2012년 유기성폐자원전략을 논하다

본지 주최한 「2012 ‘폐자원’전략세미나」 성료
KBS 뉴스 및 한국환경산업기술원 국가환경정보센터서 동시 촬영

유기성폐기물 문제를 풀어가는 데 있어 우리사회에 중요한 대안이 돼온 두 가지 테마인 에너지화기술과 음식물종량제의 동향 및 발전방향에 관한 논의가 이뤄졌다.

6월 21일 산학연관 200여명의 관계자들이 참석한 가운데 한국여성정책연구원 국제회의장에서 치러진, 본지 퓨쳐에코이 주최한 「2012‘폐자원’전략세미나」다. 음식물쓰레기종량제가 전국적으로 확대 실시되고, 가축분뇨의 해양투기가 금지되는 시점에 이뤄진 이날 세미나에는 사회 각계의 관심이 쏟아졌다.

특히 환경부 자원순환국 최흥진 국장, 유기성자원학회 구자공 회장, 환경부 폐자원에너지팀 이재덕 사무관, 연세대 환경공학부 구자건 교수, 한국해양연구원 정창수 박사, G&P바이오텍(주) 서정습 박사, (주)모뉴엘 안상기 본부장이 참석해 자리를 빛냈으며, KBS 뉴스와 한국환경산업기술원 국가환경정보센터에서 동시 촬영했다.
 

세미나는 폐자원을 이용한 자원순환 및 에너지활용에 대한 방안과 음식물쓰레기의 효율적 활용방안을 집중 논의하고, 음식물종량제의 발전방안을 제시하는 정보교류의 장으로 마련됐다.

퓨쳐에코 최종실 발행인은 개회사에서 “기후변화와 자원고갈에 대한 하나의 해결방안으로 자원순환의 중요성이 강조되고 있다”면서 “세계 각국은 발 빠르게 폐자원을 활용한 연구개발에 막대한 국가 예산을 투입, 폐자원 재활용에 심혈을 기울이고 있는 만큼, 「2012‘폐자원’전략세미나」는 폐자원을 이용한 다양한 에너지 생산방법과 음식물쓰레기의 효율적 활용방안을 집중 논의하는 시간이 될 것”이라고 말했다.
 

이어 축사 연사로 나선 환경부 최흥진 자원순환국장은 “음식물종량제 전면 시행 첫 해이자 폐자원에너지화정책이 본격화 된 지 3년이 되는 시점에서 두 가지 정책을 주제로 세미나가 열리게 된 것을 뜻 깊게 생각한다”고 밝히면서, “음식물종량제 시행 초기에는 여러 불편을 주는 경우도 있었으나 기술보완과 시범사업을 통해 음식물쓰레기가 12% 감량되고 처리비용 절감효과도 나타났다”며 “정부에서는 예산지원과 함께 시민단체, 지자체와의 협력을 통해 종량제를 확대해 가고 있다”고 설명했다.
 

이어 그는 “2009년부터 시작한 폐자원에너지화 정책의 성과도 3년째 되는 올해부터 하나둘 나타나고 있다”며 “내년부터는 2,000억원 규모의 폐자원에너지화 기술 R&D를 새롭게 추진하게 돼 몇 년 후에는 폐자원에너지화 분야에 우리기술이 적용되면서 국내 사업이 더욱 탄력을 받아 수출산업으로도 성장할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

본격적인 주제발표에서는 관계자들의 열띤 논의가 진행됐으며 음식물쓰레기 처리기업들의 관련제품 전시도 함께 이뤄졌다.

한국지방행정연구원 최인수 박사의 사회로 진행된 이날 세미나는 크게 3부로 구성됐다. 1부에서는 △유기성폐자원 에너지화 정책과 과제(환경부 폐자원에너지팀 이재덕 사무관), △폐기물 해양투기에 대한 국제동향과 국내정책방향(한국해양연구원 정창수 박사), △소규모 유기성폐액 바이오가스 설비시스템(한솔엔지니어링(주) 김남천 연구소장), △음식물쓰레기 처리 및 신재생에너지 생산기술(G&P바이오텍(주) 서정습 대표이사), △음식물류 폐수와 침출수 병합처리기술(수도권매립지관리공사 에너지자원부 원종철 부장)을 세부주제로 한 ‘폐자원정책’에 관한 발표가 진행됐다.
 

‘폐자원에너지화 기술동향’을 주제로 한 2부에서는 △폐기물자원화 해외기술 동향 및 국내현황(한국지방행정연구원 최인수 박사), △음폐수 바이오가스화 기술 및 활용방안(포스코건설 R&D센터 이승용 박사), △음식물류폐기물을 이용한 바이오에너지화(수원대 토목공학과 이채영 교수), △유기성폐자원 바이오에너지 플랜트 실증(DHM(주) 이강현 본부장), △다단 수직형 혐기성 소화조를 이용한 유기성 폐기물 바이오가스화 기술((주)에코데이 김영노 연구소장)이 발표됐으며, 3부에서는 ‘음식물쓰레기종량제 발전방안’을 주제로 △음식물쓰레기종량제 이해(건국대 동물생명과학부 정승헌 교수), △RFID기반 음식물종량제 시스템((주)릭스오토메이션 김진석 이사)에 관해 다뤘다.

이날 세미나는 환경부, 국토해양부, 한국환경공단, 한국환경산업기술원, 수도권매립지관리공사, 한국해양연구원이 공동후원했다.
박희정 기자

제1부 

폐자원정책/특강/주제발표

좌장：구자건 교수 연세대학교 환경공학부

유기성폐자원 연료, 열, 전기 에너지화
유기성폐자원 에너지화 정책과 과제
환경부 자원순환국 에너지팀 이재덕 사무관

환경부(폐자원에너지팀)는 지난 2008년 10월에 발표한 ‘폐자원 및 바이오매스 에너지대책’을 통해 5개 분야 폐기물을 자원화 하는 내용을 발표했다. 가연성폐기물, 유기성폐기물, 소각여열, 매립가스, 산업폐가스 등을 에너지로 만든다는 내용이다. 특히 유기성폐자원을 에너지화 하는 사업은 음식물, 하수슬러지, 가축분뇨 등을 처리, 또는 회수해서 연료, 열, 전기 등으로 활용하게 된다.

