바이오 에너지 마을 조성을 위한 제반조건 및 추진전략

바이오 에너지 마을 조성을 위한

제반조건 및 추진전략

국가생명공학연구센터가 2009년 11호로 발간한 전문가리포트에 게재된
[바이오에너지마을 조성을 위한 제반조건 및 추진전략]을 소개한다.
본 리포트는 농촌진흥청 국립농업과학원이 작성한 것이다.

1. 서 론

현재 전 세계적으로 신·재생에너지에 대한 보급 및 연구가 가장 활발하게 이루어지고 있는 부분이 바이오에너지 분야라고 할 수 있다. 온실가스의 감축, 에너지/환경문제의 해결 및 지속가능한 개발을 위한 대안으로 신·재생에너지의 보급은 이미 널리 제시된 정책이기도 하다.

 

 2008년 8월 국가에너지위원회는 1차 국가에너지기본계획(2008~2030)을 발표하여, 2030년까지 태양광에너지, 풍력 및 지열에너지 등 신·재생에너지의 비중을 현재 2.4%에서 11%까지 증대하고 신·재생에너지 설비 및 연구개발에 집중 투자하기로 하였으며, 이 중 바이오에너지 분야도 신․재생에너지 의무할당제(RPS)의 도입 등으로 많은 투자 및 연구개발이 이루어 질 것으로 예상된다.

 

바이오에너지란 바이오매스(biomass)의 직접적인 연소나 생물학적 공정을 통해 얻을 수 있는 재생 가능한 에너지로 목재나 가축분뇨, 농업부산물 등 직접 이용하는 바이오매스 에너지(biomass energy)와 바이오매스를 원료로 휘발유, 경유 등 화석연료를 대체할 수 있는 바이오연료(biofuel)로 구분될 수 있다. 바이오매스는 동·식물 및 미생물로부터 유래한 생분해가 가능한 유기물을 의미하며, 농업부산물과 산업 또는 도시폐기물 중 화석연료로부터 유래되지 않은 생분해가 가능한 유기물을 포함한다(UNFCCC, 2007). 또한 생분해 가능 유기물의 분해과정에서 생산되는 가스 및 액상물질도 바이오매스 에너지에 포함 될 수 있다. 즉 바이오매스는 대체로 광합성을 통해 얻어지는 생분해가 가능한 생물자원으로 정의할 수 있다.

이러한 바이오에너지는 과거 저가의 원유생산 비용 등으로 개발이 저해되어 왔으나 현재 및 가까운 미래의 화석연료의 불안감으로 인하여 국가적 에너지 안보 유지, 저탄소 에너지 해결에 사회·정치적 초점이 되고 있다.  앞으로 이용 가능한 화석연료의 양은 지속적으로 감소되고 이를 대체하기 위한 에너지의 필요성이 높아지며, 온실가스의 증가로 인한 범지구적인 기후변화 및 저탄소 에너지 정책의 대안 중 하나로 바이오에너지 개발의 중요성이 커지고 있다.

2002년 지속가능한 개발을 위한 세계정상회의(WSSD)에서 결성된 유엔에너지(UN energy)는 최근 바이오에너지 보급과 관련된 내용의 보고서를 배포한 바 있다(UN-energy, 2007). 그 내용에 의하면 유기물의 분해과정에서 생산되는 가스 및 액상물질도 바이오매스 에너지에 포함 될 수 있다.  지식경제부의 신에너지 및 재생에너지 개발․이용․보급 촉진법 시행령의 바이오에너지 분야에서는 바이오에너지를 “바이오에너지라 함은 생물 유기체가 연소, 변환되어 생성된 가스, 액체, 고체연료, 열․전기를 포함하는 에너지를 말한다. 다만 바이오에너지가 여타의 석유제품 등 비재생에너지원과 혼합되는 경우 생물 유기체로부터 생산된 부분만을 바이오에너지로 본다.”라고 정의되어 있다. 또한 여기에는 생물유기체로부터 생성되는 바이오가스, 생물유기체를 가공하여 생성된 합성가스, 액화유, 바이오에탄올, 바이오디젤 등 기체, 액체형태의 바이오연료 혹은 이를 연소하여 생성된 에너지원과 재생가능한 생물유기체를 가공하여 생성된 바이오 고형연료 혹은 이를 연소하여 생성된 에너지원이 포함된다고 보고 있다.

멀지 않은 장래 현실화 될 화석연료의 고갈과 세계 경제의 어려움 속에서 재이용 에너지 시장은 미래의 불확실성과 온실가스 의무화라는 가까운 장래예측 등에 따라 경제적 이익과 환경 및 개발과의 조화에 부흥하는 새로운 패러다임을 요구하고 있다. 이에 정부는「저탄소 녹색성장」이라는 새로운 정책적 돌파구를 마련, 이 새로운 패러다임에 대한 정의와 전략적인 추진내용 등이 제시되고 있고, 그 중심에 신·재생에너지의 개발과 보급이 자리 잡고 있다. 이러한 신·재생에너지의 관심은 과거 30여년전부터 증대되었으나, 초기 및 관리 운영비용이 높아 개발과 보급이 쉽지 않았다. 급등하는 유가로 인한 신·재생에너지의 관심이 높아지고 있고, 현재 이용 가능한 자원들을 최대한 활용할 수 있는 기술은 그다지 보급되고 있지 않다. 축산분뇨 및 농업부산물, 음식물쓰레기 등의 혐기성 소화 및 소각을 통한 에너지화는 환경오염의 부하가 높은 해양투기가 금지되는 2012년 이후부터 오염원 처리를 위한 비용을 지불해야하는 대상이 되기 때문에 유기성폐기물의 에너지화는 추가적인 에너지 생산 이용 및 정화처리비용의 절감, 온실가스 감축 등의 많은 장점을 가지고 있다.

