경제·인문사회연구회 녹색성장 종합연구 총서 10-02-36

기본연구보고서 10-30

바이오에너지 산업 육성을 통한 FTA

대응전략 연구 :

유기성 폐자원의 에너지화에 따른 기후변화 대응

잠재력 연구 -

권 혁 수

조 상 민

녹색성장 종합연구

총서일련번호

연구기관 고유

일련번호연 구 보 고 서 명 연구기관

10-02-25 10-35 자동차 연비 및 온실가스 규제방안 연구

10-02-26 10-15배출권거래제도와 신재생에너지 공급의무화 제도 연계방안 연구

10-02-27 10-16자유무역협정(FTA)의 에너지수급구조 및 온실가스 배출 파급효과 분석

10-02-28 10-17 2012년 이후 국제 탄소시장 전망 및 활용전략 연구

10-02-29 10-18 탑-러너 제도의 친경쟁적 도입 방안 연구

10-02-30 10-13 광역경제권 신재생에너지 선도산업의 육성방안 연구

10-02-31 10-9 에너지효율시장 조성방안 연구

10-02-32 10-14신재생에너지 부품․ 소재 산업 육성을 통한 수출산업화 전략 연구

에너지경제연구원

10-02-33 10-12스마트그리드 구축을 위한 시장참여자의 역할과 정책방향

10-02-34 10-28미래 수소경제 실현을 위한 기반구축 연구: 가정 ․상업 및 발전부문의 수소공급 인프라 구축

10-02-35 10-29미래 수소경제 실현을 위한 기반구축 연구: 수소경제 이행의 산업 및 국민경제 파급효과 분석

10-02-36 10-30바이오에너지산업 육성을 통한 FTA 대응전략 연구: 유기성 폐자원의 에너지화에 따른 기후변화 대응 잠재력 연구

10-02-37 10-31바이오에너지산업 육성을 통한 FTA 대응전략 연구: 축산물과 쓰레기를 이용한 바이오가스 생산의 환경적 가치 추정

10-02-38 10-32저탄소 경제시스템 구축 전략 연구: 상․ 하향식 통합모형 개발 및 저탄소 정책효과 분석

2010년 경제·인문사회연구회 녹색성장 종합연구 총서

바이오에너지 산업 육성을 통한 FTA 대응전략 연구 :

유기성 폐자원의 에너지화에 따른 기후변화 대응 잠재력 연구

1. 녹색성장 종합연구 총서 시리즈

녹색성장 종합연구

총서일련번호

연구기관 고유

일련번호연 구 보 고 서 명 연구기관

10-02-39 10-33저탄소 경제시스템 구축 전략 연구: 저탄소 경제체제 구축전략 수립

에너지경제연구원

10-02-40 10-26에너지부문의 기후변화 대응과 연계한 녹색성장 전략 연구: 녹색성장 정책수단의 효과 분석

10-02-41 10-27에너지부문의 기후변화 대응과 연계한 녹색성장 전략 연구: 기후대응 녹색에너지산업의 시장 확대방안 분석

10-02-42 10-25 시장친화형 에너지 가격체계 구축 종합 연구

10-02-43 10-20저소비ㆍ고효율 경제사회 구축을 위한 국가 에너지효율화 추진전략 연구

2. 참여연구진

연구기관 연구책임자 참여연구진

주 관연구기관

에너지경제연구원

권혁수 선임연구위원

조상민 책임연구원 배정환 전남대학교 교수

요약 i

<요 약>

1. 연구 배경 및 목적

우리나라는 에너지 자급률 3%, 식량자급율 26%로서 에너지원, 원자

재, 식량자재의 대부분을 외국에 의존하고 있으며, 그 중에 에너지원

의 97%를 외국에서 수입하고 있으며, 에너지원의 대부분은 석유자원

이다. 에너지원 및 원자재의 유한성, 희소성에 의하여 국가의 지속성

의 확보를 위하여 자원의 확보가 최근에 가장 중요한 사회적 이슈로

부각되고 있다. 이러한 시점에서 바이오매스 등에 의한 재생에너지의

이용을 확대하여 가는 것은 가장 중요한 과제 중에 하나이다.

