악취문제, 지하수·토양오염을 발생시키고 처리가 어려워 축산업계의 골칫덩이로 취급받던 축분이 환경친화적이고 농가 에너지비용을 절감할 수 있는 탄소중립연료로 재탄생한다.
축산물 소비증가에 따라 소, 돼지, 닭 등 가축 사육두수가 증가하며 축산폐기물인 축분 역시 증가추세다. 2008년 기준 4,174만톤이던 축분 발생량은 지속 증가해 2020년 11월 기준 약 5,400만톤으로 29% 증가했다.
이렇게 발생되는 축분은 정부의 축분 자원화 정책추진으로 발생량의 80% 이상이 퇴·액비화돼 농지에 살포돼왔다. 그러나 농지 축소와 양분과잉으로 인해 퇴·액비화된 축분의 살포가능량이 점차 줄고 있으며 해양오염, 녹조발생 등을 방지하기 위해 기존에 해오던 축분의 해양투기를 금지해 새로운 처리방안 마련이 시급한 상황이다.
또한 축분의 퇴·액비화 과정에서 발생하는 온실가스에 대한 문제도 해결과제 중 하나다. 축분 처리단계에서 발생하는 온실가스는 연간 423만7,000톤으로 이중 퇴비화가 70%를 차지하고 있어 온실가스 감축방안 마련이 필요하다. 이와 함께 퇴·액비화 과정에서 발생하는 악취문제도 최근 10년간 축분관련 민원 7,986건 중 약 71%를 차지할 정도로 민감한 문제로 거론되 고 있다.
한국농촌경제연구원의 자료에 따르면 축분 악취민원 발생을 억제하기 위한 비용으로 한육우는 마리당 6만6,127원, 젖소의 경우에는 마리당 7만8,131원으로 악취로 인한 축산농가의 비용부담 또한 상당한 수준이다.
축분펠릿, 환경개선·E비용 절감 일거양득 경북도는 한육우 사육량 1위 지역으로 젖소 3위, 돼지 3위, 닭 4위 등 다른 가축 사육두수 또한 전국 상위권이다. 이에 따라 축분 발생량도 상당한 수준인데 경북도에서 발생하는 축분은 연간 808만톤으로 전국 축분 발생량의 약 14%에 해당한다.
경북은 축분발생량이 많은데 비해 평야가 적어 축분 퇴·액비화 여건이 열악하며 이에 따라 퇴비부숙도 기준 준수도 어려운 상황이다.
이에 따라 경북도는 축분 발생으로 인한 환경·악취문제 등을 환경친화적이고 비용효과적으로 해결하기 위해 한국전력공사, 켑코에너지솔루션, 규원테크 등과 함께 ‘1.5MW 축분고체연료(축분펠릿) 기반 농업 열병합시스템 개발 및 실증사업’을 추진한다.
축분을 고체연료로 활용하려는 시도는 이번 사업이 국내 최초 사례로 축분의 새로운 처리방안을 마련함과 동시에 시설작물 생장을 위한 열을 생산하기 위해 전기를 활용하는 비효율적인 농가 에너지소비 구조를 개선할 것으로 기대된다.
축분으로 인한 경북도의 암모니아 발생량은 연간 3만3,033톤으로 경북도에서 발생하는 암모니아의 89%를 차지하고 있다. 경북도는 축분 고체연료화를 통해 미세먼지 2차 생성유발 질 중 하나인 암모니아 발생을 억제해 대기오염도 개선효과를 기대하고 있다.
한전의 관계자는 “전국 농·축산농가에 공급되는 전기 판매가격은 전력구입단가 보다 저렴하다”라며 “저렴한 전기요금으로 인해 작물생산용 난방에 전기를 사용하는 등 비효율적인 에너지소비구조가 증가하고 있으며 농사용 난방에 전기를 사용하는 것은 정부가 추진 중인 탄소중립정책에도 부합하지 않는다”고 밝혔다.