이로써 2009년 7월 발표한 실행계획안에 따라 2013년까지 우리나라의 가연성 폐기믈처리장 27개소, 유기성폐기물 처리장 21개소, 소각여열 처리장 17개소, 매립가스 처리장 25개소가 설치되고, 2020년까지 각각 42개소, 32개소, 24개소, 25개소로 확장된다.

녹색성장의 일환으로 폐자원의 에너지화는 지난 2008년 대한민국 건국 60주년을 맞아 ‘저탄소 녹색성장’을 새로운 국가비전으로 제시, 녹색성장이 온실가스와 환경오염을 줄이는 ‘지속가능한 성장’의 대안으로 채택, 추진돼 왔다.

이에 환경부는 2013년까지 신재생에너지 보급목표를 3.78%로 잡고, 이중 83.7%는 폐자원 및 바이오메스를 활용한다는 계획이다. 2009년 기준 OECD국가별 신재생에너지 사용 비중은 평균 15.2%로, 아이슬란드가 83.4%, 캐나다 17.0%, 독일 10.0%, 미국 5.7%, 일본 3.4%이며, 한국은 1.6%로 아직 미미한 수준에 머무르고 있다.

우리나라는 바이오가스화 비중을 확대하기 위해 2016년까지 21개소에서 일일생산량 4,838톤 규모의 바이오가스화 시설 설치 및 안정적 운영을 계획하고, 유기성폐기물을 적정하게 처리할 예정이다. 또한 병합 바이오가스화 시설을 확대하여 음식물류, 가축분뇨, 하수슬러지 관련 시설을 통합, 비용 절감효과를 불러오고, 운용효율을 제고시키며, 추가적으로 중소형 매립장에 매립가스자원화 시설도 확충할 계획이다.

또한 「유기성폐자원 에너지화 촉진제도」를 개선하여 도시가스사업화에 적용하고, 바이오가스화시설 부산물 재활용 및 발전소 연료화 대상을 확대해 나갈 예정이다. 더욱이 바이오가스를 자동차 연료로 공급 확대하는 등 폐자원 재활용률을 높이고, 관련기술 개발과 전문인력 양성도 같이 추진하게 된다.

기술개발을 위해 정부는 2007년부터 ‘폐자원에너지화 및 Non CO2 온실가스 저감 사업단’을 운영해오면서 2010년 12월부터 2011년 7월까지 ‘폐자원 에너지화 기술개발사업’ 기획 연구를 추진한 바 있다.

또한 전문 인력 양성을 위해 전국에 5개 대학을 지정, ‘폐자원 에너지화 특성화대학원’을 운영토록 하여 2011년말기준 900명의 전문 인력을 배출시키고 있다. 이와 더불어 현장실무교육, 미취업자 고용 촉진 교육, 재직자 교육 등을 병행해서 시행하고 있다.

환경부는 이런 사업계획을 추진하기 위해 2020년까지 총7,500억 원의 펀드를 조성해, 국내외 폐자원 바이오메스 에너지화 사업 및 CDM(청정개발체제) 사업에 투자하여, 매립가스, 고형연료 등 바이오매스와 유기성폐자원을 에너지화할 계획이다.

해양투기 완전 금지 임박, 하폐수 전용 기술 시급
폐기물해양투기 국제동향과 국내 정책 방향
한국해양연구원 정창수 박사

우리나라가 바다에 폐기물을 버리기 시작한 것은 1980년 말부터로 25년이 지났다. 2009년 970만 톤을 해양에 투기한 것을 정점으로 지금까지 감소 추세를 보이고 있기는 하지만 아직도 400만 톤 이상의 폐기물이 한반도 동해와 서해에 버려지고 있다.

동해와 서해를 비교해보면 동해에 버려지는 투기물이 더 위험하고 이를 수거하기도 어려우며, 누적 진척도도 빠른 것으로 나타났다. “서해의 경우는 해류가 만에 유입된 후 회류해서 나감으로 폐기물도 같이 정화시킬 수 있다. 반면에 동해의 배출로는 폐쇄적”이라고 정창수 연구원이 설명했다.

우리나라는 2009년 37번째 국가로 런던의정서에 서약함으로써 해양투기 및 오염방지의 책임을 지는 회원국이 됐다. 현재 런던의정서 당사국은 42개국, 런던협약 가입국은 87개국에 이른다.

“아직도 분뇨, 음식물폐기물, 폐수, 오니, 준설토, 동식물폐기물 등 여러 가지 폐기물이 바다에 버려지고 있어 해양생태계 오염을 가중시키고 있다”고 정 연구원은 말한다. “2013년은 런던협약에 의거 해양투기가 전면 금지돼야 함에도 불구하고, 우리나라의 경우는 이를 문자 그대로 이행하기 힘든 상황이다.” 해양투기 전면금지 절차는 올해 하수처리오니와 가축분뇨에 대해 전면금지사항이 이행 발효됐고, 내년부터는 음폐수 등도 금지이행규정 조항에 포함된다.

우리나라는 약70% 정도를 이행할 수 있는 상황이라고 한다. 나머지 30%에 대해서는 국제협약이나 국가 간 거래를 통해 이루어 질 것으로 보인다.

현재 국내의 육지에서 발생하여 해양으로 배출되는 주요 폐기물을 보면, 2011년 기준 음식물폐기물폐수가 26%, 하폐수처리오니가 각각 22%, 19%, 가축분뇨 20%, 폐수 9%, 분뇨(인분) 0.6%, 그리고 수산가공잔재물이 0.1%의 비중을 차지하고 있다.