우리나라의 폐기물 유래의 바이오매스 자원은 년간 7천6백만 톤 정

도가 발생하며, 그 중에 5천만톤이 가축분뇨에 유래하고 있다. 현재

집계되고 있는 통계상으로는 이들 발생량 중에 5천6백만 톤이 재활용

되고 있는 것으로 집계되고 있으나, 그 대부분이 재활용보다는 처리관

점에서 관리되고 있는 실정이다. 이들을 이용하여 바이오가스를 회수

하여 에너지로 이용되고 있는 비율은 극히 미비한 실정이다.

또한 2013년까지 가축분뇨, 하폐수슬러지, 음식물류 폐수 등의 해양

배출이 전면 금지되면서, 육상처리가 전제되어진 처리방법의 모색이

요구된다.

본 연구는 ‘바이오에너지 산업육성을 통한 FTA 대응전략’ 이라는 3

개년 연구사업의 제3차년도 과제이다. 비점오염원으로서의 유기성 폐

기물을 처리함에 있어서 ‘바이오가스’와 같은 에너지로 전환하는 기술

ii

을 적용하는 것을 전제하고, 유기성 폐기물의 에너지화를 확대하기 위

해 정부가 지원정책을 수립할 경우 지원에 필요한 적절한 세원 확보

수단이 무엇인지를 분석하기 위해 수행되었다. 1차년도에는 바이오디

젤을 주요 연구 대상으로 삼았고, 한미 FTA로 인해 상대적 취약 부문

인 농업부문의 상대적 손실을 연산가능일반균형모형(Computable

General Equilibrium Model: CGE)을 이용하여 추산하고, 이에 대한

지원정책으로 바이오디젤 산업을 육성할 경우 그로 인한 파급효과를

분석하였다. 또한 2008년에는 전 세계적으로 유가 상승과 더불어 주요

곡물가격 급등으로 세계 경제가 침체기에 빠졌었는데, 그에 대한 주요

원인으로 바이오연료 공급 확대가 지목되었었다. 따라서 1차년도에는

추가 연구로 시계열 계량기법을 이용하여 원인규명을 시도하였고, 구

조방정식을 통해 그러한 충격이 국내 사료 및 축산시장에 미치는 영

향을 분석하였다. 이어서 2차년도에는 목질계 바이오매스가 주요 연구

대상이었다. 그리고 FTA에 따른 두 번째 지원방안으로 목질계 바이오

매스를 이용한 전력 및 열에너지 생산 시 정부가 지원정책을 실시하

는 것으로 전제하였다. 이 경우 적절한 지원정책으로 가격보조정책과

공공지출 확대 정책 가운데 어떤 정책이 사회 후생 측면이나 국내총

생산, 그리고 온실가스 저감 측면에서 우월한지를 CGE 모형을 통해

분석하였다.

서두에 밝힌 바와 같이, 제3차년도에는 유기성 폐자원1)을 ‘바이오가

스’와 같은 에너지로 전환할 경우 경제성이 낮아지고, 보급 활성화를

위해서는 정부 지원이 필요하게 된다. 그리고 지원에 따른 재원 확보

1) 본 보고서에서 유기성 폐자원이라고 명명한 까닭은 폐기물이라고 할 경우 자원화

의 가능성을 배제하기 때문에 이제는 폐기물도 자원이 될 수 있다는 것을 강조하

기 위함이다. 이런 맥락에서 폐자원이라는 다소 모순적인 용어를 사용하였다.

요약 iii

를 위해 간접적인 세원(tax base)을 축산물에 대한 생산세 부과와 식

품 소비에 대한 소비세 부과로 나누어 각각에 대한 경제적, 환경적 효

과를 CGE 모형을 이용하여 분석함을 목적으로 한다. 유기성 폐기물에

대한 규제가 국내외적으로 강화되고 있는 시점에서 본 연구를 통해

유기성 폐기물의 자원 및 에너지화를 촉진하기 위한 지원정책을 검토

하고, 이를 개선하기 위한 방안을 연구하는 것은 매우 시의적절하다

할 것이다.

2. 연구 목적 및 방법

본 연구의 대상은 유기성 폐기물인 음식물 폐기물과 축산분뇨 및

하수 슬러지 등을 이용하여, LNG와 거의 같은 성질을 갖는 바이오가

스라는 에너지로 전환하는 기술과 그러한 기술에 대한 정부 지원 정

책이다. 특히 유기성 폐기물은 주로 축산농가에서 가축을 사육하는 과

정에서 배출되는 축산 분뇨나 음식물을 소비하는 과정에서 발생하는

음식 폐기물들이 비점오염원이라는 점에서 점오염원과는 다르게 접근

해야 한다. 후에 상술하겠지만 비점오염원은 오염원과 배출 간의 관

계, 배출과 오염피해 간의 관계가 불확실하여 점오염원과 같이 배출량

에 대해 환경세를 부과하는 방식을 적용하기가 어렵다. 따라서 비점오

염원의 경우 간접적인 세원으로 축산물 생산이나 식품소비에 대해 유

기성 폐기물세와 같은 부담금을 부과하는 방식이 더 적절할 수 있다.