 

대체에너지 생산을 위해 이용할 수 있는 바이오매스로는 볏짚 및 보릿짚과 같은 식물체 잔사, 축산분뇨, 음식물쓰레기 등이 있으며, 축산 및 음식물 쓰레기 등의 폐기물 발생량은 연간 5천만톤과 417만톤에 이르고 있다(환경부, 농림부, 2005). 농업 부산물 중 볏짚은 셀룰로스 40%, 헤미셀룰로스 18% 및 리그닌 5.5%를 함유하고 있어 재생에너지 생산이 가능하고, 또한 우리나라 볏짚 및 보릿짚 생산량(농림부, 2001)은 연간 4백9십만톤 및 22만 5천톤에 달한다(신 등 2006). 이와 같이 유기성 폐기물, 섬유소, 식물체 등 바이오매스로부터 생산되는 바이오에너지는 신·재생에너지 중 재생에너지에 포함되는 부분으로 자원이 풍부하며 저렴한 비용으로 조기 양산체제의 실현이 가능하다. 이러한 장점으로 인하여 이미 국외에서는 신·재생에너지 중 바이오에너지를 중심으로 에너지 및 부가가치를 창출하고 있는데, 독일은 바이오매스를 화석연료의 보조연료로 이용하여 막대한 원가절감을 이루고 있고, 스웨덴은 유기성폐기물을 이용하여 바이오가스 생산으로 운송수단에 활용하여 운송연료의 절감 등 부가가치를 높이고 있다. 또한 일본의 조에츠시의 경우 유기성폐기물, 섬유소, 식물체 잔사 등을 이용 바이오매스 타운을 조성하여 바이오매스의 활용을 통한 에너지 자급자족 마을을 구축하여 활용하고 있다(윤 등 2008).

따라서 본고에서는 에너지 자립형 바이오에너지마을 보급 및 활용의 중요성을 제시하고, 바이오에너지마을의 개념과 구성, 국외사례분석을 통하여 향후과제를 제시하고자 한다.

 

2. 바이오에너지 마을의 필요성

정부는 향후 석유와 석탄 등 화석연료를 대체할 새로운 에너지원으로 폐기물, 임목 및 농업부산물과 같은 “폐자원과 바이오매스” 에너지화를 적극 추진할 계획에 있다. 「저탄소 녹색성장」의 핵심인 신·재생에너지원 개발에 집중투자하고, 정부에서는 2020년까지 600개의 저탄소 녹색마을 건설계획을 발표하였다. 그러나 과거 1991년~2006년까지 환경부는 축산폐수 공공처리시설 75개소에 5,800억원, 농림부는 개별농가 처리시설 5만4천 개소에 1조 1천억원의 자금을 각각 투입하여 왔으나 환경부는 정화처리 중심으로, 농림부는 자원화를 목적으로 각 부처간 정책수행상의 이원화로 인하여 효율적인 관리가 이루어 지지 않았다.

선행연구에 의하면 자원화/에너지회수/오염저감을 위한 바이오에너지 생산, 발전시스템 개발연구, 액비화 기술, 폐액 정화처리기술의 개발이 독자적으로 수행되고 상호 연계성이 부족하여 현장적용에 애로사항을 겪고 있다. 따라서 정책추진의 효율성 및 실효성 증대를 위하여 에너지회수를 위한 바이오에너지 생산 및 발전과 환경오염을 저감하기 위한 안정적인 처리공정의 개발을 통하여 자원화/에너지회수/오염저감의 3가지 목적을 동시에 만족할 수 있는 통합형 바이오에너지 활용기술 개발이 요구되고 있다. 이에 따라 바이오에너지 생산, 발전, 고농축액비생산, 폐액정화처리를 통합하여 이를 효율적으로 제어, 관리할 수 있는 total solution의 확보가 절실한 시점이다.

 

따라서 농촌지역내의 폐기물 순환이용을 위한 경종 및 축산농가간 협력모델을 개발하고, 소규모 바이오에너지 마을 개발을 통한 경제적 타당성 조사와 경제성 향상을 위한 농촌마을 개발 모델이 정립되어야 하며, 바이오에너지 이용 개발에 요구되는 에너지화 및 자원화 기술 등의 현장 적용성 평가를 위한 실증연구 기반의 확보가 시급이 요구되고 있다. 이를 바탕으로 바이오에너지 마을의 확산을 위한 정책 개발 및 교육홍보 장소로서의 모델 타운을 개발하여 저탄소 녹색성장의 패러다임에 부흥하는 한국형 에너지자립 바이오에너지 마을 구축이 요구되고 있다.