우리나라는 1988년 해양투기 시점에서부터 2010년 기준 총 1억2300만 톤 이상의 폐기물을 투기했고, 이 중 1억 톤 가량이 동해에 버려졌다. 2010년 한 해 동안 동해 2개 해역에 312만 톤, 서해 1개 해역에 136만 톤이 투기됐다. 국민 1인당 연간 100kg씩 바다에 쓰레기를 버린 셈이다.

해양에 투기된 폐기물은 90%정도가 해저토에 쌓여 저서생물의 생태계를 오염시켜, 여기서 수확한 수산물이 유통됨으로 인해 국민 건강에 해를 끼치게 된다. 바다 해양의 오염은 사회, 경제에도 영향을 미칠 뿐 아니라, 국제적으로도 이슈화돼 갈등을 초래하게 된다.

우리나라는 2006년 이후 녹색산업 촉진 정책을 실천해오면서 이와 병행된 해양투기 저감정책도 점진적으로 그 효과를 보이고 있다. 내용을 보면 가축분뇨 공동자원화 사업장이 준공되고, 쓰레기 종량제 실시에 따른 음식물 쓰레기 30%이상 감소, 가축 분뇨 등을 이용한 바이오가스 생산 등의 전향적인 노력이 기울여졌다.

폐기물이 투기됐던 해역도 환경이 개선돼 한국해양연구원이 투기금지해역에 정밀모니터링을 통해 조사한 결과, 저서생물 건강 상태가 회복됐고, 해저퇴적물 유기물 함량이 최대 85%까지 감소했으며, 투기해역 부영양화 발생빈도수도 대폭 줄어든 것으로 밝혀졌다.

이러한 정부의 노력이 국제적으로 인정을 받고 있고, 2011년 이후 2년 연속 런던협약/의정서 합동과학그룹회의 의장국으로써의 위상을 유지하고 있으며, 지난 5월 제주에서 개최된 제36차 런던협약 및 제6차 런던의정서 합동과학그룹회의에서 그 진면목을 보여줬다.

슬러지 처리해 바이오가스 생산
‘소규모 유기성 폐액 바이오가스 설비 시스템’
한솔엔지니어링(주) 김남천 연구소장

고농도 폐액을 처리 가공해 바이오 가스를 생산하는 한솔엔지니어링(주)이 본 세미나에 참여하여 그동안 연구개발한 내용 발표를 통해, 관계, 산업계, 학계, 연구원들에게 그 결과를 검증받고, 정보를 교류하는 장을 펼쳤다.

먼저 바이오가스라는 것은 바이오매스(Biomass)가 혐기미생물에 의해 소화 분해되어 생기는 가스로서 메탄과 수소가스가 대표적이다.

가스 생성을 위해 혐기미생물로 폐액을 소화 분해하는 ‘혐기성 소화’는 몇 가지 점에서 그 유용성이 검증됐다. 이는 고농도 폐액처리가 가능하고, 바이오가스를 부산물로 검출시킨다는 것이 주요 내용이며, 더불어 슬러지내 병원균을 사멸시켜주고, 소화 후 소량의 슬러지를 남기게 되며, 운영비가 매우 저렴한 것이 특징이다.

혐기성 소화의 단점으로 가스 생성에 이르기까지 체류기간이 길어 시설비가 많이 들고, 소화분해에 사용되는 미생물이 조건 값에 민감하게 반응하며, 처리수 오염이 심해 소화액에서 약간의 악취가 발생하게 된다.

바이오가스를 생산할 수 있는 폐액은 건식 혹은 습식 혐기공정을 거치게 되는데, 한솔엔지니어링의 방식은 습식으로 폐액은 수분을 다량 함유한 액상으로 오염농도가 높아 흘러가기 어려운 유형이다. 이런 폐액들은 주로 하수처리장, 음식물쓰레기 처리장, 산업시설, 일반 생활계에서 발생하며, 양돈 폐액과 고형상 퇴비연료도 여기에 속한다.

폐액들은 과거 단순처리 개념에서, 최근에는 자원이자 에너지원으로 분류·전환하려는 노력이 시도됐고, 이에 부응해서 한솔엔지니어링이 바이오가스 생산기술을 개발하기에 이르렀다.

폐액을 에너지로 직접 생산할 수 있는 조건을 보면, 농축슬러지 보다는 생슬러지가 좋고, 음식물폐기물은 음식물 자체 보다는 탈리, 침출수만이 가능하며, 산업장 폐액과 정화조 오니 등은 에너지화에 장애가 놓여 있는 것으로 연구 결과 드러났다. 또한 폐액을 용이하게 에너지화하려면 유기물 농도를 조절하고, 열이나 풍력으로 교반시키게 된다.

태양열을 이용한 바이오가스 소화조는 태양열로 온수를 생산한 후 히트파이프 설비를 통해 열을 공급하고, 기존에 ‘블러워’ 대신 상·하류 균등 혼합 인버터를 사용 기계적으로 믹싱을 시켜준다.

유기성폐기물 대상 바이오가스 생산은 원료 저장조에 저장된 혼합폐액을 전처리설비 공정을 거쳐 분·파쇄시켜 교반기를 통해 저장균등화 작업이 이루어진다.

이와 동시에 태양열 온수가 공급되고 처리 가공된 폐액은 농축조 고액분리 시스템과 가스홀더로 각각 나누어져 공급된다. 농축조 고액분리 시스템의 원료는 최종적으로 오수처리장에 투입되거나 발효퇴비 생산에 이용된다. 물론 가스홀더에 공급된 원료는 몇 가지 공정을 거쳐 가스 연료로 공급된다.

한솔엔지니어링의 소규모 유기성 폐액 바이오가스화 기술은 지구온난화를 적극 대응한 작품으로 저탄소 녹색사업으로 인정받아, 당당히 기술 선두 대열에 오르게 됐다.
 