신규 조세 제도의 도입에 따른 경제적 및 환경적 영향 분석에 일반

적으로 널리 사용하는 분석기법으로는 CGE 모형이 있다. CGE 모형은

한 연도에 대해 분석하는 정태 모형과 다년도를 대상으로 하는 동태

iv

모형으로 크게 구분할 수 있고, 이밖에 소규모 개방경제를 가정하는

개방모형과 무역 부문을 고려하지 않는 폐쇄모형, 두 경제간의 상호작

용을 감안하는 2국 모형, 3국 이상의 상호관계를 고려한 다국모형, 한

경제와 다른 모든 경제를 하나의 경제로 묶는 일국 모형 등으로 구분

할 수 있다. 본 연구에서는 우리나라를 소규모 개방경제로 가정하고,

무역 대상국은 우리나라를 제외한 전세계로 묶는 소규모 일국 개방경

제로 전제하고, 한 년도에 대해서만 분석하는 정태 모형을 기본으로

한다. 물론 인구 성장률이나 경제성장률, 물가 등 유기성 폐기물 발생

량과 연관성이 높은 동태적 인자들을 고려하기 위해서는 동태 모형이

이론적으로는 더 적합하지만, 동태적 인자들을 결정하기 위해서는 다

시 많은 가정들이 필요하게 된다. 결국 이러한 가정들을 포함할 경우

동태 모형이 정태 모형보다 더 우수하다고 단언하기는 어려운 일이다.

본 연구에서는 일국 소규모 개방경제를 가정한 정태 CGE 모형을

이용하여 유기성 폐기물을 바이오가스화할 경우 어떤 유기성 페기물

세를 도입하는 것이 경제적, 환경적 측면에서 더 적절한지를 분석하고

자 한다.

3. 주요 연구결과

바이오가스 이용기술은 다른 어느 에너지보다 낮은 수준이다. 우리

나라에서 유기물을 혐기 소화하는 기술이 도입된 것은 1969년이었고,

1980대에 들어와서는 고형분 함량이 10%를 초과하는 유기물질을 혐기

소화하는 기술이 개발됨으로써 기술개발은 물론 상업화에도 커다란

진전있었다. 그러나 주로 농가에서 퇴비화 과정 중에 발생하는 바이오

요약 v

가스를 취사 등에 이용하는 수준이었으나, 부식가스로 인한 장치의 관

리가 어렵고 특히, 동절기에 가스발생량이 현저히 저하됨으로써 그 실

효성을 잃었다. 이후 가축분뇨 공동처리장에 적용되었던 완전혼합 반

응기형(BMA, AF형, HAF 등) 혐기성 소화시설은 혐기성 미생물에 적

합한 온도유지의 어려움, 가축분뇨에 고동도로 함유된 암모니아의 혐

기성 기성 미생물에 대한 독성작용, 공정의 과부하 등으로 낮은 처리

효율의 문제점이 발생하여 상기 공정으로 운영 중이거나 계획 중인

처리장의 시설개선작업이 실시되고 있는 실정이다.

이러한 기술적인 한계점은 고형물 함량이 높은 폐기물을 처리할 수

있는 혐기성 소화공법의 발전과 더불어 음식물류 페기물과의 병합처

리에 의해 극복될 수 있을 것으로 예상 하고 정책적으로 대체에너지

기술개발 및 보급 확대를 적극적으로 추진하고 있으므로 가축분뇨를

이용한 바이오가스 생산은 점차 확대될 것으로 전망된다.

이 중 혐기성 소화에 의한 바이오가스 에너지화 연구개발은 국내

소수 기업이 현재 일부 소규모(20톤/일 규모)로 진행하고 있으며, 대

규모 실증 시설이 대형 건설사 주도로 사업이 추진되고 있다. 국내의

대표적 실증 공정사례는 아래 표와 같으며, 유기성폐기물 병합소화를

통한 바이오가스 에너지화 관련 특허는 2007년에 40여건이 특허청에

특허를 받았다.2) 그러나 소화조 운전 노하우 부족과 기술체계 미비,

정책적 지원 미흡으로 국내 정착에는 실패하였다.

