바이오매스(biomass)는 에너지로 전환할 수 있는 동식물 유래 유기 물질 전체를 가리킨다. 나무, 농업 부산물, 식물성 기름, 가축 분뇨, 도시 유기폐기물, 매립 가스 등이 모두 포함되며, 직접 연소부터 발효·가스화에 이르기까지 다양한 경로로 열에너지, 연료, 전력으로 변환된다.[1]
1. 개요
바이오매스는 재생 에너지 가운데 가장 오래된 형태다. 인류가 불을 처음 사용하던 시점부터 나무와 풀을 태워 열을 얻어왔다는 점에서 사실상 인류 문명과 함께해 왔다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 바이오매스는 현재 세계 전체 1차 에너지 공급의 약 10분의 1을 차지하며, 세계 재생에너지 사용량의 약 4분의 3이 바이오매스에 기반하고 있다.[2]
바이오매스가 재생에너지로 분류되는 것은 식물이 성장하면서 대기 중 이산화탄소를 흡수하고, 연소나 분해 과정에서 그 탄소를 다시 방출하는 탄소 순환 구조 때문이다. 이론적으로 이 순환이 유지되는 한 대기 중 탄소 농도가 순증하지 않는다. 다만 산림 훼손 속도가 재성장 속도를 앞지르거나 비효율적인 연소가 이루어지면 실질적인 탄소 저감 효과는 줄어든다.
2. 정의와 범위
바이오매스는 크게 목질계, 농업 부산물계, 폐기물계, 수계(水系)로 나뉜다. 목질계 바이오매스는 임업 잔재물, 목재 펠릿, 목탄 등으로 구성되며, 세계 바이오에너지 공급에서 가장 큰 비중을 차지한다. 농업 부산물계에는 볏짚·옥수수대 같은 농작물 잔재와 사탕수수 착즙 후 남는 바가스(bagasse), 그리고 스위치그라스처럼 에너지 생산을 목적으로 재배하는 전용 에너지 작물이 포함된다.[3]
폐기물계 바이오매스는 음식 쓰레기, 가축 분뇨, 하수 슬러지, 매립지 발생 가스(LFG: Landfill Gas)를 아우른다. 매립지 가스는 메탄이 주성분으로, 별도의 처리 없이 대기 중에 방출되면 강력한 온실효과 물질로 작용하기 때문에 포집하여 발전 연료로 쓰는 것이 환경·경제적으로 이점이 있다. 수계 바이오매스인 미세조류는 아직 상업화 단계에 있지 않지만 단위 면적당 오일 생산성이 높아 차세대 바이오연료 원료로 주목받고 있다.
3. 역사와 형성 배경
전통적인 바이오매스 이용은 장작이나 숯을 태워 조리하고 난방하는 형태로 오랫동안 유지되어 왔다. 이러한 전통적 이용은 오늘날에도 사하라 이남 아프리카, 남아시아의 농촌 지역을 중심으로 수십억 명이 의존하고 있다. 그러나 밀폐된 공간에서의 비효율적인 연소는 미세먼지와 일산화탄소를 발생시켜 심각한 실내 공기 오염 문제를 일으킨다.
현대적 바이오매스 활용의 전환점은 1970년대 오일 쇼크 이후 찾아왔다. 중동 산유국의 수출 금지로 석유와 천연가스 공급이 급감하자, 브라질은 사탕수수 기반 바이오에탄올 대규모 생산 프로그램인 프로알코올(Proálcool)을 1975년에 시작하면서 액체 바이오연료 산업의 선구자가 되었다. 이후 유럽과 미국에서도 바이오디젤·바이오에탄올 보급 의무화 정책이 도입되며 현대적 바이오에너지 시장이 빠르게 확장되었다.[2]
4. 전환 기술과 에너지 형태
바이오매스를 에너지로 전환하는 주요 기술은 열화학적 경로와 생물학적 경로로 구분된다. 열화학적 경로에는 직접 연소, 가스화, 열분해가 포함된다. 직접 연소는 바이오매스를 산소 존재 하에 태워 열과 전력을 생산하는 가장 단순한 방식이다. 가스화는 고온·저산소 조건에서 바이오매스를 합성가스(syngas)로 변환하며, 열분해는 무산소 조건에서 가열해 바이오오일, 바이오차, 가스를 동시에 얻는 방식이다.
생물학적 전환 경로로는 혐기성 소화와 발효가 대표적이다. 혐기성 소화는 미생물이 유기물을 분해하면서 메탄 농도 60~70%의 바이오가스를 생산하는 방식으로, 하수처리장과 가축 분뇨 처리 시설에서 활발히 활용되고 있다. 발효는 당 또는 전분질 작물에 효소와 미생물을 작용시켜 바이오에탄올을 만드는 방법이며, 이렇게 생산된 에탄올은 휘발유와 혼합해 수송용 연료로 사용된다. 바이오에탄올과 바이오디젤을 포함하는 바이오연료는 항공기, 트럭, 선박 등 탈탄소화가 어려운 운송 부문에서 대안 연료로 주목받는다.[1]
5. 현황과 지속가능성
IEA의 「Renewables 2024」 보고서에 따르면 2023~2024년 브라질, 유럽연합, 인도가 새로운 바이오에너지 정책을 도입했다. 브라질은 2024년 10월 「미래의 연료법(Fuel of the Future law)」을 제정하면서 바이오메탄과 에탄올의 혼합 의무 비율을 높이고, 항공 부문의 온실가스 감축 목표도 포함시켰다. 인도는 압축 바이오가스 의무 혼합 제도를 도입하면서 2030년까지 바이오가스 사용량을 2023년 대비 90% 가까이 확대할 계획을 발표했다.[4]
한국에서는 한국에너지공단 신재생에너지센터가 바이오에너지 보급 통계와 인증 제도를 관할한다. 쓰레기매립지에서는 LFG를 포집해 발전에 활용하는 시설이 운영 중이며, 하수처리장의 혐기성 소화 가스도 발전과 지역난방에 연결되고 있다.[3] 바이오매스는 계절과 날씨에 관계없이 안정적으로 가동할 수 있다는 장점이 있지만, 인간 활동에서 비롯되는 원료 조달 과정에서 산림 파괴, 식량 생산과의 토지 경합, 수자원 소비 같은 부작용이 발생할 수 있다. EU의 재생에너지지침(RED III)은 식량·사료용 작물 원료 비중 상한과 온실가스 감축 기준을 명시하는 방식으로 국제 지속가능성 기준을 강화하고 있다.
7. 인용 및 각주
[1] Bioenergy Basics, U.S. Department of Energy, www.energy.gov(새 탭에서 열림)
[2] Bioenergy - IEA, International Energy Agency, www.iea.org(새 탭에서 열림)
[3] 신·재생에너지센터 바이오에너지, 한국에너지공단 신재생에너지센터, www.knrec.or.kr(새 탭에서 열림)
[4] Renewables 2024, International Energy Agency, www.iea.org(새 탭에서 열림)