 

  2.1 에너지 자립형 마을의 정의

마을 단위에서 에너지를 자립하기 위한 수단으로 에너지 절약, 에너지 효율의 극대화, 신·재생에너지의 활용 등이 있다. 에너지 절약은 에너지 자립마을 조성하기 위한 가장 기본적인 사항이며 또 다른 형태의 발전소 효과를 나타낼 수 있다. 에너지 효율 극대화는 에너지 소비가 적은 고효율 기기를 사용하고, 버려지는 전기와 열에너지를 회수하여 건물이나 난방에 이용할 수 있다. 또한 신·재생에너지는 마을 단위 폐기물의 에너지화, 바이오매스, 태양광 및 지열 등을 생산 보급할 수 있다. 이처럼 에너지 자립마을은 에너지절약, 에너지 이용 효율의 극대화 및 신·재생에너지의 극대화를 통해서 마을 단위 에너지 생산 및 공급을 자립할 뿐만 아니라 잉여 에너지를 판매하여 수익을 창출 할 수 있는 마을로 정의할 수 있다(김종일, 2009).

마을 단위에서 에너지 자립도를 증대하려면 에너지를 절약하고, 재생 가능한 에너지를 이용하여 지역에 기반을 둔 분산형에너지 공급시스템을 구축하여야 한다. 절약은 필수 불가결하며, 버려지는 에너지를 회수 할 수 있는 방안을 구축하여 에너지 효율을 향상하고, 지역 차원의 재생 가능한 에너지를 활용하여 환경에 미치는 영향을 최소화 하여야 한다. 에너지에 대한 관리는 국가차원에서 지역 클러스터 개념으로, 나아가 마을 단위의 개념에서 시작해야한다. 마을단위 지역에서 개발하고 이용 가능한 태양광, 풍력 및 바이오매스를 활용한 에너지를 이용하는 것을 특징으로 한다. 즉 특정 범위의 마을 단위 지역의 물리적 자연공간에서 에너지를 생산 공급하는 것으로 설명될 수 있다. 다시 정리하면 지역 및 마을 단위에서 에너지 정책을 수립하고 실행하여야 하며, 에너지 절약과 효율향상, 지역 자원을 활용한 재생가능한 에너지 생산 확대 등을 통해 로컬에너지(Local energy)를 이용하는 마을을 에너지 자립형 마을로 정의 할 수 있다.

 

 

Fig. 1. 바이오에너지 마을 개념도

  2.2 바이오매스․일본 종합전략

일본의 바이오매스․일본 종합전략은 2002년 12월 바이오매스의 이용 및 활용을 국가 종합계획으로 진행하기 위하여 7개의 관계부처가 결정하였다. 이 후 2005년 2월 교토의정서가 발효되면서 실효성 있는 지구온난화 대책으로 바이오매스의 활용이 대두되고, 2006년 3월 「바이오매스타운 구상 가속화」와 「바이오연료의 이용 촉진」등의 관점에서 종합전략이 수정 보완되었다.

바이오매스․일본 종합전략의 목적은 지구온난화방지 및 순환형 사회의 형성 및 경쟁력 있는 전략산업의 육성과 농림어업의 활성화이다. 지구온난화 문제는 차세대 풍부한 자원과 아름다운 환경을 후손에게 남겨주기 위해 인류가 신속하게 다루어야 할 가장 중요한 환경문제 중의 하나이다. 2005년 교토의정서가 발효되면서 일본은 1990년을 기준으로 온실가스 배출량에 대해 6%의 온실가스 삭감을 2008년부터 2012년까지 달성할 의무가 있다. 2003년의 온실가스 배출량은 기준년도에 비하여 8.3%가 증가되어 삭감목표치가 14.3%로 증대되었고, 이에 의무이행을 확고히 하고자 2005년 4월 「교토의정서목표달성계획」을 수립하였다. 온실가스 삭감대책으로 바이오매스타운 구축에 의한 바이오매스 이용추진이나 바이오매스 에너지 등 신․재생에너지 도입을 촉진 및 산림경영에 의한 삼림흡수원 대책을 진행하여 교토메카니즘의 추진을 도모하고 있다. 또한 2002년 요하네스버그에서 개최된 「지속가능한 개발에 관한 세계정상회의」에서 채택된 「실시계획」에는 바이오매스를 포함한 재생가능한 에너지에 관한 기술개발, 산업화의 추진 등이 있으며, 바이오매스의 종합적 이활용은 국제적인 합의사항으로 진행되고 있다.

일본은 순환형 사회의 형성을 위해 지금까지의 유한한 자원으로부터 상품을 대량생산하고 이를 소비, 폐기하는 일방통행의 사회시스템을 개선하고, 폐기물 발생을 억제하고 한정된 자원을 유효 활용하는 순환형 사회로의 이행을 강하게 요구하였고, 이에 따라 「순환형사회형성 기본법」에 제시된 이념을 구체화해 나가는 것이 필요하게 되었다. 이 순환형 사회의 형성을 위해 자연으로부터 혜택받은 지속적으로 재생가능한 자원인 바이오매스는 중요한 역할을 하게 되며, 그 종합적인 활용을 통하여 순환형사회로부터의 이행을 가속해 나가는 것이 필요해지고 있다.

 

또한 현재의 일본 경제사회가 1990년대 초반과 비교하여 큰 폭으로 저하되어 있는 산업경쟁력을 재생하는 것이 경제활성화의 열쇠로 받아들이고 있다. 산업이 고도로 발전하고 인구가 집중하는 사회에 있어서 환경문제가 매우 일찍 발생하게 되고 이를 기회로 환경기술, 환경산업의 육성에 솔선하여 대책을 수립해 나가는 것이 필요하다. 이러한 선진적인 대처에 의해 앞으로 경제적 발전을 이룬 국가들의 심각한 환경문제의 해결을 위해 환경의 보전을 꾀함과 동시에 경제적 활성화가 도모되는 사회의 모델을 전 세계적으로 제시해 나가는 것이 필요하다.

