바이오매스(Biomass) 순환, 지속 가능성

 

신재생 에너지에 대한 관심은 뜨겁다. 태양광, 풍력 등 대표적인 에너지원을 제외하고도 여려 신재생 에너지의 분야는 다양한 편이다. 오늘은 바이오 매스에 대한 간단한 개념과 정의에 대해 살펴보는 시간이다.

바이오매스(Biomass)란? 에너지원으로 사용될 수 있는 모든 유기체를 뜻한다. 태양 에너지를 받아 광합성으로 만들어진 유기물질로 석유나 석탄 같은 화석 연료와 달리 짧은 주기로 재생이 가능하다는 장점을 가지고 있다.

 

바이오매스의 활용 시설

 

[바이오매스의 주요 자원]

1. 식물체 - 나무, 톱밥, 볏짚, 사탕수수, 옥수수 등
2. 동물체 - 가축의 분뇨, 사체 등
3. 미생물 - 플랑크톤, 조류 등
4. 유기성 폐기물 - 음식물 쓰레기, 종이, 하수 슬러지 등

 

[바이오매스 변환 방식]

바이오매스는 가공 방식에 따라 고체, 액체, 기체 연료로 변환시킬 수 있다.

• 물리적 변환 방식 - 잘게 부수거나 압축(우드 펠릿, 장작 등)
• 생물학적 변환 방식 - 미생물로 발효 시키거나 부패시킴(바이오 에탄올, 메탄가스 등)
• 열화학적 변환 방식 - 고온에서 태우거나 가스화함(바이오디젤, 합성 가스, 전기 등)

 

[바이오매스의 탄소 중립]

바이오매스를 태울 때 이산화탄소가 배출되긴 하지만, 이는 식물이 자라면서 대기 중의 이산화 탄소를 흡수했던 양과 같다. 이는 전체 지구의 탄소 순환 관점에서 추가적인 탄소 배출이 없다는 탄소 중립 개념으로 설명할 수 있다.

 

[바이오매스의 효율성]

바이오매스의 효율성은 에너지 밀도, 변환 효율, 탄소 저감의 효율이라는 세 가지 관점을 가지고 있다.

1. 에너지 밀도

바이오매스는 일반적인 화석 연료에 비해 부피당 에너지양이 적은 편이다.

• 목재류 바이오매스의 발열량은 석탄의 약 50~70% 수준이다. 이를 극복하기 위해 원료를 압축한 우드 펠릿이나 산소가 없는 상태에서 구워 에너지 밀도를 높인 반탄 화 기술을 사용한다.

 

2. 에너지 변환 효율

원료를 어떤 형태의 에너지로 바꾸느냐에 따라 효율이 크게 달라진다.

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셀 전체 선택

열 너비 조절

행 높이 조절

변환 방식	효율성	특징
직접 연소	70~90%	나무를 연소시켜 직접 열을 얻는 방식으로 가장 효율이 높다.
열병합 발전	60~80%	전기와 열을 동시에 생산하여 버려지는 에너지를 최소화함
바이오 연료 추출	30~50%	식물을 액체 연로로 바꾸는 과정에서 에너지 손실이 발생

• 셀 병합
• 행 분할
• 열 분할
• 너비 맞춤
• 삭제

3. 넷 제로 효율성

바이오매스 탄소 중립의 효율성

• 전 과정 평가 - 원료의 재배, 운송, 연소 과정 전체를 평가했을 때, 화석 연료 대비 이산화탄소 배출량을 80~90% 이상 줄일 수 있다.
• 에너지 회수 기간 - 나무가 자라는 속도보다 태우는 속도가 빠르면 효율이 떨어지므로 지속 가능한 산림의 관리가 필수적이다.(바이오매스의 핵심 쟁점 중 하나임)

 

[바이오매스의 지속 가능성]

바이오매스의 지속 가능성은 현재 에너지 업계와 환경 단체 사이에서 가장 뜨거운 논쟁을 일으키고 있다. 단순하게 '나무를 태우니 친환경이다' 하고 말하기에는 고려해야 할 변수가 매우 복합적이기 때문이다.

 

1. 탄소 중립의 진실(탄소 부채)

이론적으로 바이오매스는 식물이 자라며 흡수한 탄소를 다시 내뿜는 것이라 중립적이다. 하지만 현식적으로 시간의 차이가 문제가 된다.(논쟁의 핵심)

• 쟁점 - 나무를 태워 탄소를 배출하는 것은 짧은 순간이지만 그만큼 탄소를 다시 흡수할 나무가 자라는 데는 긴 시간이 걸린다. 이 기간 동안 대기 중 탄소 농도가 일시적으로 높아지는 탄소 부채 현상이 발생한다. 성장 주기가 짧은 지원(농업 부산물, 생장이 빠른 초본류 등)을 사용하는 것이 지속 가능성 측면에서 유리하다.

 

2. 토지 이용 변화

바이오매스 생산을 위해 기존의 생태계를 어떻게 변화시키는가가 중요하다.

• 직접적 변화 - 연료 작물을 심기 위해 원시림을 베어낸다면 이는 오리려 막대한 탄소를 배출하고 생물 다양성을 파괴하는 행위가 된다.
• 간접적 변화 - 식량 작물을 재배하던 땅에 에너지 작물을 심으면 부족해진 식량을 생산하기 위해 다른 곳의 숲을 파괴하는 연쇄반응을 유발할 수 있다.

 

3. 지속 가능성 인증 제도

국제사회는 진정한 지속 가능한 바이오매스에 인증을 부여하고 있다.

• 주요 인증 - RSB(지속 가능한 바이오자원 협의체), SBP(지속 가능한 바이오매스 프로그램), REDcert(유럽연합 재생에너지 지침 관련 인증) 등
• 평가 항목 - 탄소 배출량 저감률, 생물 다양성 보존 여부, 노동 인권, 지역 사회 영향 등

 

4. 미이용 바이오매스 우선순위

최근 지속 가능성이 높다고 평가받는 미이용 바이오매스

• 산불 방지를 위해 솎아낸 가지, 가구 제작 후 남은 톱밥, 버려지는 음식물 쓰레기나 가축 분뇨 등으로 에너지를 얻기 위해 따로 작물을 재배할 필요가 없고 방치했을 때 썩으면서 발생하는 메탄을 미리 차단하여 에너지로 쓰는 것으로 환경적 장점이 크다.

 

≪≫지속 가능한 바이오매스의 조건(미이용 자원)

1. 버려지는 자원을 우선적으로 활용
2. 식량 안보와 충돌이 없어야 한다.
3. 생태계 파괴 없이 관리된 숲에서 나오는 것
4. 원료의 운송 과정에서 발생하는 탄소가 적을 것

위 조건 등을 기본적으로 충족해야 바이오매스가 '가짜 재생에너지'라는 비판을 피할 수 있다. 철저한 관리가 필수적인 셈이다.