[과학기술인 기고] 축분 바이오차 생산 재생에너지 산업 

글 : 순천대 융합바이오시스템기계공학과 홍지형 명예교수

바이오에너지는 바이오매스의 열화학적 또는 생화학적 프로세스에서 발생하는 다양한 형태의 바이오 연료이다.열화학 반응은 반응시간과 변환 비율 관점에서 생화학 반응보다 우수하지만 생화학 반응은 휘발성 유기 혼합물이 많으며소요 에너지와 온도가 낮다.

바이오에너지는 화석 연료 대체 자원이자 온실가스를 감축하는 저탄소 에너지 자원이다. 바이오에너지 생산은 바이오매스 공급 재료, 열화학 변환, 생화학 변환 및 양자 결합 변환에서 단점을 보완하여 생성한다. 바이오에너지 생산은 바이오매스 처리 작동 변수와 공급 재료가 중요하다.

바이오매스의 열화학적 변환은 높은 효율과 낮은 작동 시간이 장점이다. 생화학적 변환은 이와 반대 성질을 갖고 있기에 열화학적 변환과 생화학적 변환 각각의 단점을 보완하는 통합형 프로세스 바이오에너지 생산 시스템이 바람직 하다.

통합형 프로세스는 무엇일까?
예를 들어 생화학적 혐기 소화와 열화학적 열분해를 결합한 프로세스를 생각해보자. 혐기 소화 과정 중 배출된 바이오 가스를 활용하여 가스터빈을 작동시키고 이를 통해 전기를 발생시킨다. 혐기 소화 처리 소화액은 하수 슬러지 및 음식물 쓰레기의 혼합건조 전처리 또는 반탄화 처리에 사용할 경우, 양질의 바이오차가 생산된다. 생성된 바이오차는 혐기 소화 첨가물로 사용하여 중랑비 기준 약 15% 첨가하면 바이오가스 생산 수율이 증가하게 된다.

농식품 폐기물 반탄화 바이오차 및 바이오에너지 생산

전 세계적으로 농식품 생산과 소비가 증가하여 발생하는 온실가스 배출은 더 이상 피할 수 없는 수준에 이르렀다. 이 와 관련하여 최근 농식품 폐기물(Agro-food waste, AFW)의 건식 반탄화 재생에너지 산업 기술 개발이 이슈가 되고 있다.

현재까지는 농식품 산업의 비효율성으로 인하여 농식품 폐기물의 혐기 소화, 퇴비화, 열분해 및 매립 가스 등의 재활 용은 거의 이루어지고 있지 않았다. 이러한 상황에서 최근에는 농식품 폐기물의 혐기 소화 과정 또는 열분해 재활용 통합시스템 과정에서 소화액을 열분해하고 이를 통해 바이오차, 하이드로차, 바이오 오일 등으로 재활용하는 ‘순환 바 이오 경제 전환’이 일어나고 있다.

환경오염물 흡착 제거와 바이오가스 정제, 토양 지력 증강 등의 재활용은 매우 중요하다. 뿐만 아니라 바이오 전기, 탄 화펠릿을 이용한 열 생산 등 바이오에너지를 통한 환경 산업 개발이 중요하다. 이러한 농식품 폐기물(Agro-food waste, AFW) 바이오에너지와 환경오염물 흡착 제거에 필요한 탄화펠릿 환경 산업은 환경의 지속가능성과 기술 경제 성 평가가 핵심이라고 할 수 있다.

농식품 폐기물 열화학적 변환 기술

농식품 폐기물에는 작물포장잔사, 작물가공잔사, 축산분뇨, 식품가공폐기물 등이 있다. 주요 특성은 고수분, 저밀도, 고휘발성, 고유기성, 저열량이다.

AFW 단독형 변환기술(Standalone conversion technologies, SCTs)은 소각 열, 발효와 혐기 소화 등 생화학적 변환과 바이오차, 바이오에너지를 회수하는 반탄화, 열분해, 가스화, 수열 액화 등 열화학적 변환이 있다.

AFW 통합형 변환기술(Integrated conversion technologies, ICTs)은 독립형 변환기술을 결합하는 기법으로 바이오에 너지 회수와 바이오 소재 재활용이 가능하다. AFW 바이오에너지 잠재력과 차세대 청정에너지 순환 바이오 경제 전환 재생에너지 환경산업 개발에 기대되고 있다.