바이오매스를 새로운 에너지나 제품에 활용하는 것에 의해 혁신적인 기술, 제품의 개발 및 노하우 축적, 선도적인 비즈니스 모델의 창출 등이 가능해지며, 전혀 새로운 환경조화형 산업과 그에 따른 새로운 고용 창출이 기대될 수 있다. 이 바이오매스 관련 산업을 일본의 전략적 산업으로 하여 육성하여 산업경쟁력을 재구축해 나가는 것이 필요하다.

 

일본은 화석자원이 부족하지만, 아시아 몬순지대에 속해 온난다우한 기후조건으로 자연의 혜택을 많이 받아 바이오매스가 풍부하며, 그 대부분이 농산어촌(農山漁村)에 존재하고 있다. 또한 가축 배설물, 볏짚, 임지잔재(林地殘材)등 농림어업(農林漁業)으로부터 발생하는 바이오매스를 활용하는 것으로 농림어업의 자연순환 기능을 유지 증진하여 지속적 발전을 이루고자 하였다. 더욱이 바이오매스의 활용은 농림어업에 지금까지 식재나 목재의 공급 역할에 더하여 에너지나 공업제품의 공급이라는 가능성을 주는 동시에 하나의 열쇠가 될 수 있는 것이고, 일본전체의 활성화에 연결시켜가는 것을 기대하고 있다. 또한 간벌(間伐) 등의 손질이 부족한 삼림이 보여 지고 있는 가운데, 건전하고 활력 있는 삼림의 육성을 통해 산출된 지역재의 이용은 지구온난화의 방지에 그치지 않고, 국토의 보전, 수자원의 함양 등 삼림이 갖는 다원적 기능을 유지 증진하는 것으로 연결되어 비용으로만 판단할 수 없는 가치가 존재한다고 말할 수 있는 것에 대해 국민의 이해를 증진시키고 있다.

 

  1) 바이오매스 일본 종합전략 책정 후의 동향

정부는 2002년 12월에 본전략을 책정하고 2010년을 목표로 구체적인 목표를 걸고, 목표달성을 위하여 기본적 전략을 정하였다. 그 후 관계부처, 관계기관에게 본 전략에 입각한 바이오매스의 활용 추진을 계획하기 위해 제반시책과 대처를 착실하게 실시하여 왔다.

2002년에는 바이오매스 에너지가 신에너지의 하나로 정의됨과 동시에 「전기사업자에 의한 신에너지 등의 이용에 관한 특별 조치법」이 제정되어 바이오매스 에너지를 포함한 새로운 에너지의 활용이 촉진되었다. 또한 2003년 「휘발유 등의 품질확보 등의 관한 법률」이 개정되어, 자동차의 안전과 배출가스 성상 등의 관점에서 가솔린에 에탄올의 혼합 상한이 3%로 규격화된 것 이외에, 수송용 연료에 있어 바이오매스에서 나온 연료의 이용촉진을 꾀하기 위해, 2004년부터 관계부처의 연계에 의한 실증실험이 실시되고 있다. 그리고 같은 해 시정촌(市町村)이 중심이 되어 지역 바이오매스 활용의 전체계획을 작성하여 실현을 계획하는「바이오매스 종합계획」의 대처가 시작되었다.

 

한편, 바이오매스를 둘러싼 사회적 배경은 주 전략 책정이후 2005년 2월에 교토 의정서가 발효하는 등 실효성 있는 지구온난화방지 대책의 실시가 긴박한 과제로 되었고, 국제 원유가격의 급등 등을 배경으로 화석연료의 의존 저감을 수행할 필요성이 대두되었다. 또한 2005년 4월 각의에서 결정된 교토의정서 목표달성계획에 있어 2010년도 까지 바이오매스 열 이용 원유 환산 308만 kL(수송용 연료에 있어 바이오매스에서 나온 연료 50만 kL 포함)의 도입과 바이오매스 발전의 지속적 증가, 500명 정도의 시정촌 바이오매스 타운 구축을 계획하는 것으로 구성되어 있다. 또한 순환형 사회 구축의 추진을 위해 법체계의 정비나 각종 시책이 강구되어 산업폐기물 등의 사업 활동에 따라 생겨난 폐기물을 중심으로 한 바이오매스의 활용은 상당한 정도로 진전이 되어있다.

기술적 측면에서는 2002년 이후 소규모 분산형 시스템의 개발이 진행되었고, 바이오매스에서 나온 연료의 도입과 바이오매스 플라스틱의 보급을 위한 기술도 기술적 진보되는 등 개개의 요소기술을 매치시켜 나아갈지가 향후 과제로 남아있다.

