메탄발효와 발전

[헬로! 그린테크 ①] 가축분뇨 발전설비

고유가와 지구온난화로 저탄소 녹색성장이 주목받고 있다. 이미 선진 각 국들은 이 같은 추세에 적극적으로 대응하고 있다. 우리나라에서도 이명박 대통령이 지난 8월 새로운 성장동력으로 ‘저탄소 녹색성장’을 내세우면서 새롭게 주목받고 있다. 현재 ‘녹색성장 기술’을 개발하고 보급하는데 앞장서고 있는 공공기관, 기업 등에서 ‘녹색성장’의 현재와 가능성을 살펴본다.<편집자 주> 동의보감에 보면 백구시(白狗屎)라는 처방이 있다. 흰 개의 똥을 말려서 불에 태운 뒤 술에 타 마시면 어혈 등을 치료할 수 있다는 내용이다. ‘개똥도 약에 쓰려면 없다’는 속담이 빈말이 아닌 셈이다. 이젠 하찮기로는 둘째가라면 서러워할 ‘돼지똥’ 역시 가치를 인정받고 있다. 녹색성장 시대를 맞아 가축분뇨로 전기를 생산하는 ‘가축분뇨 바이오가스 열병합 발전설비’가 속속 들어서고 있기 때문이다. 전라남도는 올해 8월 대우건설과 화순, 무안, 함평, 영광 등 4개 군에 대규모 가축분뇨 발전시설을 설치하기로 업무협약을 맺었다. 업무협약에 따라 대우건설은 2012년까지 이들 4곳에 1000억원을 투자해 가축분뇨를 1일 700톤 처리할 수 있는 바이오 가스 발전시설을 설치하고, 여기서 나온 전기 등을 팔아 투자비를 회수한다. 발전시설이 가동에 들어가면 1일 33㎿h의 전기를 생산할 수 있게 된다. 대우건설, 고효율 가축분뇨 발전 기술 개발·보급 가축분뇨 바이오가스 발전시설은 독일이나 덴마크 등 유럽 등지에선 3000여 곳이 운영될 정도로 일반화돼 있지만 아직까지 우리나라에선 관련 기술의 연구 개발이 많지 않은 편이다. 최근 여러 지방자치단체가 관련 시설을 도입하고 있지만 주로 해외업체의 기술에 의존하고 있는 것은 바로 이런 이유에서다. 이런 가운데 대우건설은 1980년대 말부터 관련기술을 연구해 자체 기술을 개발하는 등 괄목할만한 성과를 내고 있다. 대우건설 기술연구원의 고효율 바이오가스 발전시설 처리시스템. 대우건설 기술연구원이 자체개발한 DBS 공법의 장점은 고순도 메탄가스를 생산할 수 있다는 점이다. 고순도 메탄가스는, 발전할 때 발열량이 낮아 경유와 함께 태워야 하는 저순도 메탄가스보다 친환경적이고 활용방법도 다양하다. 대우건설 기술연구원 홍승모 수석연구원은 “이 기술은 관련 산업이 발달한 유럽쪽 기술과 동등한 수준으로, 70~75% 가량의 고순도 메탄가스를 생산할 수 있다”며 “고순도 메탄가스에서 불순물을 제거하고 정제한 뒤 압축하면 도시가스처럼 사용할 수 있고, CNG처럼 차량 연료로도 활용할 수 있다”고 말했다. 비결은 발상의 전환에 있었다. 일반적으로 가축분뇨 바이오가스 발전시설은 발효조 한군데에서 가축분뇨를 발효시켜 유기산을 만든 뒤, 다시 발효시켜 메탄가스를 생산한다. 대우건설 방식은 발효조를 두 개 사용한다. 유기산 박테리아가 들어있는 산 발효조에 가축분뇨를 집어넣어 유기산을 만들고, 이를 메탄 박테리아가 들어있는 ‘메탄 발효조’에 넣어 메탄가스를 만들어내는 방식이다. 고순도 메탄가스, 발전·가정·차량용 사용 가능 이 같은 방식은 발효조를 한 곳을 활용하는 방식에 비해 메탄가스의 순도를 높이는데 유리하다. 