[지속가능효성] 수소만 있을까? 또 다른 미래 에너지, 바이오 에너지

 

현재 바이오 에너지 시장 규모는 연평균 약 5%씩 꾸준히 성장하고 있습니다. 2011년에는 2,820만TOE에 불과했지만, 2018년에는 4,695만 TOE까지 올랐고, 2025년에는 6,543만 TOE, 2030년에는 10,043만 TOE에 이를 것으로 전망하고 있습니다. 지난달 우리 정부도 바이오 디젤의 혼합의무율을 3.5%로 상향 조정했는데요, 전 세계적으로 점차 활용도가 높아지고 있는 바이오 에너지는 무엇이고 왜 중요해지고 있을까요?

 

※ TOE(Ton of oil equivalent, 석유환산톤): 모든 에너지에 공통적으로 적용될 수 있는 에너지 단위로, 석유 1톤의 발열량 1,000만Kcal를 1TOE로 정의.

 

 

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왜 중요한가

 

바이오 에너지는 살아있는 생물체로부터 생겨나는 에너지로, 바이오매스(Biomass)를 직접 또는 생화학적, 물리적 변환 과정을 거쳐 액체(바이오에탄올, 바이오디젤 등), 기체(메탄, 바이오 합성가스 등), 고체(목재 펠릿, 칩, 반탄화 연료 등) 연료로 변환하거나 이를 연소하여 열, 전기 등의 형태로 이용합니다.

 

 

바이오매스는 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체•균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체를 말하는데요, 쉽게 말해서 썩을 수 있는 모든 물질을 지칭하며 그 종류가 매우 다양하지만 바이오매스의 근원은 식물이라고 할 수 있어요.

 

바이오 에너지의 장점을 세 가지로 정리하면, 첫째는 원료의 재생성에 있습니다. 석유나 석탄과 같은 화석원료는 한 번 사용하면 없어지지만 바이오 에너지의 생산원료인 바이오매스는 무한히 재생할 수 있어 원료의 고갈을 걱정할 필요 없습니다. 둘째는 친환경이라는 것인데요, 바이오 에너지는 화석원료보다 공해 물질을 현저히 적게 배출한다는 것입니다. 마지막으로 다양한 형태로 생산이 가능하다는 것입니다. 바이오 에너지는 열, 전기뿐 아니라 연료의 형태로도 생산할 수 있어 에너지 사용 측면에서 활용도가 높습니다.

 

이처럼 바이오 에너지가 중요한 이유는 우리 산업의 근간이 되고 있는 내연기관을 단번에 전기나 수소를 이용할 수 있게 바꿀 수 없는 과도기에 있기 때문인데요. 기존에 이용하던 내연기관의 수명을 연장하면서도 탄소 배출을 최소화할 수 있는 가장 현실적인 대안이 바로 바이오 에너지인 것입니다.

 

 

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무엇으로 만들까

 

바이오 에너지에 관해 이야기할 때 생산 원료인 바이오매스를 빼놓을 순 없겠지요. 이 모든 장점은 원료의 특성에서 나오는 것이기 때문입니다.

 

 

바이오매스는 대두, 옥수수와 같은 1세대, 억새나 폐목재 등 목질계의 2세대, 해수나 담수에 분포하는 조류의 3세대, 그리고 최근 이산화탄소 포집•저감이 연계된 첨단 생물변환 기술을 바탕으로 개발된 작물의 4세대로 구분됩니다.

 

1, 2세대 바이오매스는 한계를 안고 있어요. 1세대 바이오매스는 공정이 간단하고 생산비용이 저렴하나 넓은 경작지가 필요하고 곡물 가격 폭등의 우려가 있죠. 2세대 바이오매스는 비식용•재활용 원료를 이용하지만, 전처리 과정이 복잡해 효율성이 떨어집니다. 그러나 3세대에 속하는 해양 미세조류는 대기나 해수 중의 이산화탄소와 물, 태양광을 에너지원으로 삼기 때문에 대규모 경작지가 필요 없고, 이산화탄소 저감에도 기여할 수 있어 기존 바이오매스를 대체할 새로운 원료로 주목받고 있습니다. 특히 지질(脂質) 함량이 높고 번식과 성장이 빨라 기존의 바이오매스에 비해 생산성이 월등히 높다는 장점이 있어요.

 

 

그렇다고 지금 1세대의 바이오매스를 사용하지 않는 것은 아닙니다. 국가와 지역적 특징을 고려해 바이오매스를 활용하고 있어요. 미국은 옥수수를, 브라질은 생산량이 풍부한 사탕수수를, 동남아시아 국가들은 카사바를 주로 활용합니다.

 

 

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우리는 어떻게 활용하고 있을까

 

우리나라는 2006년부터 정부와 정유사와의 자발적 협약을 통해 수송용 연료(경유)에 바이오디젤 0.5%를 혼합하는 신재생에너지 연료 의무혼합제도(RFS)를 도입했습니다. 2013년 7월 신재생에너지법 시행령을 개정하면서 2015년 7월부터 2017년까지 바이오디젤 혼합 비율을 2.5%, 2018∼2020년은 3.0%를 디젤에 혼합하도록 했고, 앞서 말했듯 지난달 혼합률을 3.5%까지 올렸으며 5%까지 높이는 것을 목표로 하고 있습니다.

 

바이오디젤 생산을 위한 여러 기술도 개발되고 있는데요, 지난해에는 버려지는 폐지나 택배 박스 등 나무의 부산물로 만들어지는 목질계 바이오매스를 이용해 바이오디젤 원료를 2배 더 생산할 수 있는 미생물을 개발하기도 했습니다.

 

 

목질계 바이오매스를 원료로 바이오디젤 원료를 생산하기 위한 미생물 개발 출처: 한국과학기술연구원(KIST)

 

다만, 바이오에탄올의 경우 많은 노력에도 아직 법제화가 되지 않아 활용이 미비한 상태인데요, 바이오에탄올의 원료가 대부분 곡물이기에 생산을 위해 전량 수입에 의존해야 하는 우리나라의 특성상 쉽지 않은 일이긴 합니다. 하지만 기존 휘발유에 10% 에탄올을 혼합하는 E10 연료사용 시 온실가스를 150만 톤 감축 가능하다는 2019년 시카고 대학의 연구 결과로 볼 때 극복해야 하는 기술임은 분명해 보입니다.

 

 

우리는 탄소 제로와 온실가스 감축의 필요성을 충분히 이해하고 있습니다. 하지만 온실가스 배출이 없는 사회를 만들기 위해 어떤 단계를 거쳐야 하는지는 정확한 청사진을 그려놓지 못하고 있는 것 같아요. 수소 사회를 꿈꾸는 우리의 미래, 단숨에 뛰어넘기보단 그 전에 바이오 에너지라는 단계를 먼저 거쳐야 하는지도 모르겠습니다.

 

 

참고자료

경제정보센터 <해양 미세조류를 이용한 바이오디젤 2019년 상용화>
한국에너지기술평가원 <에너지기술정책 Brief 2020.05월호 [Vol.7]>