 

 2) 일본의 바이오에너지 마을 조성 사례(조에츠시)

일본 바이오매스 전략 정책의 일환인 바이오매스타운은 2008년까지 151개가 지정되었다. 현재 가동 중인 바이오매스 타운 중의 하나인 니카타현 죠에츠시는 인구 21만의 소도시로 항만, 서비스업이 발달한 도시이다. 이곳에서는 음식물쓰레기 15,500 톤/년, 슬러지 4,650톤/년, 폐식용류 24,800 ton/년, 식물잔재물 2,000톤/년, 목질계폐기물 3,000톤/년이 발생되고 있다. 음식물쓰레기는 열병합발전소로 이송되어 열을 발생시키고, 발생된 열(heat)은 슬러지(sludge) 건조시설에 공급된다. 건조된 슬러지는 시멘트 원료로 재이용되고, 폐식용유는 바이오 디젤로 생산되며, 기타 바이오매스를 재활용하여 에너지 절감 및 재이용하고 있다. 일본은 “바이오매스타운의 도약” 선언을 채택하여 자원순환형 사회를 구축하기 위해 2010년까지 300개의 바이오매스 타운 건설을 목표로 하고 있다.

 

  2.3 유럽의 바이오에너지마을 추진 사례

  1) 독일 윤데 바이오에너지 마을

독일 니더작센주 괴팅겐 시에 위치한 농촌마을로 9개의 대규모 농장을 중심으로 마을을 형성하고 있으며, 140여 가구에 약 750여명이 거주하고 있다. 800년 정도의 오랜 역사를 가진 전통마을로서 다양한 주민조직과 모임이 운영되고 있다. 1988년 괴팅겐대학교의 “지속가능한 발전을 위한 학제간 연구센터(IZNE)"에서 바이오에너지마을 프로젝트를 구상하였고, 각계 전문가 그룹이 참여하여 여러 후보지를 선정한 뒤 최종적으로 윤데마을을 선정하였다. 배경으로는 괴팅겐시에 인접하여 도시와 농촌의 교류가 가능하고, 농경지와 산지에서 충분한 양의 바이오매스를 확보 가능하며, 다양한 주민조직이 운영되어 협동적 프로젝트가 이루어 질수 있다는 부분이 선정 사유가 되었다. 마을 농가에서 발생하는 밀, 옥수수, 해바라기 등의 건초, 가축분뇨를 발효하여 생산한 바이오가스(메탄, CH4)를 원료로 2005년 바이매스 열병합 발전소를 건설하여 연간 5,000MWh의 전력을 생산하여, 마을에서 소비하는 약2,000MWh/년의 전력을 제외한 잉여 전력을 판매하여 수익을 창출하고 있다. 또한 전력 생산과정에서 발생하는 열과 온수는 6km 정도의 배관망을 통하여 각 가정으로 공급하여 난방에너지를 절감하고 있다. 이를 통하여 독일 윤데마을은 지역자본으로 발전소를 건설·운영하여 석유나 석탄에 종속되지 않는 에너지 자립을 확보하였고, 에너지 비용절감 및 부산물 재활용으로 경제적 효과를 얻었으며, 추가적으로 년간 3,300tonCO2 정도의 온실가스를 저감하여 세계적으로 유명한 에너지 자립마을의 명성을 얻고 있다. 또한 메탄가스 발효 이후 발생하는 부산물을 유기비료로서 활용하여 유기농업의 기반을 마련하였고, 도시민의 이주가 늘어 농촌과 도시가 공존하는 형태로 발전하고 있다.

 

 2) 오스트리아 무레크(Mureck)

무레크는 오스트리아 동남단 슬로베이나 국경에 위치한 인구 1,700여명 규모의 마을이다. 위치적으로 슬로베니아 국경을 인접하고 있어 에너지 및 식량 자급이 필요하였고, 1980년대 중반 곡물가격이 떨어져 정부보조금을 받아 잉여농산물을 수출하는 것보다 에너지 농업을 추구하는 것이 유리하다는 판단하에 농민들이 유채농사를 시작하였고, 바이오디젤을 생산하여 트렉터용으로 이용하였다. 정부보조금 30%와 농민들의 투자금으로 바이오디젤회사를 설립하고, 이후에도 농민들이 참여하는 지역난방회사 및 바이오가스회사 등을 설립하여 상업화와 수익성을 개선하였다.

 

바이오디젤회사는 마을에서 약 30km 떨어진 그라츠시의 가정과 식당에서 수거한 폐식용유를 정제, 바이오디젤을 생산하여 마을의 자동차 연료로 공급하고, 잉여분은 판매를 통하여 수익을 얻었다. 지역난방회사는 인근 숲에서 간벌한 잡목과 포장회사에서 쓰고 남은 목재 등을 이용하여 열병합발전을 하고 관로를 이용하여 마을에 난방에너지를 공급하였다. 이렇게 바이오디젤, 지역난방 등의 회사에서 생산되는 에너지는 152천MWh로 무레크 마을의 에너지 자립도는 170%에 이른다.

