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[돈 버는 탄소 중립 (13)] 폐기물에서 에너지로.. 매립지 가스발전의 혁명
최봉 산업경제 전문기자
입력 : 2024.07.23 00:30
ㅣ 수정 : 2024.07.24 06:04
[기사요약]
쓰레기 매립지 가스발전, 폐기물 관리와 에너지 생산 통합하는 혁신적·필수적 사업 방식
매립지 발생 가스를 효과적으로 포집·정제하여 전력 생산 - 환경 오염 줄이고, 재생 가능 에너지 생산에 기여
향후 폐기물 관리와 에너지 생산의 중요한 부분 차지할 것으로 기대
에너지 전환과 환경 보호 동시에 달성할 수 있는 잠재력 지니고 있어..
다양한 에너지·환경 정책이 도입되고 시행되면서 과거와 달리 관련 분야의 일선 기업들이 민간부문의 투자를 기다리고 있다. 마찬가지로 투자자들도 기후변화 및 에너지 변혁의 시대를 맞아 관련 분야를 찾고 있지만 생소한 분야이다 보니, 어떤 프로젝트가 정부로부터 인정받고 수익성을 올릴 수 있는지 옥석 가리기가 힘든 상황이다. ESG 금융의 물꼬를 제대로 된 수요처로 초기부터 잘 잡아 기업과 투자자가 상생할 수 있도록 본 시리즈를 기획한다. <편집자 주>
[뉴스투데이=유종민 홍익대학교 경제학부 교수] 쓰레기 매립지 가스발전(Landfill Gas to Energy, LFG)은 폐기물 매립지에서 발생하는 매립지 가스를 이용해 전력을 생산하는 기술이다.
온실가스를 줄이기 위해 많은 저감노력이 이뤄지고 있으며 그러한 수단들도 고갈되고 있는 가운데, 매립지에서 발생하는 가스발전은 최근 여러 국가에서 시도되고 있다.
기후환경기금 재원을 바탕으로 하고 수출입은행, 환경공단, 에너지공단에서 주관하는 국외감축사업으로 지원되고 있는 많은 투자 중 상당수가 해당 사업으로 시도되고 있을 정도이다.
• 한국은 매립지 가스발전사업에 비교우위 있어..
한국이 매립지 가스발전사업에 비교우위가 있는 이유는 우선 높은 인구 밀도와 도시화이다. 많은 인구가 밀집된 도시는 다량의 폐기물을 생성하게 된다.
이로 인해 매립지 가스발전에 필요한 매립지 가스를 충분히 확보할 수 있고, 폐기물의 양이 많다는 것은 매립지 가스 생산의 원료가 풍부하다는 것을 의미하며, 이는 안정적인 가스 공급을 가능하게 한다.
한국은 이러한 단계를 이미 거쳤고, 많은 동남아시아 및 아프리카 개도국들이 이러한 도시화 단계에 진입하고 있기 때문에 국외감축사업으로서도 주목받고 있는 것이다.
한국은 폐기물 관리에 있어서 선진화된 시스템을 갖추고 있다. 분리수거, 재활용, 폐기물 처리 등 다양한 분야에서 효율적인 관리가 이루어지고 있다.
이러한 시스템은 매립지 가스발전 사업의 성공적인 운영에 필수적인 요소이다. 폐기물이 적절히 관리되고 처리되기 때문에 매립지 가스의 생산 및 포집이 체계적으로 이루어질 수 있다.
게다가 한국은 전 세계적으로 인정받는 기술력을 보유하고 있으며, 이는 매립지 가스발전 사업에도 적용된다. 고효율의 가스 포집 및 정제 기술, 발전 기술 등이 이미 개발되어 있으며, 이를 적용할 수 있는 인프라도 잘 갖추어져 있다.
특히, ICT(정보통신기술)를 활용한 스마트 폐기물 관리 시스템은 매립지 가스발전의 효율성을 극대화하는 데 중요한 역할을 한다.
또한, 자원이 부족할수록 이러한 활용 방식은 매우 중요한 의미를 갖는다. 매립지 가스를 활용하여 에너지를 생산함으로써 에너지 수입 의존도를 줄이고, 자원의 재활용을 촉진할 수 있기 때문이다.
• 매립지 가스 - 가스 형성, 포집 및 정제, 연료사용 단계로 구성
매립지 가스는 폐기물이 매립된 후 유기물이 혐기성 분해를 통해 생성되는 가스를 말한다. 매립지 가스는 주로 메탄(CH₄)과 이산화탄소(CO₂)로 구성되며, 이 외에도 소량의 기타 가스들이 포함된다.
가스 형성 과정은 다음과 같은 단계로 이루어진다.
