요국의 바이오에너지 동향」녹색기술센터

(출처 : 한국에너지공단 상상에너지 공작소)

제목 없음-10

바이오디젤, 바이오 에탄올 생산량 추이 및 전망 (2005~2019(예상))

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