음식물 쓰레기가 에너지로 변신

고순도 메탄가스 추출, LNG와 혼합

쓰레기를 자원화 하는 기술이 주목받고 있다. 그동안 땅에 묻고 바다에 버려지거나 공기 중에 날려, 환경오염의 주범으로 지탄받던 ‘쓰레기’를 자원으로 재활용하는 기술이 각광받고 있다.음폐수(음식물 쓰레기를 처리하는 과정에서 나오는 폐수)에서 바이오가스(메탄가스)를 뽑아내 발전기를 돌리거나 이를 고형 연료화해 화력발전의 원료로 활용하는가 하면, 굴뚝으로 배출되는 가스를 회수해 정화처리 후 난방 및 온수를 데우는데  활용하는 기술들이 바로 그것이다.

이 기술들은  지구 온실가스를 저감시키는 기술로도 평가 받고 있다.

사진은 화성에 있는 한 바이오가스 관련업체의 열수가압탄화반응기. 음식물을 직접 넣어 고온으로 수분을 분리하고 가스를 따로 모으는 한편, 가스에서 나오는 열로 온수를 데운다. 이 업체에서는 바이오 가스로 전기를 만들고 폐열로 식물공장에서 농작물을 재배한다는 계획이다.  ⓒ송찬영

사진은 화성에 있는 한 바이오가스 관련업체의 열수가압탄화반응기. 음식물을 직접 넣어 고온으로 수분을 분리하고 가스를 따로 모으는 한편, 가스에서 나오는 열로 온수를 데운다. 이 업체에서는 바이오 가스로 전기를 만들고 폐열로 식물공장에서 농작물을 재배한다는 계획이다. ⓒ 송찬영 / sciencetimes

쓰레기 더미에서 바이오가스 생산

대표적인 것으로는 기존 쓰레기 매립지나 음폐수, 가축분뇨에서 바이오가스를 뽑아내 활용하는 기술이다. 유기체가 썩으면 미생물에 의해 가스가 발생한다. 메탄가스가 주를 이루는데, 이를 활용하기 위한 핵심 기술은 불순물을 제거하는 고순도 처리 바이오 기술과 메탄가스를 가스엔진 발전을 통해 전기를 생산하고 도시가스 관망에 연결해 연료로 활용하는 기술이다.

현재 바이오가스의 메탄 함량을 97% 이상 높여 액화천연가스(LNG) 등과 섞어 쓰는 수준으로 발전했다.

독일의 경우 8000여개의 바이오플랜트를 가지고 있고, 전체 전력생산량에서 바이오가스가 차지하는 비중이 5% 에 이를 정도의 발전된 기술을 가지고 있다. 중국도 천연가스의 10%를 바이오가스로 사용한다.

국내에서도 이러한 기술이 적용되고 있다. 수도권매립지공사에서는 현재 하루 500 톤의 음폐수를 처리하면서 약 2만5000㎥의 바이오가스를 생산하고 있다. 매립지공사에서는 기존 매립지와 이곳에서 나오는 메탄가스를 활용해 50MW급 가스 발전소를 운영하고 있는데, 여기서 나오는 수익이 하루 1억 원에 이른다.

이러한 기술에 대한 투자는 수익보다는 환경보존이라는 공공성 측면이 크다. 따라서 지방자치단체 등 공공기관이 주도하고 있다. 부산 울산 대구 광주 김해 진주 속초 청주시 등에서는 유기성 폐기물 에너지화 시설이라는 이름으로 폐자원 자원화 시설을 건립 운영  중이다.

시설에서 나오는 바이오가스인 메탄과 이산화탄소는 지구 온난화의 주범인 대표적인 온실가스다. 가스를 모아 판매해 수익을 올리는 것 외에 유엔기후변화협약(UNFCC)가 운영하는 청정개발체제(CDM)사업에 해당돼 온실가스를 저감한 대가로 항후 탄소배출권을 발급받을 수 있는 잇점이 있다. 청주시의 경우 별도로 이곳 시설에서 생기는 수익이 월 평균 5000만원에 이르는 것으로 전해졌다.