 

표 1. 무레크시의 바이오에너지 생산현황

출처) 에너지 자립마을 조성과 지역 활성화 전략, 김종일, 2009

 

  2.4 국내 수준

국내의 신․재생에너지 이용 수준은 0.7%로 일본의 2.2%, 미국의 2.6%에 비하여 극히 미비한 수준이다(IEA, 2005). 현재 가축분뇨 및 음식물쓰레기를 바이오가스 에너지화를 위한 메탄가스 생산시설은 덴마크형 고온 혐기성 소화, 독일형 중온 혐기성 소화, UASB형 소화기술이 개발되어 운전되고 있다. 그러나 규모의 대형화와 혐기소화액의 처리문제는 경제성 향상을 위한 중요한 요인으로 인식되고 있기 때문에 에너지의 회수보다 정화처리에 초점이 맞추어져 왔다. 우리나라의 축산분뇨의 경우 신고대상 이하의 소규모 축산농가에서 배출되는 축산폐수를 공동으로 처리할 수 있도록 1991년부터 국고지원사업으로 축산폐수 공공처리시설 설치사업을 추진하고 있다. 기존의 축산폐수처리방법은 혐기성 소화, 액상부식, 호기성소화, 자연처리법 등 다양하나, 처리효율이 높지 않고, 질소 및 인의 방류수수질기준 강화로 최근에는 생물학적 질소 및 인 제거공법이 적용하는 추세에 있다. 그러나 기존의 혐기성소화공정이나 최근 도입되는 호기성 질소 인 제거공정은 각각 여러 가지 환경문제 및 악취문제가 발생하고 있어 이에 대한 대책이 시급한 실정이다.

가축분뇨 액비화 및 퇴비화 기술은 확립되어 있으나 액비 살포시 악취문제로 인한 민원문제가 발생되기 때문에 경종 및 축산 농가간 협력 모델을 통한 농촌개발과 연계가 필요하고, 가축분뇨의 80% 가량이 퇴비화로 처리되고 있으며, 퇴비화 과정 중 아산화질소(N2O)의 발생으로 기후변화에 대한 온실가스 감축노력과 배치되고 있다.

 

표 2. 국내 연구현황(바이오가스 발전)

  2.5 바이오에너지 마을 조성을 위한 고려사항
  바이오에너지마을 조성시 입지는 축산폐수 처리시설, 매립시설 등이 설치되어 있는 곳을 우선적으로 검토할 수 있다고 알려져 있다. 또한 계절에 따른 발생량의 차이 등 수거 및 운반, 통합처리의 한계를 감안하여 계획하여야 한다. 이와 연계하여 유기성폐기물 처리시설의 현황 및 자원분포에 따라 바이오에너지 마을의 건설을 추진하여야 하며, 입지 타당성을 우선적으로 검토하고, 지원체계의 구축여부가 중요한 인자로 작용된다. 또한 국내 유기성폐기물의 성상, 경제성, 환경성, 시설운전의 안정성을 감안하여 국내 적용 가능성을 검토하여야 하며, 적합한 기술을 선정하고 운영 시스템을 제시하여야 한다.

 

바이오에너지마을의 사전조사 및 부지선정은 입지조건을 자세하게 파악하고, 혐기성 발효시스템의 적용성의 검토, 시스템 규모의 결정, 각 설비나 시공 방법 및 장래의 관리를 하기 위하여 필요한 기초 자료를 확보 검토하여야 하며, 설계/시공/유지관리까지 포함할 수 있는 계획성 있는 조사를 실시하여야 한다. 지역의 개요조사는 계획, 설계의 전제조건으로서 혐기성 발효 시스템의 적용성 검토를 하기 위한 것이며, 기존의 자료로부터 얻어지는 정보를 검토, 정리하여야 한다. 지형 및 지반조사는 혐기성 발효시설의 건설 예정지 및 그 주변에 대한 자료수집 및 현지조사에 의하여 지형조건, 지반조건을 파악하고, 합리적인 시설 계획 입안에 반영하여야 한다. 기상조건은 혐기성 발효시스템의 적용성 검토, 시설계획, 설계 및 관리계획 등에 많은 부분 관계되기 때문에 기존 자료의 수집, 정리와 동시에 현지조사에 의하여 현지의 실정을 충분히 파악하여야 한다. 주변 환경조사에는 혐기성 발효 시설의 설치가 주변주민의 생활환경이나 자연환경에 악영향을 미치지 않도록, 지역의 장래계획이나 시설 건설예정지 주변의 환경조건을 충분히 조사하여야 한다. 또한 처리 방법별 환경에 대한 영향을 평가하고, 적절한 대책을 검토하여야 한다. 바이오매스의 배출에 대한 조사는 현지조사 및 청취 조사에 따라 혐기성 발효 시스템의 적용성이나 규모, 방식의 검토가 적절히 이루어 져야한다. 생물유래 바이오매스의 부존량 조사에서는 처리방식에 따라 이용이 가능한 바이오매스를 자료 수집하여 각종 처리방식의 규모 및 혐기발효 시스템의 적용성을 검토해야 한다.

 

표 2. 바이오에너지마을의 입지 타당성 검토시 고려사항

       출처) 축산폐수공공처리시설 설치 및 운영 관리지침(환경부)

 

 

그림 3. 바이오에너지마을 조감도(농촌진흥청)

 

