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스페셜리포트

[인터뷰] 윤영만 한경대 식물생명환경전공 교수

“난방중심 농축산부문 E소비축분펠릿활용…1석3조 이득”
재생E 적용 축분펠릿 경제성 확보방안 마련 착수

국민의 소득수준 향상으로 국내 축산업계의 사육두수는 지속 증가하고 있으며 축분 발생량도 증가하고 있다. 기존 퇴·액비화 정화 등의 처리방식은 이미 한계에 다다랐으며 정부는 에너지효율적이며 경제적인 축분처리방식을 마련하기 위해 ‘태양열(광), 지열 등 재생에너지를 이용한 바이오매스 조사연구’를 추진하고 있다. 

이번 과제의 연구책임자인 윤영만 한경대 교수를 만나 축분 에너지화의 의미와 가치, 활용확대방안에 대해 들었다. 

■ 농축산부문 에너지소비구조는
농축산부문 에너지소비량은 2016년 기준 국가 전체 소비량의 약 1.5%를 차지하고 산업부문 에너지소비량대비 약 2.6%로 에너지소비량 측면에서는 매우 미미한 수준이다. 

그러나 에너지원 소비구조는 석유류의 경우 2001년 약 85.9%에서 2016년 약 59.5%로 감소한 반면 전력은 2001년 약 11.7%에서 2016년 약 38%로 크게 증가하는 등 농축산부문 에너지원 소비구조는 석유중심에서 전력중심으로 변화하고 있다. 

특히 농축산부문 에너지소비용도를 살펴보면 시설재배, 가축사육시설 등 난방용으로 사용되는 에너지가 약 40.1%를 차지하고 있다. 이러한 농축산부문 에너지 소비구조는 전기화가 진행되고 있어 향후 2050 탄소중립 추진 및 신재생에너지 확대 측면에서는 유리한 면이 있지만 상당한 에너지가 시설재배, 가축사육시설 등 난방용 에너지로 사용되고 있다는 점에서 에너지소비의 효율성이 매우 낮은 것이 문제다. 

■ 기존 축분처리방식의 한계점은
화석연료 발전의 경우 전력변환율이 약 30% 수준으로 전력을 이용한 난방보다는 직접 화석연료를 연소시켜 난방하는 효율이 매우 높다. 이에 따라 농축산부문 난방을 위해 바이오가스, 바이오펠릿 등 바이오매스를 직접 연소시켜 활용함으로써 에너지효율성을 제고할 수 있다. 

또한 농축산부문 전기화가 급격히 진행된 원인은 저렴한 농업용 전력가격에 기인하는 부분이 크다. 정부는 농축산업의 특성을 고려해 발전단가보다 낮은 가격으로 농업용 전기를 공급하고 있으며 향후 신재생에너지 전력을 농업용 전력으로 공급하는데 있어 현재의 전력단가를 유지하기 어려울 전망이다. 

국내 농업환경의 특성은 경종의 경우 비료원료, 축산의 경우 사료원료를 수입에 의존하는 데 있다. 축분 중 비료성분은 결국 수입사료에 기인하기 때문이다. 

정부는 친환경농업, 경축순환농업 등을 통해 화학비료의 사용을 줄이고 축분 퇴·액비의 자연순환을 강조한 바 있으나 순환하는 비료자원이 결국 수입에 의한 것이라면 우리나라 농업환경은 지속적인 비료성분의 축적이 일어날 수밖에 없다. 향후 농식품부산물과 축분을 자원화해 사료와 비료로 활용하는 경축순환농업은 단순히 퇴·액비 이용 확대가 아니라 농업환경이 지탱할 수 있는 적정 양분수준을 유지하는 방향으로 발전해야 한다. 

이러한 우리나라의 농업특성을 고려했을 때 지역에 따라 축분 퇴·액비의 이용이 제한될 수 있다. 

■ 축분의 에너지잠재량 및 에너지화 특성은
축분은 축산업을 영위하는 과정에서 발생하는 부산물로서 적정하게 처리되지 않으면 수질오염, 병원성 미생물 전파, 악취 등 다양한 환경적, 위생적 문제를 일으킨다. 