경북도 조사에 따르면 5톤 산업용 스팀보일러 24시간 가동조건에서 LPG의 경우 연간 10억2,272만원, 산업용전기 16억 7,441만원 등의 에너지비용이 소비된다. 이에 반해 축분펠릿은 연간 5억7,857만원으로 LPG대비 43%, 산업용전기대비 65% 에너지비용 절감효과가 있어 환경적 이득과 연료로써 경제적 가치가 충분하며 농촌의 비효율적인 에너지소비구조 개선방안으로 적합하다.
경북도의 관계자는 “축분펠릿의 단가를 kg당 110원으로 유지할 수 있다면 농사용 전력요금대비 21.6%를 절감할 수 있어 경제성을 확보할 수 있다”라며 “축분펠릿보일러의 경우 후단설비 비용을 감안할 경우 시설하우스 1ha, 산란계 10만수 규모 축사에 적용가능한 1MW급 이상으로 적용할 경우 경제성이 확보될 것으로 예상된다”고 밝혔다.
이어 “축분펠릿은 지구 순환계에 속해 흡수한 이산화탄소를 연소 시 내보내 이산화탄소의 총량 증가가 없는 탄소중립연료로 퇴·액비화로 인한 온실가스 문제도 해결할 수 있다”고 덧붙였다.
이와 함께 최근 행안부가 개최한 지역균형발전 그린뉴딜 우수사업 공모에서 축분을 기반으로 한 이번 사업이 1차 전문가심사를 거치고 진행된 대국민심사 및 경진대회에서 우수한 성적으로 선정돼 경북도는 국비 26억1,000만원을 확보하게 됐다.
행안부는 국비지원과 함께 지역균형발전 그린뉴딜 우수사업으로 선정된 사업들이 성공적으로 추진될 수 있도록 제도개선 등 행정적 지원도 나설 방침이다.
참여주체별 특화 역할수행…사업성공 기여
축분펠릿은 연소 시 대기오염물질 배출이 타 바이오매스에 비해 많아 탈황, 탈질, 탈염소 공정 구축을 통한 대기오염물질 배출량을 최소화해야 한다.
특히 축분펠릿의 경제성을 확보하기 위한 바이오매스 REC 가중치가 신설되기 위해서는 발열량 3,000kcal/kg, 회분 함유량 30% 이하 등 고체연료 기준을 충족해야 한다.
이에 따라 경북도는 양질의 축분펠릿을 생산할 수 있도록 축분고속건조발효시스템(콤포스터)와 축분펠릿 성형설비 등 인프라를 구축할 계획이다.
경북도의 축분펠릿 생산인프라 구축을 통해 연간 800만톤의 축분 중 25%인 200만톤의 축분으로 연간 50만톤의 축분펠릿생산을 계획하고 있다.
경북도의 관계자는 “축분 200만톤을 50만톤의 축분펠릿으로 생산할 경우 연간 550억원의 축분펠릿 판매수익이 발생할 것으로 기대되며 연간 약 150만MWh의 전력생산과 62만5,000톤의 온실가스가 감축될 것으로 기대된다”라며 “축분펠릿을 시설재배농가에서 사용할 경우 연간 5억원의 연료비 절감효과가 예상된다”고 밝혔다.
한전은 미활용에너지 신발전기술, 바이오에너지기술 등 새로운 연료기반 발전기술 노하우를 바탕으로 축분펠릿을 활용한 축사·온실의 냉난방에너지를 공급하는 시스템을 설계 및 구축하며 실증을 통해 최적제어모델을 개발한다.
이를 위해 지역별, 농가종류별, 계절별, 일별 등 조건에 따른 냉난방부하 패턴을 분석하고 있다.
한전의 관계자는 “축분을 친환경, 저비용으로 처리하고 연료화시켜 농사용 냉난방시설에서 사용할 수 있도록 해 국가차원의 합리적인 에너지소비모델을 개발하는 것이 목표”라고 밝혔다.
이번 사업을 통해 개발될 축분열병합시스템의 성능이 우수할지라도 경제성이 부족할 경우 적은 수요로 인해 사업의 지속성을 담보할 수 없다.