음식물쓰레기가 에너지로 변한다
음식물쓰레기 처리 및 신·재생에너지 생산기술
지앤피바이오텍(주) 서정습 대표이사

2012년 6월, 서울 강북구에 있는 벽산아파트와 주변 주민들에게 원예용으로 쓰이는 액비를 무상 제공한 기업이 있다. 나누어준 액비는 다름 아닌 음식물폐기물을 처리하여 추출한 신재생에너지의 일종으로 지앤피바이오텍(주)(이하 ‘지앤피’)이 개발한 제품이다. 지앤피 서정습 대표이사는 본 세미나에 연사로 참석, 개발한 제품과 기술을 소개했다.

지앤피는 MFB(Micro-organism Fermentation Bio-energy) 공법을 이용, 음식물 발효감량처리기를 제조, 생산하여 공동주택 등 배출지 거점에 설치해 주민들이 버리는 음식물을 배출지에서 약 70%정도를 발효감량처리하고 남은 30%의 부산물은 한 달에 2∼3회에 걸쳐 열분해 유화장치가 설치돼 있는 자원순환시설로 이송해, 바이오 오일, 바이오 가스, 활성탄, 액비 등 신·재생에너지를 생산하는 기술로서 버려지는 음식물 폐자원을 모두 자원화하는 기술이다.

특히 지앤피의 MFB공법은 타사의 동종 기술과는 어느 정도 차별화돼 있는 부분이 있다. 먼저 시설비가 적게 들고, 음폐수가 배출되지 않아 폐수방류 또는 하수종말처리장과 연계될 필요가 없어 경제성이 높다. 자원순환 기간도 2일 정도로 짧고, 자치구별 배출원지 내에서 음식물을 처리, 에너지 자원으로 생산하는 방식이다.

남은 음식물을 발효 및 감량해주는 처리기에는 RFID가 장착돼 있고 감량률이 70%∼75%로 발효 시간은 약 8시간 걸린다. 제품의 특징으로는 음폐수가 배출되지 않고 악취가 없으며, 남은 음식물이 발효감량처리 되므로 음식물 배출이 없어 폐기물처리 기반기술이나 해양투기가 필요 없다. 음식폐기물 수거 차량 운행도 2/3로 감소, 이산화탄소 발생이 저감된다.

MFB공법으로 추출하는 부산물은 열분해 처리 후, 바이오 오일, 바이오 가스, 활성탄, 바이오 액비로 나눠진다. 바이오 오일은 연료와 전력 공급에 이용되고, 바이오 가스는 스팀 전력에 이용, 활성탄은 소각장 다이옥신 중금속 제거에 이용된다.

마지막으로 바이오 액비는 농가나 원예용으로 이용된다. 4종 에너지의 산출 비율은 백분율로 보면 바이오 오일이 30%, 바이오 가스 15%, 활성탄 10%, 액비가 40%의 비중을 차지한다.

지앤피는 2011년 11월 강북구 수유2동 벽산아파트 201동 146세대에 음식물 발효감량처리기를 시범 설치하여 세대당 배출량을 줄이는 가시적 효과를 거두고, 지속적으로 실용화를 촉진시켜 대체에너지 공급 및 확대에 기여해 나갈 계획이다.

음폐수, 침출수 병합처리 효율성 제고
음식물류 폐수와 침출수 병합처리 기술
수도권매립지관리공사 에너지자원부 원종철 부장

우리나라가 1992년 12월에 가입한 런던협약에 따라 2013년부터 음식물폐수(음폐수) 해양배출이 전면 금지된다. 우리나라는 2011년 기준 1일 약4,000톤 규모의 음폐수를 해양배출했고, 현재 육상처리 중인 대부분의 음폐수를 하수처리장 또는 침출수처리장에서 합병처리하고 있다.

이에 정부는 음폐수 병합처리시 문제점을 색출하여 효율적인 병합처리 대책을 세워 나가고 있다. 본 세미나를 통해 수도권매립지관리공사 원종철 부장으로부터 그 현황을 들어봤다.

음폐수 육상처리 방식은 크게 3가지가 있다. 하수 병합처리, 침출수 병합처리, 단독 처리하는 방식이다.
하수 병합처리 방식은 유기탄소원을 보충하는 효과가 있고 위탁수수료 등 부대수입을 올릴 수 있다. 단점으로는 악취방지시설이 필요하고, 슬러지 다량 발생으로 인한 처리비용이 증가하며, 유분 등의 배출 기준을 지키기 힘든 점이 있다.

침출수 병합처리 방식은 유기탄소원을 보충하고, 복합시설을 갖춰 대용량으로 음폐수 처리가 가능하며, 하수병합처리 대비 배출수질을 안정적으로 유지할 수 있으며, 부수적으로 부대수입도 발생한다. 반면에 악취방지시설이 필요하고, 슬러지 처리비, 약품비 등 비용이 발생한다.

단독처리방식은 증발, 농축, 소각 등을 거쳐 안정적으로 음폐수 처리가 가능하지만 처리비용이 높고, 별도 처리시설을 설치해야 하는 불편이 따른다.

현재 우리나라의 음폐수 수질 특성을 보면 BOD가 60,000∼100,000(단위: mg/L)이며, COD는 60,000∼300,000으로 침출수의 78배, 생활하수 대비 1,240배에 달한다. 음페수의 유분 및 염분농도는 0.5%∼1.0% 범위에 있다. 음폐수 처리현황을 보면 반입시 BOD 기준 160,000에서 떨어진 80,000이며, COD 기준 수치 210,000에서 떨어진 155,500, TSS 기준 수치 80,000을 밑도는 51,000 정도의 수준에서 가공되고 있다.

음폐수와 침출수를 병합 처리한 경우에 그 결과치를 놓고 볼 때, 몇 가지 문제점이 도출된다. 즉 음폐수 저류조의 스컴 누적에 따른 저장용량이 저하되고, 협잡물 과다로 인한 이송배관 폐색 및 잦은 설비 고장이 발생했다.