3. 바이오매스의 통합관리체계 구축방안

자원순환형 사회를 이루기 위해서는 생태계에 대한 영향을 최소화하고 자원을 적절하게 분배이용 되는 것이 필수적이다. 선진국에서도 생활쓰레기에 대하여 소각 및 직매립을 금지하고 있어 발생원부터의 폐기물을 저감하기 위한 각종 제도 및 정책들이 구상되고 있고, 발생 후의 감량화 및 자원화하는 기술 및 시스템의 개발에 노력을 기울이고 있다. 음식물쓰레기는 생활쓰레기의 25% 이상을 차지하고 있으며 함수율이 높아 처리의 한계성을 가지고 있다. 이러한 음식물을 체계적으로 자원화하기 위해서는 최종 생산되는 자원의 수요와 공급이 균형을 유지하는 체계의 구축이 필요하다. 특히 바이오매스로 대표되고 있는 유기자원의 순환에 대해서 농업과 환경분야가 연계되어 자원순환기술의 확립에 노력하여야 한다. 바이오매스의 순환이용을 촉진하기 위해서는 환경농업운동과 같은 인식의 전환이 필요하며, 또한 효율적이고 사용이 간편하고 안전한 퇴비의 생산이 지속적으로 이루어져야 한다. 지금까지 한 분야에서 일방적으로 연구되어진 부분을 상호보완적으로 체계화하여야 한다. 또한 자원순환형 사회를 큰 틀 안에서 지역 내에서 발생하는 유기자원에 대하여 그 지역에서 자원화하고 소비를 촉진하는 형태로 유도되어야 한다. 따라서 바이오에너지 마을 개발 대상의 지역 주민의 자발적 참여를 통한 목표 설정과 지역 내 자원 재순환의 목표가 설정되어야 하고, 바이오가스 개발을 통한 지역 내 가축분뇨 및 유기성폐자원의 처리방법을 개선하고, 퇴비 및 액비 자원이용 계획 수립과 현장 실증연구를 통한 가이드라인을 지역사회와 지자체, 대학 및 기업 등과 연계한 공동추진 협력체계의 구성이 요구된다. 또한 바이오에너지 마을 개발에 필요한 이용 가능한 기술체계를 분석하여 유기물 부하량과 에너지 생산방법에 적합한 발전시스템의 도입 및 혐기소화액의 안전성 평가 등의 활용기술을 개발하고, 친환경 지열에너지 냉난방 이용 및 열원 공급시스템, 경영비 절감과 환경보전 효과분석 등이 함께 고려하여 농촌지역의 에너지 절감기술의 평가와 바이오에너지 마을의 자원재순환 및 에너지 자립도 평가체계를 구축하여야 한다.

 

바이오에너지마을의 통합관리체계를 구축하기 위하여 사업주체는 바이오에너지마을 개념을 적용한 마을단위 바이오에너지 이용 및 자원순환 모델을 개발하여 마스터플랜을 작성하고, 친환경 지열 등 신·재생에너지 활용기술, 지역 내 물질 및 에너지수지, 토지이용계획 수립과 물순환체계를 확립하고, 기술평가 체계 및 바이오에너지 마을의 경제성 및 온실가스 감축효과 등을 분석하여야 한다. 대학 및 기업은 마스터플랜에 따른 바이오가스 에너지와 시설의 설계와 사업규모에 적합한 시설의 설치 및 운전, 설계인자를 도출하고, 부존 바이오매스에 대한 이용 가능한 기술체계의 분석이 이루어져야 한다. 지역 주민 및 협의체, 지자체는 경종/축산 농가간 협의체 구성과 사업추진 방식을 결정하여야 하며, 향후 가축분뇨 자원화사업, 신·재생에너지 개발 사업 등의 사업규모를 발전시킬 수 있도록 노력하여야 한다.

 

 

그림 4. 가축분뇨 바이오에너지 개발 및 자원순환 체계

 

4. 시사점 및 기대효과

 4.1 바이오에너지마을의 문제점 및 기대효과

바이오에너지마을의 가장 큰 문제점으로 제기되는 부분은 지역민들의 인식 및 참여부족을 들 수 있다. 선진국들의 과거 성공사례를 보면 이미 2005년 이전부터 지역 자체적으로 움직임이 있었던 곳으로, 지역민의 적극적인 참여여부가 사업의 진행상에 가장 중요한 부분이다. 또한 전 세계적인 경제위기로 인하여 정부 및 지자체의 재정문제로 인한 사업의 지연이 우려되며, 경제성 있는 모델 개발을 위하여 민간기업의 참여와 지자체의 적극적인 참여 유도를 위하여 축분활용 모델을 개발하고 각종 지원대책이 필요하다. 또한 여러 부처에 걸쳐 있는 각종 규제와 법규 등 폐기물 관련 규제가 많아 공장설립, 바이오매스 운반 및 수집, 처리, 에너지화, 이용, 판매에 이르기까지 많은 규제를 받고 있다.

 

바이오에너지마을의 성공을 위한 가장 큰 개선부분은 지자체, 주민(단체), 사업자 등 3자의 협조와 적극적 참여를 유도하는 것이다. 이를 위해서는 민간주도로 지역주민의 참여도를 극대화하고 지자체, 특히 단체장의 추진의지가 높은 곳을 사업대상지로 선정하여야 한다. 또한 참여하는 기업체의 사업내용 등이 경제성 있는 모델을 갖춘 대상지를 선정하여야 한다.

바이오매스의 발생량 및 활용 자원량에 대한 실측조사가 필요하다. 본인이 조사한 일본의 마니와 지역 등에서는 바이오매스 자원에 대한 통계자료를 3년마다 실측 조사하고, 5년 후 구체적 검증 작업을 수행하여 지역 내 바이오매스 부존량 및 이용율을 구체적으로 모니터링하고 있다. 일본의 바이오매스타운 사업은 선정시 가장 크게 고려하는 부분이 지역 내 부존자원 중 폐기물계 바이오매스의 90% 이상, 미이용 바이오매스의 40% 이상 활용을 목표로 달성 가능한 지역을 선정하고 있다.