켑코에너지솔루션은 이번 사업의 경제성 제고를 위해 추가수익을 확보할 수 있는 신규방법론을 마련한다.
이를 통해 농촌지역 축분펠릿 활용기반을 구축하고 축산업계의 외부탄소배출권 판매를 통해 신규 수익원이 창출될 것으로 기대된다.
켑코에너지솔루션의 관계자는 “축분펠릿 활용은 축분의 환경문제를 해결하는 사업으로 정부 및 지자체에서 축분의 체계적인 수거제도를 확립하는 것이 중요하다”라며 “또한 축분 연료화설비 설치비용 지원, 설치지역 주민민원 해결 등에 대한 지원이 성공의 주요요인”이라고 말했다.
바이오매스 보일러 및 연소기 전문기업인 규원테크는 1.5MW급 축분펠릿보일러의 상세설계 및 설치를 수행한다.
목재칩, 목재펠릿 등 다른 바이오매스대비 대기오염물질 배출량이 많은 축분펠릿의 대기오염배출을 저감하기 위해 △STEP MOVING GRATE HI-TAP △반전연소 △FGR △SNCR △SDR △DR △집진장치 등을 적용할 예정이다. 또한 보일러의 부식을 방지하기 위한 설계에 집중해 축분펠릿보일러의 안정성을 제고할 계획이다.
축분펠릿 수요처 확보 추진
경북도는 안정적인 축분펠릿 수요처를 확보하기 위해 산업발전기반 조성을 추진하고 있다. 이번 사업의 확산을 위한 요소인 REC 가중치 2.0을 확보하기 위해 에너지경제연구원 한국에너지공단과 접촉을 지속 시도하고 있다.
경북도는 축분펠릿 REC 가중치가 신설될 경우 축분펠릿 열병합발전소(전소 10MW급) 5기에 36만톤 공급할 방침이다. 열병합발전소 축분펠릿 납품 및 직접운영에 따른 지역경제 활성화를 통해 일자리창출 588명, 생산유발 약 1,278억원 등의 경제효과가 발생할 것으로 기대된다.
또한 주민수용성을 제고하기 위해 축분펠릿 발전소 적용 국책연구과제 추진도 건의하고 있으며 과제를 통해 객관적 실증데이터를 확보할 계획이다.
경북형 축분 고체연료화사업 투자유치도 지속 노력하고 있으며 포스코와의 만남을 통해 제철공정 열보전재로써 축분펠릿 활용을 검토하고 있다. GS건설의 경우 경북대, 군위축협과 연료제조 및 발전사업을 협의하고 있다.
이와 함께 저탄소분산형 농촌에너지전환센터 건립을 위해 정부에 국비지원을 건의하고 있다.
저탄소분산형 농촌에너지전환센터는 농축산 바이오매스산업을 체계적으로 육성하기 위한 컨트롤타워로 △농축산분야 가연성 바이오매스 수거, 선별, 가공, 연료화설비 운영 △연료 규격화, 유통 및 품질관리, 추가 연구과제 발굴 △바이오매스산업 육성을 위한 법률제정 및 제도개선 △유기성폐자원 산업화 단지조성 등에 중요한 역할을 수행할 전망이다.
이를 위한 세부 사업계획 마련을 위한 용역을 진행하고 있으며 2022년 6월 국가 공모사업에 신청할 계획이다.
이렇게 발생되는 축분은 정부의 축분 자원화 정책추진으로 발생량의 80% 이상이 퇴·액비화돼 농지에 살포돼왔다. 그러나 농지 축소와 양분과잉으로 인해 퇴·액비화된 축분의 살포가능량이 점차 줄고 있으며 해양오염, 녹조발생 등을 방지하기 위해 기존에 해오던 축분의 해양투기를 금지해 새로운 처리방안 마련이 시급한 상황이다. 
축분펠릿, 환경개선·E비용 절감 일거양득 
이에 따라 경북도는 양질의 축분펠릿을 생산할 수 있도록 축분고속건조발효시스템(콤포스터)와 축분펠릿 성형설비 등 인프라를 구축할 계획이다. 
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