유기산 박테리아와 메탄 박테리아를 한 곳에 담아두면 서로 생존경쟁을 벌여 효율이 떨어질 수 있기 때문이다. 특히 유기산 박테리아는 생명력이 강해 열악한 상황에서 메탄 박테리아를 누르고 살아남을 수 있다. 발효조를 분리해놓으면 메탄가스 생산에 중요한 역할을 하는 메탄 박테리아를 보호할 수 있고, 그만큼 고순도 메탄가스를 생산할 수 있다. 지난해 경기도 이천시 백사면 모전리에서 가동하기 시작한 ‘축산분뇨 발전시설’. 대우건설은 이미 지난해 경기도 이천시 백사면 모전리에 ‘축산분뇨 발전시설’을 준공해 기술력을 입증했다. 지식경제부(당시 산업자원부) 지원(8억원)과 농민 부담(2억원)으로 건설된 발전시설은 하루 20여톤의 돼지분뇨에서 메탄가스를 뽑아내 하루 480㎾h의 전기와 물 20톤을 60℃로 데울 수 있는 열을 생산하고 있다. 허관행 모전영농조합법인 회장은 “이곳에선 1만여 마리의 돼지가 하루 60톤 가량의 분뇨를 내놓고 있는데, 기존 시설로는 40여 톤밖에 처리하지 못하고 있다”며 “예전엔 돈을 주고 매일 20톤 가량을 바다에 버렸지만 이제는 전기를 생산하고, 남은 찌꺼기로는 비료를 만드는 등 재활용해 비용을 절감하고 있다”고 말했다. 발전·난방·비료 생산 등 ‘1석4조’ 효과 이처럼 가축분뇨 발전은 녹색성장에 걸맞는 ‘저탄소 전기’를 생산하고, 남은 물질로 퇴비 등 유기질비료와 액체비료를 만들 수 있다. 발전 과정에서 나오는 따뜻한 물로 지역난방도 해결할 수 있다. 더욱 중요한 것은 ‘발등에 떨어진 불’인 ‘가축분뇨 해양투기 금지’ 문제를 해결할 수 있다는 점이다. 2006년 발효된 런던협약은 바다 오염을 막기 위해 2012년부터 가축분뇨 등 폐기물을 바다에 배출하지 못하도록 금지하고 있다. 지난해 우리나라가 바다에 갖다 버린 가축분뇨 총량은 202만톤 가량으로 전체 가축분뇨 4500만톤 중 4.5%에 해당한다. 2012년 이후엔 그만큼을 국내에서 어떻게든 처리해야 하는 상황인 셈이다. 물기가 많아 비료로 활용하기 힘든 돼지분뇨는 해양배출 가축분뇨의 대부분을 차지하고 있다. 사진은 국내의 한 양돈축사.<사진=연합뉴스> 땅에 묻거나 퇴비로 만들면 간단하지 않느냐고 반문할 수도 있지만 문제는 그리 간단치 않다. 가축분뇨를 땅에 매립하는 것은 법으로 금지돼 있다. 또 해양배출 가축분뇨의 대부분은 돼지분뇨로, 물기가 적어 약간의 톱밥만 섞으면 훌륭한 비료로 탈바꿈하는 소분뇨와는 달리 악취가 심하고 물기가 많아 퇴비를 만드는데 시간과 공이 많이 든다. 정화 처리도 대안이 되기는 힘들다. 국내 가축 분뇨처리시설이 부족해 돼지분뇨 발생량 1889만톤 전부를 처리할 수도 없고 건설비와 운영비 때문에 필요한만큼 시설을 늘릴 수도 없는 노릇이다. 농민 입장에선 톤당 2~3만원씩 비용을 지불하더라도 바다에 갖다 버리는 게 오히려 이익이라고 한다. 가축분뇨 발전으로 ‘런던협약’ 넘는다 이 때문에 최근 돼지사육농가가 많은 경기와 충남, 전남 지역에선 돼지분뇨를 처리할 수 있는 방안을 모색하고 있는데 대안으로 떠오른 것이 가축분뇨 바이오가스 발전이었다. 해양배출 문제를 해결할 뿐 아니라 전기와 비료를 생산하고, 난방 문제까지 해결할 수 있으니 그야말로 꿩먹고 알먹기인 셈이다. 