이에 따라 축분을 에너지화하는 경우 적정처리와 함께 에너지회수, 비료자원 이용 등 1석3조의 효과를 기대할 수 있다. 특히 기후변화와 화석연료 고갈로 인해 신재생에너지에 대한 관심이 증가하면서 축분의 에너지화가 주목받고 있다. 축분의 기술적 에너지잠재량은 약 126만1,000TOE/년으로 추정되고 있어 도시발생 유기성 폐기물 72만6,000TOE/년과 비교해 많은 에너지가 잠재돼있는 것을 알 수 있다. 

축분의 에너지화는 바이오가스화와 펠릿화가 있다. 바이오가스화기술은 밀폐형 소화조에서 미생물 반응을 이용해 도시가스의 주성분인 메탄을 생산하는 기술로 국내에는 약 10여개의 축분 바이오가스화시설이 운영되고 있다. 

축분 바이오가스화에는 축산분야 탄소중립을 위한 핵심기술로서 인정받고 있으나 바이오가스를 생산하고 남은 혐기소화액에는 축분의 질소, 인이 그대로 남아있어 추가적인 처리가 요구된다. 

결국 바이오가스를 생산하더라도 혐기소화액은 퇴·액비화, 정화 등 처리과정을 거쳐야 한다. 축분의 펠릿화는 축분을 건조시켜 화력발전소, 보일러 등의 연료로 활용하는 기술이다. 축분펠릿은 화석연료를 직접 대체할 수 있다는 점과 축분이 최종적으로 연소처리되므로 추가적인 처리가 필요하지 않다는 것이 장점이다. 

특히 국내 적정 양분관리 측면에서 축분펠릿은 농경지로 유입되는 양분을 저감할 수 있는 기술이기도 하다. 

다만 축분을 펠릿으로 제조하는 건조과정에서 소비되는 에너지가 과다해 축분펠릿의 제조원가 상승으로 경제성이 낮다는 문제가 있다. 특히 축분펠릿의 잠재적인 수요처인 화력발전소 등은 축분펠릿의 높은 제조원가로 인해 발전 전력단가가 상승하는 문제가 있어 수요처 확대에 한계가 있다. 

■ 경제성 제고방안은 
현재 수행하고 있는 ‘태양열(광), 지열 등 재생에너지를 이용한 바이오매스 조사연구’과제는 축분펠릿 제조의 경제성문제를 해결하는데 중점을 두고 있다. 이번 과제에서 축분펠릿의 경제성을 향상시키기 위해 태양열, 지열, 바이오가스 발전열, 산업폐열 등을 활용해 펠릿제조에 소비되는 에너지를 감소시키는 기술체계를 만들 계획으로 화력건조, 발효건조, 탄화, 반탄화, 수열탄화 등 다양한 연료화 기술의 에너지효율을 평가해 최적 공정체계를 마련할 것으로 기대된다. 



가축분뇨를 고체연료로 제조하기 위해 소비되는 건조에너지는 물리법칙에 따라 수분 1kg당 560kcal의 에너지가 필요하다. 기술적 측면에서는 물리법칙을 거스르고 경제성을 제고할 수 있는 방안은 극히 제한된다. 

축분 고체연료사업의 경제성을 제고할 수 있는 방안은 제도적 측면에서 접근해야 한다. 산업부에서는 신재생에너지 발전의 경우 신재생에너지공급인증서(REC)를 발급하고 에너지원에 따라 다양한 가중치를 적용해 신재생에너지 생산이 경제성을 유도하고 있다. 

이처럼 축분 펠릿발전의 경우 기존 REC제도와의 합리적인 연계점을 마련하는 것이 필요하다. 또한 축분펠릿 제조시설의 경우 기존 축분 퇴·액비화 처리와 비교해 상당한 양의 온실가스 감축효과를 기대할 수 있기 때문에 축분펠릿 제조시설의 온실가스감축방법론 개발 등을 통해 탄소배출권 거래제도 등과 연계하는 사업화방안 마련도 가능하다.