또한 발생한 스컴은 소화조 유입배관과 펌프를 막는 현상을 일으키고, 이송배관에 스케일이 급속히 형성돼 소화효율과 처리효율을 저하시킨다. 그리고 과량의 유기물 및 스컴 유입시 DO저하 및 거품이 발생한다. 이외에도 악취발생 요소가 증가한다.

따라서 스컴 발생 억제, 음폐수 협잡물 관리, 배관 스케일 제거, 거품 분출 억제 등의 조치가 선행돼야 한다고 진단했다.

향후 계속 확대될 음식물폐수 육상처리는 이에 따른 긍정적인 효과가 있을 것으로 기대되며, 해양오염을 방지하고, 음식물 폐수의 외부탄소원 활용으로 메탄 이용에 따른 비용을 절감시킬 수 있다. 그밖에도 바이오 가스 활용으로 온실가스를 감축시키며 처리시설을 수입재원으로 확충할 수 있을 것으로 보인다.
김승천 기자

제2부 

폐자원에너지화 기술동향
좌장：유기영 박사 서울시정개발연구원

과거 쓰레기는 매립되거나 불에 태워 없애는 쓸모없는 골칫거리였다. 하지만 한정되어진 자원의 재이용과 탄소배출을 억제함으로써 지구온난화를 방지하고자 하는 노력들이 지구촌에서 활발하게 일어나고 있다. 퓨쳐에코·efn 주최한 ‘2012 폐자원 전략 세미나’ 2부에서는 자원화 기술에 대한 동향과 기술에 대해서 소개되었다.

“바이오 가스의 경제성 분석과 검증 병행해야”
폐기물자원화 해외기술 동향 및 국내현황
한국지방행정연구원 최인수 박사

음식물폐기물, 농부산물 등 유기성 폐기물의 적정처리가 필요한 시점에서 바이오가스 플랜트(BGP)에 대한 관심과 수요가 증가하고 있다. 그렇지만 BGP에 대한 관심이 높은데에도 불구하고 국내 적용에는 실제적으로 어려움이 존재한다. 여기에는 설비투자비 부담 및 생산기술 확보문제나 바이오에너지에 대한 지원정책·제도의 미성숙 여건, 액비 등 부산물의 처리와 혐오시설 인식으로 인한 NIMBY 현상 등이다.

최인수 박사는 BGP가 7,000여개에 이르는 독일의 바이오가스 설비를 중심으로 국내 BGP 운영현황에 관한 분석을 통해 BGP의 실제적 적용에 관한 애로요인을 진단하고 이를 기초로 정책·제도적 지원방안을 논의했다. “바이오가스는 열병합발전소를 거처 전기와 열로 이용될 수 있으며, 가스정제 설비를 통해서 전기/열, 열, 바이오연료 등의 다양한 이용이 가능하다”고 설명했다.

국내의 BGP 정책은 지난 2009년 7개 부처가 합동으로 폐자원 및 바이오매스 에너지화 실행계획을 세워 2013년까지 병합가스화시설 17개소 등 총 21개 연교화시설을 확충한다는 계획이며 2020년까지 BGP시설을 28개소로 늘린다는 계획이다. 이를 위해 총 9.7천억을 투입할 계획이다.

이러한 투자계획에는 경제성과 검증을 함께 병행해야 한다고 설명했다. 생산효율과 판매수익 및 발전차액제도, 부산물과 사회적 편익을 면밀히 검토해야 한다는 얘기다.

기술적인 측면으로는 가스형태의 판매, 활용방안 확대, 발전효율 및 다양한 투입원별 통합 및 병합기술력 제고, 하수슬러지 분야는 특히 혐기소화 기술확보 및 신규시설 투자보다 노후시설 설비개선이 필요하다.

정책·제도적으로는 전력판매단가 확대가 필요하며 해양투기 금지에 따른 BGP의 투입원료 및 생산물·부산물의 거래시장 및 가격과 시장정보 관련 지원책 등이 필요하다고 설명했다. 마지막으로 거버넌스 측면으로는 자원순환 및 폐자원 에너지 회수에 대한 적극적인 참여기제의 제공을 통해 혐오시설 인식을 개선하고 로컬에너지의 자립성을 제고해야 한다고 언급했다.

“자체 데이터베이스를 통한 안정적인 소화조 운영” 
음폐수 바이오가스화 기술 및 활용방안
포스코건설 R&D 센터 기술연구소 이승용 박사

2012년에는 축산분뇨와 하수슬러지의 해양투기가 금지되었지만 2013년부터는 음식물류 폐기물까지 확대된다. 해양투기가 금지됨에 따라 고농도 유기물질은 혐기 미생물의 에너지원으로 바이오가스 생산을 통해 신재생에너지로의 활용이 필요하게 되었다. 유기물질은 혐기성 소화기술을 통해서 바이오가스 정제기술을 거쳐 도시가스나 차량연료로 재사용이 가능하다.

포스코건설의 혐기소화 기술은 ‘일체형 이상혐기 소화조’ 구조로, 일체형 이상혐기공정을 적용해 기존 CSTR형보다 반응유로가 길어 바이오가스 생산율이 높다. 또한 단순한 구조로 TS15% 이상 소화물질 투입이 가능하며 다양한 유기성 물질 혼합투입이 가능하다.

특히 산발효조와 메탄발효조 일체형으로 기존기술대비 컴팩트하여 부지소요 빛 제작비를 절감할 수 있는 특징을 지닌다. 펌프 및 배관 등을 제거해 단순한 운전과 방열면적 축소로 에너지 손실이 적고, ph의 버퍼존 형성으로 바이오가스 생산요율이 높다는 장점을 지닌다.

포스코건설 혐기소화 설비는 지난 2008년 광양에 파이롯 플랜트 준공을 통해 음폐수와 음식물폐기물을 바이오가스화하고 있으며, 2010년에는 수도권매립지에 설치해 바이오가스를 생성 발전기용으로 사용하고 있다. 또한 내년 7월에는 평창군에 상용화설비에서 차량용연료와 도시가스연료를 생산해낼 예정이다.