전라남도도 당초 가축분뇨 문제를 해결하기 위한 방안을 찾다가 가축분뇨 발전을 선택하게 됐다. 전남도청 축정과 관계자는 “돼지분뇨의 경우 퇴비를 만들기 힘들고 비용이 많이 들어 지금까지는 주로 바다에 버려왔다”며 “분뇨처리시설을 추가설치하려면 비용이 많이 들어 농민이나 지자체가 부담하기에는 부담스러운 상황에 ‘가축분뇨 발전’은 좋은 대안이 될 것“이라고 말했다. 대우건설이 11월 13일 준공식을 갖는 충남 아산의 아산하수종말처리장의 통합 바이오가스 발전시설. 관련 기술은 가축분뇨 뿐 아니라 유기물 농도가 높은 음식물쓰레기와 하수슬러지에도 적용할 수 있다. 유기물 농도가 음식물쓰레기는 20만ppm, 하수슬러지는 3만ppm 가량으로 4만ppm인 가축분뇨와 마찬가지로 유기물 농도가 높기 때문이다. 대우건설이 11월 13일 준공식을 갖는 충남 아산의 아산하수종말처리장의 통합 바이오가스 발전시설은 세계에서 처음으로 하수슬러지와 음식물쓰레기, 가축분뇨를 한꺼번에 처리한다. 일일 100톤을 투입해 2867㎾h의 전력을 생산할 능력을 갖췄다. 대우건설은 또 최근 전국 56개 지자체를 대상으로 가축분뇨 바이오가스 열병합 발전 설명회를 개최하는 등 관련 기술 확산에 힘쓰고 있다. 기업의 기술 개발과 시대의 필요성이 만나, 바야흐로 똥이 돈이 되는 세상이 다가오고 있는 것이다.

2010-11-30 06:32 | 출처 : 녹색성장 미래연합

 

메탄발효    메탄 발효는 수분을 많이 함유하고 있는 폐기물이나 유기물을 농후하게 포함하고 있는 배수의 처리에 널리 이용되고 있다. 유기물은 혐기성 세균의 존재에 의해 주성분을 메탄과 이산화탄소로 이루어지는 가스로 변환된다. 또한 이 과정에서 수소도 발생한다.  매탄발효 과정에서 미생물 군과의 작용에 의하여 유기계 폐기물이 처리되는 부가효과를 얻을 수 있다.                     메탄 발효법은 ① 여러 가지 바이오매스를 원료로서 이용하는 것이 가능하다 ② 전처리가 별로 필요하지 않다 ③ 오니 발생량이 적다 ④ 메탄가스가 용이하게 회수되고 회수 가스는 도시 가스와 거의 같은 발열량(6,000~7,000㎉/N㎥)을 가지고 있는 것 등의 특징을 가지고 있다   메탄 가스는 화학기호식으로명명하면 CH4로 주로 냄새가 아주 지독히 나는 곳에서 이를 자원화 하여 연료로 이용하는 것입니다 그러니 요즘 신재생에너지로 하여 사람의 인분등을 수분을 제거 하여 화석연료처럼 불을 지피기도 하구요 그것을 발효시키면서 나오는 가스를 연료화하여 사용하는 방법이 있습니다.   애완동물의 배변을 특수 미생물 분해 봉지에 담은 후 이 장치 안에 넣으면 메탄 압축기와 무산소 박테리아를 통해 배변이 분해돼 메탄가스로 바뀌게 된다. 이렇게 생성된 메탄가스는 튜브를 타고 공원 램프로 올라가 불을 켜는데 사용된다.  그렇다면 가축의 분뇨가 어떻게 바이오가스로 변하는 걸까. 결론부터 이야기하면 미생물에 의한 발효 때문이다. 가축분뇨는 고농도의 유기물인데, 미생물이 이것을 분해하면서 메탄 등의 가스를 발생시키는 것이다. 가축분뇨를 밀폐형 탱크 한 군데에 모아두면 미생물의 분해작용을 거쳐 유기산이 만들어지고, 이것을 다시 한 번 발효시키면 메탄가스 등의 기체가 발생한다. 