 

사업 선정시 지자체(단체장)와 지역주민의 참여의지를 반드시 고려해야 한다. 2009년 2월 현재 일본의 바이오매스타운으로 공표된 172개소 중 정상 운영되는 곳은 10곳 미만으로 파악되고 있다. 나머지 대부분이 정상운영 되지 못하는 이유는 경제악화 및 지자체의 적극적인 지원과 관심부족 그리고 지역민의 자발적인 참여 및 문제의식의 부족으로 판단될 수 있다. 일본 마니와시의 경우 민간차원에서 경제성 있는 산업으로 추진이 가능해도 사업자간 연계가 원활하지 않아 사업화가 미진하였으나, 시 통합 및 정부의 바이오매스타운 시책에 따라 사업자간의 연계로 활성화 되었다. 따라서 민간사업자가 참여하는 모델개발이 이루어져야 하고, 이에 따라 장기적이고 지속적인 바이오에너지 마을 운영이 요구된다. 실 예로 지역실정에 맞는 축분과 음식물쓰레기 등의 통합처리를 통한 폐기물 처리비용, 매전수익, 퇴비 및 액비의 판매, 관광 상품화 등을 묶어 운영하는 것이 바람직할 것으로 생각된다. 또한 폐목재와 유채(BDF)를 접목한 모델로 펠렛 판매, 매전수익, 바이오디젤 등이 활용 가능하다.

 

각종 규제의 완화와 부처가 조율, 세제혜택 등의 지원이 필요하다. 일본의 경우 바이오매스타운 추진에 6개 부처가 관여되어 다소 복잡한 부분이 있지만, 큰 정리를 농림수산성에서 담당하여 사업이 진행된다. 우리나라의 경우 부처별로 유사한 사업이 각각 진행되고 있으며, 사업에 관련된 규제와 법규는 각 부처에 걸쳐있어 사업의 진행에 어려움이 있을 것으로 예상된다. 또한 사업 활성화를 위한 정책적 지원으로 바이오가스 등 바이오에너지에 대한 발전차액 현실화 등의 지원 및 세제혜택 등으로 저탄소녹색성장을 유도해야 할 것으로 판단된다.

새로운 경종/축산 협력모델의 확산으로 바이오에너지마을의 농촌지역 확산을 유도하여 가축분뇨에 의한 온실가스 배출저감을 달성할 수 있으며, 농촌지역의 에너지 효율성 극대화를 통한 농업경영비의 절감효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다. 또한 바이오에너지마을 설계 및 평가 지침서 개발을 통하여 향후 정책 추진에 활용되어 바이오에너지 마을 설계 평가기술의 매뉴얼 등에 활용되어야 하며, 농업인 및 지자체 담당자 등 국민의 홍보 및 교육지원 체계를 구축하여 저탄소 녹색성장에 부흥하는 농촌지역 활력화 사업의 모델이 되어야 할 것이다.

 

 

 

5. 참고문헌

1. 김금모, 바이오에너지와 바이오가스플랜트 기술현황, 공업화학전망, 11(3), 2008.
2. 김종일, 에너지 자립마을 조성과 지역활성화 전략, 리전인포, 157, 2009.
3. 김지성, 농촌마을 신재생에너지 활용방안, 농어촌과환경, No. 97, 2007.
4. 김혜란, 권혁수, 신재생에너지 생산․활용기반 구축을 위한 에너지클러스터 조성방안, 2008.
5. 농림부, 가축분뇨 발생량 및 자원화 현황, 자원순환농업팀, 2006.
6. 박준호, 유장호, 이혜경, 바이오매스타운 조성을 위한 제반조건에 관한 고찰, 유기물자원화, 16(4),

    2008.
7. 배재근, 바이오매스 & 바이오가스화 기술, 도서출판 아진, 2008.
8. 배재근, 폐기물 Zero 친환경 녹색마을 조성, 환경미디어, 2008.
9. 신중두, 소규호, 남재작, 이정택, 김충회, 조강제, 최홍림, 이명선, 농업관련 바이오매스를 이용한 신

    재생에너지 전환기술 방향, 14(4), 2006.
10. 윤희철, 김현배, 정현태, 박은별, 바이오매스를 이용한 Renewable Energy Park 추진구상, 유기

     물자원화, 16(4), 2008.
11. 이유진, 이승지, 김희선, 에너지자립마을 만들기 가이드북, 전국지속가능발전협의회, 2008.
12. 진상현, 사회생태자본 기반한 대안적 지역발전모델, 한국정책학회보, 16(4), 2007.
13. 홍성구, 바이오매스의 활용전략, 농어촌과 환경, 95, 2008.
14. 환경부, 폐기물에너지화 종합대책, 2008.
15. BBSRC(Biotechnology and Biological Science Research Council) review paper, 2006.
16. Huber, G. W., Iborra, A. Corma. Synthesis of transportation fuels from biomass : 

     Chemistry, catalysists and engineering, Chemical Reviews, 106, 2006.
17. UN-Energy, Sustainable Bioenergy : A Framework for Decistion Makers, United Nations,

     2007
18. UNFCCC, United Nations Framework Convention on Climate Change, http://unfccc.int

(* 자료 출처 : 국가생명공학연구센터)