(1) 호기성 단계: 폐기물이 매립된 초기 단계에서 산소가 풍부한 조건에서 유기물이 호기성 미생물에 의해 분해된다. 이 단계에서는 주로 이산화탄소가 발생한다.
(2) 산성 단계: 매립지가 점점 깊어지면서 산소가 고갈되고 혐기성 조건이 형성된다. 이 단계에서는 산 생성 박테리아가 유기물을 휘발성 지방산으로 분해한다.
(3) 메탄 생성 단계: 최종적으로 메탄 생성 박테리아가 지방산을 메탄과 이산화탄소로 전환한다. 이 단계가 가장 긴 시간 동안 지속되며, 매립지 가스의 주요 성분인 메탄이 생성된다.
이렇게 형성된 메탄가스는 포집 및 정제 단계로 들어가는데, 매립지 내부에 여러 구멍을 뚫어 매립지 가스를 수집한다. 가까운 사례로는 서울 상암동의 난지도에 매립된 가스 수집배관이 있다.
수직 수거관은 지표면에서 매립지 깊이까지 설치되며, 수평 수거관은 매립지 내부를 가로지르며 가스를 수집한다. 수거된 가스를 중앙으로 모으는 집합관 시설을 거쳐 가면서, 가스의 압력을 조절하고 가스를 정제 시스템으로 보내는 역할을 한다. 이후 수거된 매립지 가스에서 황화수소(H₂S)와 같은 유해 가스 및 불순물을 제거하는 과정을 거친다.
정제된 매립지 가스는 주로 연료 성분으로 에너지 생산에 사용되는 메탄 (50~60%)을 포함한다. 그 외로는 에너지 생산에는 사용되지 않지만, 환경 모니터링과 규제 준수에 중요한 역할을 하는 이산화탄소 (40~50%), 기타 소량의 산소, 질소, 황화수소 등이 나오는데 이는 정제 과정에서 대부분 제거된다.
이렇게 정제된 매립지 가스는 발전소에서 연료로 사용되어 전기를 생산한다. 가스를 연소시켜 기계적 에너지를 생성하는 엔진은 일반적으로 내연 기관이나 가스터빈으로 구성된다.
가스 엔진은 가스를 연소시켜 피스톤을 움직이고, 이 기계적 에너지를 발전기로 전달한다. 가스 엔진에서 생성된 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 엔진에서 발생하는 열을 회수하여 추가적인 에너지를 생성하거나, 난방 용도로 활용할 수 있다. 이를 통해 시스템의 전체 효율성을 높일 수 있다.
• 다양한 이점 제공 - 메탄 배출 줄이고, 지구 온난화 방지
운영 및 유지보수에도 국내의 많은 기업은 경쟁력을 가진다. 매립지 내부의 가스 포집 관과 집합소의 상태를 정기적으로 점검하여 가스 누출을 방지하고, 가스 수집 효율을 유지하는 점검기술은 필수이다.
또한, 가스 엔진과 발전기의 성능을 최적화하기 위해 정기적인 점검과 부품 교체가 필요하다. 환경 모니터링을 위해서 가스 배출량과 주변 환경에 미치는 영향을 지속적으로 모니터링하여 규제 기준을 준수하는 경험과 기술도 필수이다.
매립지 가스발전은 다양한 환경적·경제적 이점을 제공한다. 가장 먼저 메탄은 강력한 온실가스 중 하나로, 대기 중으로 배출될 경우 지구 온난화에 큰 영향을 미친다. 매립지 가스를 포집하여 연료로 사용함으로써 메탄 배출을 줄이고, 지구 온난화를 방지할 수 있다.
게다가 매립지 가스는 지속적으로 생성되므로 재생 가능한 에너지원으로 간주된다. 이를 통해 화석 연료 의존도를 줄이고, 에너지 안보를 강화할 수 있다.
사업주 입장에서는 매립지 가스발전으로 지역사회에 저렴한 전기를 공급할 수 있으며, 이를 통해 에너지 비용을 절감할 수 있다. 또한, 폐기물 관리 비용도 절감할 수 있다. 즉 매립지 가스발전은 폐기물을 자원으로 활용하는 방법으로, 자원 순환을 촉진하고 폐기물의 부가가치를 높일 수 있다.
[정리=최봉 산업경제 전문기자]
◀ 유종민(Yu, Jongmin) 프로필 ▶ 미국 일리노이대 응용경제학 박사 / 서울대학교 경제학 학사 / 홍익대학교 경제학부 교수 / 미국 포틀랜드 주립대 겸임교수 / 환경부 배출권 할당심의위원회 위원 / 한국수출입은행 외부사업 자문위원 / (전) 자본시장연구원 연구위원 / (전)한국은행 조사역 / (전)국무총리실 녹색성장위원회 위원 / (전)기획재정부 뉴딜실무지원단 자문위원 / (전)환경부 중앙정책심의위원
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