바로 이 기체혼합물이 전기를 만드는 원료가 된다. 바이오가스를 잘 만들기 위해서는 미생물이 활발히 활동할 수 있는 환경을 조성해 주는 것이 중요하다. 때문에 온도와 산성도(pH)를 조절하는 것이 바이오가스 생산 공정의 핵심이다. 일부 기업에서는 생성된 메탄가스를 고순도로 추출해내는 기술까지 개발해 바이오가스 생산설비의 효율성을 높이고 있다. 이렇게 만들어진 바이오가스는 천연가스처럼 가스보일러를 돌리거나 축사를 따뜻하게 만드는 데 사용된다. 또 원동기를 돌려 전기와 열을 동시에 얻는 열병합발전도 가능하다. 바이오가스를 정제하면 자동차, 기차 및 도시가스의 연료로도 이용할 수 있어, 바이오가스 연료전지도 활발히 연구되고 있다. 사실 독일 같은 선진국에서는 일찌감치 바이오가스 공장을 세우고 소나 돼지의 똥, 오줌으로 전기를 생산해 왔다. 바이오가스를 만드는 과정에서 나오는 찌꺼기로는 액체비료도 만든다. 독일 북해 근처의 한 마을만 해도 매일 축산 분뇨 210톤과 음식물쓰레기 90톤을 발효시켜 시간당 2,524kW의 전기를 만들고 있다. 이는 1,555가구가 사용할 수 있는 양이라고 하니, 실로 대단한 규모다. 우리나라도 ‘저탄소 녹색성장’에 맞춰 이 분야에 지속적으로 투자하고 있다. 농촌진흥청은 이미 2009년 9월 경기도 수원 국립축산과학원에서 바이오가스 생산시설 준공식을 마쳤다. 또 축산과학원에서는 바이오가스 생산시설을 설치해 하루 10톤의 가축 분뇨로 300kW의 전기를 만들고 있다. 이는 농가 30곳이 하루 동안 사용할 수 있는 양이다. 농림수산식품부는 2010년부터 가축분뇨 에너지화 사업으로 하루에 100톤 규모의 바이오가스 시설 3개소를 시범적으로 실시한다고 발표했다. 이미 정읍, 영광이 시범사업자로 선정돼 있고 나머지 한 곳은 현재 선정 중이다. 평가 결과에 따라 2013년까지 15개소로 확대하는 것이 목표다. 앞으로 시범 사업소에서는 가축분뇨와 음식 잔재물 등을 원료로 전기, 가스를 생산해 한전에 판매하고 일부는 축사, 원예시설, 농산물 건조장 등에 공급할 계획이다. 가축분뇨 에너지화 사업은 축산농가의 골칫거리를 친환경적으로 처리한다는 장점도 있다. 일반적으로 가축분뇨를 처리하는 과정에는 메탄과 이산화탄소가 발생한다. 이들은 대표적인 온실기체인데, 바이오가스 생산기술을 이용하면 이들을 줄일 수 있다. 바이오가스를 만들고 남은 물질로는 퇴비 등 유기질비료와 액체비료도 만들고, 발전 과정에서 나오는 따뜻한 물로는 지역난방도 할 수 있다. 특히 2006년 발효된 런던협약에 포함된 ‘가축분뇨 해양투기 금지’ 문제를 해결할 수 있다는 점에서도 기대를 모으고 있다. 런던협약에 따르면 2012년부터는 바다에 가축분뇨 등 폐기물을 버릴 수 없다. 그런데 2008년 한국이 바다에 버린 가축분뇨 총량이 146만 톤이라는 점을 생각하면 바이오가스 생산설비가 얼마나 중요한지 알 수 있다. 가축분뇨를 친환경적으로 처리하고 화학비료 사용과 연료비를 줄이는 기술, 온실가스 방출과 해양오염 등의 환경문제도 해결할 수 있는 귀한 기술이 바로 ‘가축분뇨 바이오가스 생산기술’이다. 앞으로 과학기술계에서는 ‘개똥도 약에 쓰려면 없다’는 속담 대신 ‘개똥도 에너지로 쓰려면 없다’는 속담이 유행하게 될는지 모른다