이승용 박사는 포스코건설의 혐기소화 기술과 설비에 대해서 소개하며 주요장치들과 스컴제거 시뮬레이션을 통해 스컴발생 억제와 교반력 증가를 통한 소화 효율 유지 및 안정성 증대가 가능함을 보여주었으며, 운전 데이터를 통해 일처리량과 COD, VFA 등에 대해 설명했다.

“최적의 운전조건 확립과 자체 데이터베이스를 통해 안정적으로 소화조를 운영할 수 있다”고 설명하며, “생성된 바이오가스는 발전기를 통해 소내 전력충당과 중온 소화에 필요한 가온에너지로 공급된다”며 활용성에 대해서 설명했다.

수소 발생 최적의 운전조건 발생 데이터와 저해요인 밝혀 
음식물류 폐기물을 이용한 바이오 에너지화
수원대학교 토목공학과 이채영 교수

수원대학교 이채영 교수는 ‘음식물류 폐기물을 이용한 바이오 에너지화’에 대한 주제발표를 진행했다. 이채영 교수는 도시화에 따른 음식물 쓰레기 발생량 증가와 그로 인해 야기되는 악취문제와 음식폐기물 난립, 전염병 발생 우려 등에 대해서 지적하며, 자원에너지화하는 방안이 필요하다고 지적했다.

아비다브 마스다는 2016년까지 총 27초5천억을 카본 프리도시를 만드는 것이 목표로 건설중에 있으며, 세계 각국이 탄소제로도시를 지향하고 있다. 수소연료전지에 기반의 도시를 운용하고 있는 덴마크나 독일의 프라이부르크, 캐나다의 독사이드, 리비아의 그린마운틴, 중국의 둥탄 등이 대표적인 탄소제로 도시를 지향하는 도시이다.

정부에서도 바이오가스 발전시스템과 태양광 집채광시스템, 초절수 양변기 등을 이용해 2020년까지 외부에너지를 거의 사용하지 않는 제로에너지 하우스를 지을 예정이다.

음식물폐기물을 이용한 수소생성 과정에서 어려운 부분은 수소를 발생하는 미생물을 배양하는 일이다. 음식물에는 다양한 균들이 들어있는데, 수소 발생을 위해서는 미생물을 키우기가 점. 이채영 교수는 기질 열처리시 중온 조건에서 초기 수소 생산이 원활히 진행된다는 점을 설명했다. 또한 수소 반응조의 pH는 5.0이상을 유지할 필요가 있는데, 알칼리 주입량 감소방안도 도출할 필요가 있음을 시사했다.

이채영 교수는 “음식물폐기물 농도가 30g car./L을 초과하게 되면 수소 수율이 감소하며 음식물 폐기물 농도를 높이더라도 수소 생산성이 더 이상 증가하지 않는다”고 설명하며 “SRT를 3.4d이상 유지할 필요가 있는데 유기물 부하를 높이기 위해 HRT 3.4d 미만에서 운전해야할 경우 침전을 통한 SRT 증대가 필요”하다고 설명했다.

음식물류 폐기물의 바이오 에너지 시스템 운전결과 반응조 온도는 중온 35℃, pH5.3, 탄수화물 농도 30g/L, 유기물 부하율 15kg/m3.d에서 최적 수소 가스 발생량을 보였으며, 수소가스 발생량은 2일동안 약 280L가 발생해 가장 많은 양이 발생되었음을 설명했다.

“신재생 바이오가스를 CNG 가스화로 고수익 창출 계획”
유기성폐자원 바이오에너지 플랜트 실증 발표
디에이치엠(주) 이강현 본부장

화석연료의 고갈에 따른 자원위기와 고탄소에너지를 사용함으로써 빚어지는 환경위기, 여기에 2012년 해양투기의 금지와 CO2배출권 등에 따른 환경규제가 강화됨에 따라 저탄소 녹색성장의 중요성이 보다 높아졌다. OECD 국가 중 한국의 신재생에너지 비중은 1.6%를 차지하는 미미한 수준이다.

디에이치엠(주)이강현 본부장은 해외 자원 순환형 바이오가스 플랜트 사례를 소개하며 국내사례를 발표했다. 일본은 음식쓰레기와 가축분뇨, 인분 등 유기성 폐기물 바이오가스의 에너지화를 추진하고 있으며, 독일은 축산농가 중심으로 개별농가형 바이오가스 플랜트 5천여기 이상이 보급되어 활성화되어 있는 수준이다.

국내에서는 대우건설의 아산시 바이오가스플랜트와 이지바이오시스템의 청녕군 바이오가스플랜트를 설치.운용하고 있다. 디에이치엠은 충남 홍성과 경기 안성, 전북 김제에 바이오에너지플랜트를 설치해 에너지를 생산해내고 있다.

국내외 하폐수 슬러지 이용 바이오에너지 설비시장규모는 미국이 42조, EU 64조, 일본이 18조 규모를 보이고 있으며, 한국은 8천8백억 규모다. 스위스의 베른 하수처리장의 에너지 자립율은 28%지만 국내 난지하수처리장의 에너지 자립율은 3.9%이며, 국내 평균 에너지 자립율은 0.8%에 지나지 않는다.

에너지 자립율 향상을 위해 정부는 2015년까지 목표자립율을 18%로 끌어올린다는 계획을 세웠다. 이를 위해서는 바이오가스 생산통합기술이 필요하다.

디에이치엠은 2005년부터 2007년까지 제1플랜트 실적을 올렸으며, 2009년까지는 제2플랜트를 준공했다. 지난해까지 제3플랜트를 준공했다. 특히 디에이치엠은 링블로워를 자체적으로 개발했으며, 방역기, 초고속 기어펌프, 발전기, 연료전기 블로워를 군민에 보급해오고 있다. 현재 바이오가스의 CNG 가스화 개발에 주력, 고수익 창출계획을 세우고 있다.