처리 후 남은 바이오매스를 고형 연료화 시키는 기술도 주목받고 있는 것 중 하나다. 음식물폐기물이나 슬러지(하수처리 또는 정수과정에서 생긴 침전물)는 수도권 쓰레기 반입 논란에서 보듯 매립지 반입이 수월치 않다. 더구나 이들 폐기물은 염분이나 비닐 등의 이물질이 있어  사료 및 퇴비로의 재활용에도 애로가 크다. 수분을 함유하고 있어 소각에 따른 온실가스 배출이라는 부담도 있다.

따라서 이들 폐기물을 사용하기 편리한 연료로 고형화 시키고 태우는 과정에서 온실가스를 적게 배출할 수 있는 다양한 기술들이 주목받고 있다. 비분해성 유기물로 건조시키는 기술, 건조된 원재료를 고온에서 탄화시키는 기술인 열수가압탄화 방식, 인산촉매, 열풍방식 등이 그것이다.

굴뚝 연기  폐열로 난방도

결과적으로 이러한 기술을 활용해 쓰레기를 오염물질이 덜 생기는 펠릿 형태로 만들어 산업용보일러, 화력발전소, 지역난방 시설에 연료로 공급할 수 있게 한다. 수도권매립지공사의 경우 하루 200톤 생산이 가능한 고형연료 시설을 건립했으며, 향후 1200톤 규모로 확장할 계획이다. 폐기물의 고형연료화는 자원을 재활용한다는 효과도 있지만 매립 쓰레기양도 줄이는 효과도 있다.

수도권매립지공사 매립지내  메탄가스 추출시설. 마치 사막의 야자수나무 같다. ⓒ송찬영

수도권매립지공사 매립지내 메탄가스 추출시설. 마치 사막의 야자수나무 같다. ⓒ송찬영 / sciencetimes

지금으로부터 20여년 전인 1997년, 경기도 부천시의 한 소각장이 세간의 주목을 받은바 있다. 과다 배출된 다이옥신 때문이었다. 이 사건은 국민들의 환경인식을 크게 높이는 계기가 됐다.

최근에는 오염저감 기술의 발전으로 인체 위해한 다이옥신 배출 위험이 크게 줄어들었지만, 굴뚝을 통해 배출되는 온실 가스는 아직도 상당량에 달한다. 환경부 자료(2013년 기준)에 따르면 폐기물 분야 온실가스 중 폐기물 소각 분야가 47%로 가장 많았다.

생물성 연소 배기가스 처리 및  폐열 회수 활용기술은 이러한 상황에서 매우 유용한 기술이다. 굴뚝으로 나가는 배기가스를 포집, 불순물을 제거해 순수 사용가능한 바이오가스만을 저장하는 한편, 그 과정에서 생성되는 배기가스 열로 온수를 데우는데 쓰는 것이다. 온수는 난방용이나 농업용으로도 활용된다.

관련 업계에서는 폐자원 자원화 전체 기술이 선진국의 60% 수준이지만,  매립지의 바이오가스 추출 등 일부 관련 기술의 경우 선진국과 경쟁이 충분히 가능한 것으로 보고 있다. 특정 기술의 경우 유엔녹색기후기금(GCF) 지원을 통해 조만간 남미의 개발도상국에 전수될 예정이기도 하다.

또 온실가스 감축에 기여할 수 있고, 태양광, 풍력발전 등 다른 신재생에너지의 생산이 자연적 환경에 따라 예측 불가능하기 때문에 보완재로 충분히 경쟁력이 있는 것으로 보고 있다.

전의찬 세종대 교수(환경에너지공간융합학과)는 “쓰레기 등 폐자원을 자원화 시키는 기술은 신기후체제가 개막되면서 환경보존은 물론 경제적으로도 유망해 지고 있다”며, “쓰레기 해양투기가 전면 금지된 상황에서 새로운 처리 방법으로, 또 우리나라가 세계에 공언한 온실가스 감축 노력을 실천하는 수단으로 주목받고 있다”고 말했다.

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