바이오에너지 (1)

□ 최근 화석 연료의 과다 사용에 따른 자원 고갈 및 환경오염에 대한 우려가 증가함에 따라 자연과 공존하며 안정적으로 발전하자는 지속 가능한 발전 (sustainable development)의 개념이 화두가 되고 있으며, 특히 선진국 중심으로 환경오염 및 온난화 문제를 해결하기 위해 화석 연료의 사용에 대한 규제를 강화하고 환경친화성이 높은 신재생에너지의 보급을 확산하려는 정책이 입안되고 있는 실정이다.

□ 다양한 신재생에너지원 중 식물로 대표되는 바이오매스로부터 생산되는 바이오에너지는 여타의 재생에너지와는 다른 특성을 가지는데, 바이오에너지는 무형의 에너지(예 : 열, 전기 등)를 생산하는 다른 재생에너지(풍력, 태양광 태양 열 등)와는 달리 형태를 갖는 에너지(기체-메탄, 수소; 액체-메탄올, 바이오디젤; 고체 연료 등)를 생산하므로 에너지 저장성이 매우 뛰어나다.

□ 특히 국가에너지의 97% 이상을 해외에 의존하고 있으며 유사시 에너지 공급라인을 보장하기 어려운 우리나라의 입장에서는 향후 에너지의 안정 확보 및 자립 달성이라는 측면에서도 바이오매스와 같은 천연자원으로부터의 재생에너지 생산기술 개발은 추진되어야 한다.

□ 식물로 대표되는 바이오매스로부터 생산 가능한 바이오에너지는 다른 신재생에너지원과는 달리 생체 내에 저장된 화학에너지를 에너지로 이용하는 특징을 가지고 있다. 따라서 기존의 석유, 석탄, 천연가스 등의 화석에너지와 동일한 형태로 이용 가능하다. 다만 일단 사용하면 재생이 불가능한 화석계 연료와는 달리 바이오에너지의 원료인 바이오매스는 재생성을 가지므로 자원의 고갈 문제가 없다는 장점이 있다. 또한 바이오에너지를 사용할 때 발생하는 이산화탄소는 원료인 바이오매스가 자라는 과정에서 다시 흡수되므로 전주기(life cycle) 측면에서 분석하면 이산화탄소의 배출 효과가 매우 낮다는 장점도 있다.

□ 바이오에너지는 석탄과는 달리 중금속 및 다른 유해물질을 포함하고 있지 않으며, 사용시 발생하는 이산화탄소가 식물이 성장할 때 흡수되어 대기 중 CO2 농도 증가에 기여하지 않는 CO2-neutral 에너지로 국제 사회에서 인정받고 있다.

□ 바이오에너지의 생산 원료인 바이오매스는 유기성 폐기물, 농·임산 부산물과 에너지 생산 목적으로 경작된 에너지 작물 등으로 매우 다양하다. 이러한 바이오매스는 각각 다른 물리 화학적 특성을 가지므로 원료 특성에 맞는 에너지 전환 기술이 적용되어야만 에너지 생산 효율을 높일 수 있다. 대표적인 바이오매스의 종류와 각 원료별 적용되는 바이오에너지 생간 기술을 [그림 1]에 나타냈다. [그림 1]에 나타낸 바와 같이 동일한 원료에 대해서도 각각 다른 전환 기술을 적용하면 다른 형태의 에너지를 생산하게 된다. 특히 바이오에너지 기술에서는 다른 신재쟁에너지원이 생산하지 못하는 수송용 연료를 생산할 수 있어 다른 재생에너지원과 보완 관계를 갖는다.

바이오에너지 기술의 개념도

□ 바이오에너지는 앞에 언급한 장점뿐만 아니라 원료인 바이오매스 자원 부존양도 매우 커서 전 세계 재생에너지 보급 중 비중이 약 80%로 절대적인 위치를 차지하고 있으며 2050년경에는 전 세계 총 에너지 소비량의 15%를 차지할 것으로 전망되었다. 따라서 이를 활용한 바이오에너지기술 개발에 대한 연구 및 보급 활성에 대한 지원이 국내외에서 활발하게 진행되고 있다.

□ 바이오에너지 사업의 범위는 에너지작물 생산, 바이오연료 생산요소 기술개발, 바이오연료 생산 공정 개발, 바이오연료 생산 연계 바이오정유공장 기술개발 등을 포함한다. 에너지작물이란 식량자원이 아닌 에너지 생산만을 목적으로 한 작물을 의미하며 유전자 조작 등을 통한 적극적인 품종 개량이 요구되나 이러한 GMO 관리기술 또한 중요한 요소로 작용한다.

□ 바이오연료 생산 요소기술이란 바이오연료를 생산하기 위한 각 단계별 기술을 의미하며 이러한 기술을 조합하여 최적화함으로써 바이오연료 생산 공정이 완성된다.

□ 바이오연료 생산 연계 바이오정유공장(biorefinery)이란 석유화학공업과 같이 바이오연료 생산과 더불어 다양한 종류의 고부가가치의 제품을 생산하는 것을 의미한다. 이러한 기술은 바이오연료의 경제성을 높이고 기존의 화석연료와의 경쟁력을 높일 수 있는 중요한 부분이다.

□ 최근에 세계 각국은 고유가 시대 대비와 온실가스 저감화를 위해 환경친화적인 바이오에너지 개발에 대한 심혈을 기울이고 있으며, 우리나라에서도 연료용 바이오에너지의 생산 필요성이 증가하는 추세이므로 다음과 같은 세부 단위 기술의 융합이 필요하다고 생각된다.

- 저비용/친환경 재배 적응형 바이오매스 원료 확보를 위한 작물 육종 및 생산 체계 확립

- 고역가 효소, 내열성 및 내에탄올성, 그리고 바이오매스 기질 적응 효모균주 개발 및 배지 최적화

- 바이오 에너지 대량 생산을 위한 바이오매스 전처리, 연속발효 공정개발 및 전 공정의 경제성 검토

- 무수에탄올 생산을 위한 고효율 저비용 분리·정제 기술 개발

- 산화안정성, 저온유동성 등 품질 향상을 위한 반응 공정 최적화 및 첨가제 등의 개발