지난 2012년 3월에는 바이오가스 중 CO2와 CH4 분리정체 VPSA방식 시스템을 개발완료했다. 바이오가스 중 CO2 35%를 분리정제 후 자연순환 에너지로 활용할 수 있으며, CH4를 95% 고순도 CNG가스 에너지화로 활성화해 저탄소 녹색성장을 이룰 수 있다.

“하수처리장 소화조 개선이 아닌 고효율 소화조로의 변경이 필요”
다단수직형 혐기성 소화조를 이용한 유기성 폐기물 바이오가스화 기술
에코데이 김영노 연구소장

유기성 폐기물는 지난 2004년 이후 연 5%의 증가를 보이고 있으며, 2008년 기준으로 발생량은 약 8,500천톤/년에 달한다. 이중 재활용되고 있는 비중은 11%에 불과하며 육상매립이 6%, 소각이 13% 정도다. 2013년부터 해양배출이 전면 금지되는 유기성폐기물의 해결방법으로 혐기성 소화 등의 방법이 제시되고 있다.

(주)에코데이는 다단수직형 혐기성 소화조를 이용한 유기성 폐기물 바이오가스화 기술을 소개했다. 기존 소화조는 SRT 20일 확보를 위해 HRT 20일 이상 필요하다는 긴 체류기간과 약 60%의 낮은 소화율 그리고 낮은 소화율로 인해서 발생하는 스컴 발생과 교반효율이 부족하다는 단점을 보인다.

그렇지만 에코데이의 다단수직형 소화조는 다단 상향류 PFR형 유체 흐름과 슬러지 누적방지를 위한 내부순환펌프 교반과 E.CELL 및 발생가스를 이용한 자체교반을 가지고 있다는 게 특징이다. 이같은 구조는 대형기포 발생이나 단별 균일한 이동으로 혼합 사각지대가 없다는 것이 특징이며, 미생물 주위 미세기포제거, 물질전달 속도가 상승한다. 결과적으로 소화조의 안정성과 효율성을 확보할 수 있다.

특히 기존의 혐기성 소화기술에서는 스컴이 단일수면인 최상단으로 이동 누적되어 반응기 유효용적 감소와 처리효율의 저하를 가져왔을 뿐 아니라 이를 제거하기 위해 주기적으로 청소를 해야 하는 문제점이 있지만 다단수직형 소화조는 각단에서 수두압, 가스압, 체류기간 증가 및 교반효과로 스컴발생을 차단하고 상단 수면으로의 이동을 차단한다. 결과적으로 스컴으로 발생될 성분을 메탄가스로 전환 또는 완전분해하게 된다.

김영노 연구소장은 “유기성 폐기물 바이오가스화 성공을 위해서는 폐기물을 처리한다는 대상에서 폐기물을 자원화 즉 바이오가스 자원화하는 인식전환이 필요”하다며 “중온단상 혐기성 소화조 ECOPAD는 음식물 쓰레기 등 유기성 폐기물을 대상으로 한 바이오가스 생산시설로 적합함이 입증되었다”고 강조했다.

또한 하수처리장 소화조 개선사업시 교반기 교체 등의 설비개선만이 아닌 소화조 자체를 고효율 소화조로 변경할 필요가 있음을 시사했다.
이재용 기자

제3부 

음식물쓰레기 종량제 발전방안
좌장：이채영 수원대 토목공학과 교수

“종량제의 근본적 이해 필요해”
음식물쓰레기 종량제 이해
건국대 동물생명과학부 정승헌 교수

자연은 자연적으로 돌아가게 돼 있다. 인간이 자연을 개발하고 이용할 수 있다는 점이 강조되다 보니 자연이 자연에서 멀어지는 것이다. 이제 폐기물을 자연발생적으로 방치할 수 없는 상황이 됐고, 이러한 배경에서 종량제가 나오게 됐다. 즉 종량제란 인간의 욕망을 정부에서 인위적으로 제어하는 것이다. 특히 잘 사는 나라에서 이러한 제도가 필요하다. 국내에서 종량제라는 용어를 사용하게 된 것은 1995년부터다.

요즘 자원순환을 위해 신재생에너지의 개발이 활발하다. 문제는 신재생에너지를 만드는 것보다 사람들의 소비속도가 더 빠르다는 점이다. 신재생에너지를 만드는 데 고민하는 것보다 어떻게 하면 사람들의 욕망을 줄일 것인지를 고민하는 것이 더 효과적이라는 말이다.

녹색생활은 이제 선택이 아닌 필수다. 음식물쓰레기 줄이기 역시 이 가운데 하나다. 음식물은 생명에너지를 제공해준다. 그러나 현재 생활에너지보다도 생명에너지의 낭비가 훨씬 심하다. 음식물쓰레기를 발생하는 70%가 가정과 소형 음식점이며, 과도한 상차림으로 생명이 버려지고 있다.

왜 이 시점에서 종량제가 필요한 것인가. 산업화와 도시화로 환경의 오염과 파괴가 증가하는 것은 어느 누구도 부인하지 못할 것이다. 결국 지구가 더 이상 감당하기 어려워 여기저기서 분노를 나타내고 있다. 특히 기업들의 도덕적 책임이 요구된다. 기술의 문제가 아니라 도덕의 문제다.

이 시대는 우리 삶의 변화를 요구하고 있다. 이것이 종량제가 필요한 이유다. 그러나 이는 결코 쉬운 일이 아니다. 공무원, 주부, 기업인, 청소년들 모두의 생각을 바꿔야 하는 것이기 때문이다. 현재의 편리함을 선택할 것인가, 지구를 살리기 위한 불편함을 선택할 것인가.

