바이오매스 Biomass

'바이오매스'란?

바이오매스(Biomass) = 생물 'Bio' + 양 'Mass'

화석연료 이외의 생물에서 얻은 재생 가능한 에너지를 바이오매스에너지라 통칭합니다.

산업화 이후 석탄, 석유 등 화석 연료를 많이 사용왔지만, 산업화 이전 인류는 에너지의 대부분을 동·식물에서 얻었습니다. 바이오매스에너지의 원천은 태양이라고도 할 수 있습니다. 식물은 태양 빛을 받아 광합성을 하여 에너지를 획득합니다. 동물은 식물을 섭취하여 간접적으로 태양 에너지를 얻습니다. 그리고 인간은 식물과 동물을 통해 태양에너지를 획득했습니다. 동물의 가죽을 벗겨 옷을 만들었고 나무를 베어 온돌을 데웠습니다. 이 모든 에너지는 모두 바이오매스에서 나온 것입니다.

 

인간이 불을 발견한 이후 바이오매스는 가장 중요한 열에너지 공급원이었습니다. 전 세계의 많은 사람이 여전히 나무를 태워 겨울의 혹독한 추위를 견뎌내고 있습니다. 고래기름을 사용해 등불을 밝힌 1800년대 유럽의 가로등도 바이오매스를 이용한 사례입니다. 포드 자동차가 출시한 첫 번째 T 시리즈 자동차도 에탄올을 사용했습니다. 놀랍게도 최근 들어 가솔린 엔진을 바이오매스 엔진으로 대체하려는 시도도 활발히 진행 중입니다.

 

바이오매스의 에너지원

화석연료를 대체할 신재생 에너지의 후보 중 하나로 주목 받는 바이오매스에너지는 유기성 폐기물, 농임산 부산물과 에너지 생산 목적으로 경작 된 에너지 작물 등으로 매우 다양합니다.

 

목질계 바이오매스나 농산물계 바이오매스 등은 함유한 수분이 적어 연소나 가스화 등 열화학적 변환이 용이한 에너지원입니다.

 

축산폐기물, 산업 폐수, 슬러지 등은 수분이 많아서 메탄발효 등의 생물화학적 변환을 통해 가스 자원으로 이용합니다.

 

에너지 작물은 처음부터 에너지 생산을 목적으로 재배한 작물입니다. 수목 등 삼림바이오매스나 사탕수수, 팜 등이 이에 해당합니다.

 

바이오매스는 서로 다른 물리화학적 특성을 가지며 2050년경에는 전 세계 총 에너지 소비량의 15%를 차지할 것이라는 전망도 나오고 있습니다.

 

바이오매스(Biomass)란 원래 주변에서 흔히 찾아 볼 수 있는 다양한 조류 및 나무, 꽃, 풀, 가지, 잎, 뿌리, 열매 등 광합성으로 생성되는 모든 식물자원을 말합니다. 최근에는 톱밥, 볏짚부터 음식물쓰레기 및 하수 슬러지, 축산분뇨에 이르기까지 산업 활동에서 발생하는 유기성 폐자원을 모두 바이오매스 자원이라고 말합니다.

 

바이오매스 에너지로 전기를 얻는 방식

바이오매스 에너지로 전기를 얻는 방식은 크게 세 가지입니다.

 

우선 목재 등을 태워서 데운 물로 수증기를 만들어 발전용 터빈을 돌리는 직접연소 방식이 있습니다.

가장 고전적인 방법으로, 우리 선조가 바이오매스 에너지를 이용하던 방식과 유사합니다. 연료로는 가구를 만들다 발생한 목재 찌꺼기, 가연성 쓰레기, 정제한 폐유 등을 사용합니다. 목재 찌꺼기는 압축하여 작은 고형물 형태의 팔레트로 만들어 사용합니다. 수증기를 이용하는 방식 자체는 일반적인 화력발전과 같습니다. 직접연소 방식으로 얻을 수 있는 온도는 상대적으로 낮기 때문에 대형 시설을 갖추지 않으면 열효율이 떨어집니다. 반대로 대형화 하면 할수록 대량의 목재를 안정적으로 조달해야 하는 만큼 목재의 품질이나 운반, 가동 등의 조건을 갖추기 까다롭습니다.

 

열분해 가스화 방식은 목재 팔레트나 가연성 쓰레기를 고온에서 열처리하여 발생시킨 가스로 터빈을 돌립니다. 목재를 가열하면 200도까지는 목재 중의 수분이 증발하고 250도 전후부터 열분해가 시작되며 700도 이상에서 가스화 반응이 시작됩니다. 연소 온도가 비교적 높고, 연소 가능 성분도 최대한 활용하기 때문에 직접 연소 방식보다 소규모 발전소를 경제적으로 운용할 수 있는 것이 장점입니다.

 

생물학적 변환 방식은 발효하기 쉬운 오염수나 가축의 분뇨 등을 발효 시켜 메탄 등의 가스를 발생시키고 이 바이오 가스를 연료로 삼아 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 목질계 바이오매스는 비교적 수분 함유율이 낮기 때문에 자연 건조 후에 연소하여 에너지를 얻을 수 있지만 식품 폐기물, 축산 폐기물 등은 수분을 다량 함유하여 건조 공정을 거치지 않으면 연소시킬 수 없습니다. 또한 연소 온도가 높지 않아 열효율이 낮아 경제성이 떨어집니다. 이러한 이유로 수분이 많은 바이오매스를 활용할 때는 직접 연소 방식이나 열분해 가스화 방식이 아니라 생물학적 변환 방식을 이용하여 폐기물을 유용하게 활용합니다. 발생하는 가스의 발열량도 많아서 높은 열효율을 기대할 수 있습니다.

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바이오매스를 이용해 직접 알코올이나 디젤과 비슷한 화학 성분을 추출하여 에너지를 얻을 수도 있습니다. 주로 미국과 브라질과 같은 농업 대국에서 사탕수수나 옥수수를 원료로 효모를 이용해 알코올을 추출하여 이를 압축해 연료용 에탄올로 사용하며 가솔린과 혼합하여 휘발유 대신 쓸 수 있습니다. 바이오 디젤은 바이오매스의 한 종류인 식물성 기름으로 만들어집니다. 화학 반응에 의해 식물성 기름을 분해하여 작은 분자로 쪼개 끈적끈적한 점성을 제거하면 디젤 엔진에서 사용할 수 있을 정도로 충분한 열량을 제공할 수 있습니다. 바이오매스를 이용해 만든 연료는 화석 연료보다 10% 이상 많은 산소를 포함하기 때문에 완전 연소가 일어나 대기 오염 물질이 50% 이상 적게 배출됩니다. 바이오 디젤을 1kg 사용할 때 배출하는 이산화탄소량이 경유 3.2kg이 배출하는 이산화탄소량과 비슷한 정도입니다.

 

 

 

[출처]

https://e-policy.or.kr/education/list_1.php?admin_mode=read&no=5509&make=&search=&prd_cate=10

쉽게 배우는 에너지 - 에너지정보소통센터

https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222173127365

[스토리] 에너지 패러다임(11) 생태계에서 순환하는 생명의 에너지, 바이오매스

https://gscaltexmediahub.com/energy/energy-of-next-generation-1/

차세대 에너지원 이야기 1 – 바이오매스란 무엇인가? | GS칼텍스 공식 블로그 : 미디어허브