“주민 이용편의 고려한 종량기기”
RFID기반 음식물종량제 시스템
(주)릭스오토메이션 김진섭 이사

하루동안 버려지는 음식물쓰레기는 15,000여톤. 음식물쓰레기로 인한 손실액은 2005년 연간 18조원이었고, 올해는 25조원으로 예상되고 있다. 음식물쓰레기를 20% 이상 감량하면 연간 5조원의 사회적 이익과 400여톤의 온실가스를 감축할 수 있다. RFID 종량기기가 그 해법이 될 것이다.

종량제 기기사업에는 크게 두 가지 사업방식이 있다. SPC(민간투자회사)방식과 리스 형태의 선투자방식이 있다. SPC방식은 재무적 투자자와 함께 컨소시엄을 구성해 지방자치단체 주관의 음식물쓰레기 종량제 사업의 관리를 위한 것이다.

경영·운영·홍보·서비스를 원스톱으로 추진할 수 있는 장점이 있다. 리스 선투자 방식은 투자운영사와 투자사 등이 음식물 계량장비의 구축비용을 선투자해 지자체에 설치하고, 설치비를 일정기간 원리금 분할 상환하는 방식이다.

우리 회사에서 개발한 것은 종량제 시스템의 장비부분이다. 아파트에 적용되는 RFID 개별 계량장비인데, 주민 이용편의를 고려해 발 페달 스위치를 이용해 개폐하는 방식이 특징이다. 또한 △부피센서감지 기능으로 음식물쓰레기 넘침 자동감지 시스템, △손 끼임 방지 안전장치 적용, △전자저울 이중 커버 구조로 로드셀에 오물 유입방지, △외부 냄새 차단기능 등이 있다.

결재는 선불 교통카드 방식과 RFID후불식 카드를 겸용한다. 이는 다양한 결재방식의 장점을 활용하기 위함이다. RFID 전용카드의 경우 관리사무소에서 일괄고지 할 수 있는 장점이 있으나, 연체 위험이 있고, 관리사무소가 없는 공동주택에는 적용이 안 되는 문제가 있다.

또한 음식물쓰레기 전용카드로만 사용돼 활용도가 떨어지며, 후불방식에서 선불방식으로 전환할 때 카드와 리더기 교체비용이 발생하게 된다. 선불카드는 연체 문제가 없고, 교통·유통카드와 겸용해 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한 선불방식과 후불방식의 겸용이 가능하며, 세대별 과금정산 등의 정보를 제공할 수 있다. 또한 별도의 관리시스템으로 유지보수가 용이하다. 반면 선불교통카드 결재에 대한 정산 수수료가 발생하는 단점이 있다.

후불카드는 선불카드와 마찬가지로, 연체가 없고 교통카드와 겸용할 수 있으며, 관리사무소에 의존적이지 않다는 장점을 가지는 한편으로, 카드 발급 절차가 까다로우며, 소액 결재에는 적합하지 않다. 신용카드 기능에 따른 추후 신용불량 등의 문제가 발생할 수도 있다.

“시ㆍ군 특징 반영한 비용편익분석 필요”
강원지역 음식물쓰레기 현황과 합리적인 처리방안
연세대 환경공학부 박동희 교수 

강원도 음식물류폐기물의 수거·처리 운영실태를 파악해 당면한 문제점을 해결할 수 있는 방안과 최적의 수거처리 방법을 제시하고자 지난해 4월부터 12월까지 관련 조사를 수행했다.

강원도의 총 예산대비 청소행정 예산은 2.5% 수준이며, 청소예산 중 음식물류폐기물 관련 예산은 14% 정도로 전국 평균값인 16%보다 낮다. 하지만 톤당 예산은 153,000원/톤으로 평균값인 95,000원/톤보다 매우 높다.

강원도의 음식물류폐기물의 평균 톤당 수거비는 62,000원/톤. 수거·처리 관련 지출비용의 평균 주민부담율은 15% 수준이며, 속초시, 인제군의 경우 100% 이상이다. 원가 보상율은 강원도의 경우 15%로 전기(90%), 가스(85%), 고속도로 통행료(82%)보다 매우 낮다.

수거방식 형태는 거점수거 방식에서 문전수거 방식으로 전환되고 있다. 문전수거 방식이 거점수거 방식보다 톤당 수거비용이 높다. 문전수거 방식인 춘천시가 거점수거 방식인 강릉시보다 산정된 연간 수거비용이 68,700만원/년 높다.

춘천시의 톤당 단가는 강릉시의 63,000원/톤의 2배인 121,000원/톤이다. 강릉시의 용역연구에 따르면, 강릉시의 경우 거점수거 방식을 문전수거 방식으로 전환할 경우 연간 20,500만원이 추가로 드는 것으로 분석됐다. 따라서 거점수거 방식을 문전수거 방식으로 전환할 경우 인건비 상승으로 인해 수거비 단가는 2배 이상 증가할 수 있으나, 이로 인한 발생량 감량효과에 의한 직·간접적 절감효과로 인해 총 사회비용은 감소한다.

행정구역별 음식물류폐기물 처리시설 운영형태를 보면, 자체 처리시설이 없는 속초시를 제외하고 소규모 시·군만 직영처리 중이다. 예산집행 효율성을 검토해본 결과, 위탁운영 방식이 직영운영 방식보다 45% 정도 톤당 처리비가 저렴했다.

환경부 연구에 따르면, 약 34만 가구 규모의 도시를 기준으로 RFID 기반 방식을 이용한 음식물류폐기물 종량제 시스템 도입 시 기기구입, 운영비용, 절감비용을 고려해 연간 약 4억원의 비용을 절감할 수 있을 것으로 분석됐다.

강원도 7개시의 아파트에 대해서만 RFID 시스템을 전면 시행할 경우 총 2,682대의 RFID가 필요하며 소요예산은 51억원으로 산정됐다. 따라서 강원도에 RFID 도입 시 시·군의 특징을 반영한 비용편익분석이 반드시 필요하다.
박희정 기자

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