최근 들어 산업화, 도시화에 따른 다량의 고농도 유기성 폐기물의

발생으로 유기성 폐기물의 혐기소화에 대한 실증 연구를 추진하고 있

2) 지식경제부 (2010) 고농도 유기성 바이오매스의 선택적 고율 이상혐기성 공정을 이

용한 바이오가스 발전: 최종보고서

vi

으며, 현재 상용화 되고 있는 혐기소화시설은 가축분뇨 및 음식물쓰레

기 복합처리용으로 한국에너지기술연구소와 (주)한라산업개발이 개발

한 중온 혐기성 여상형 반응기를 이용한 이상소화시스템으로 안양시(3

㎥/일), 의왕시(15㎥/일), 파주시(80㎥/일)에서 운전중이며, 농업과학기

술원과 (주)코오롱건설이 공동으로 개발한 CSTR(ContinuousStirred

Tank Reactor) 방식의 혐기소화조(10㎥/일)가 충남 성환에 건설된 바

있다. (주)대우건설은 UASB(UpflowAnaerobic Sludge Blanket) 반응조

를 이용한 정화처리 개념의 혐기소화 pilot 시설을 수원 축산기술연구

소에 설치 가동 중에 있다.

문제는 원료물질의 전처리 미흡으로 인한 잦은 기계 고장, 혐기소화

액의 활용 방안 부재, 생산 바이오가스의 이용률 저조 등으로 실질적

인 경제성을 확보하는데 어려움이 있어 혐기소화기술 외에 제반 기술

의 통합 연구가 요구되고 있는 실정이다

최근 들어 (주)유니슨, (주)대우건설, (주)DHM, (주)다코스 등이 농

가형 바이오가스 생산시설을 건설하고, 한경대학교와 (주)금호건설은

경기도와 안성시의 지원으로 연구용 바이오가스 시설을 추진하는 등

상용화 중심의 실증시설이 들어 서고 있어 향후 이들 시설에 대한 전

반적인 성능 및 경제성 평가에 귀추가 주목된다.

따라서 본 연구에서 이를 감안하여 평가를 위해 모형 추정 결과, 축

산부문에 대한 생산세 부과 시나리오와 식품산업에 대한 소비세 부과

시나리오에서 GDP나 정부수입과 같은 거시경제지표에 대한 영향은

비슷한 것으로 나타났다. 다만 식품 소비에 대한 유기성 폐기물세의

경우 소비자 후생에 보다 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.

그러나 온실가스 저감 측면에서는 저감량이나 저감비용 측면에서 식

요약 vii

품 소비에 대한 유기성 폐기물세가 더 우수한 것으로 나타났다.

한편 분배의 측면에서 저소득층 중심인 축산업에 대한 생산세 부과

시 형평성 문제를 야기할 수 있다. 그리고 영향이 보다 포괄적이고,

분배적 측면의 문제가 더 적은 식품 산업에 대한 소비세 부과가 더

현실적인 대안인 것으로 분석되었다. 또한 식품소비에 대한 유기성 폐

기물세가 축산물 생산에 대한 유기성 폐기물세보다 경제적, 환경적,

사회적 측면에서 더 바람직한 것으로 나타났다.

우리나라는 80년대의 대체에너지관련 연구 및 적용, 90년대에 꾸준

한 연구개발, 2000년대에 들어와 기후변화협약과 연계, 이러한 바이오

가스화에 대한 관심에 의한 현장적용 경험은 있으나, 설치되어진 대부

분 혐기성소화조가 안정적인 운전이 되지 않고 있다는 점에서 바이오

가스화는 새롭게 시작하는 단계라고 말할 수 있다.

에너지, 환경적인 측면은 물론 식량자원의 안전 보장 등을 위해서도

바이오가스화 플랜트의 보급을 촉진시켜 가는 것이 필요하다고 말해

왔지만, 덴마크, 독일 등의 선진국에서의 대응을 참고로 하면서 장기

적인 시점에서 현실적이며 합리적인 실증시험을 통하여 데이터, 정보

축적을 해나가야 한다. 동시에 우리나라의 실태 상황에 적합한 기술과

소프트를 개발하여 플랜트설치 운전에 소요되는 비용을 저하시키는

것이 요구된다. 따라서 본 보고서에 바이오가스플랜트의 보급확대를

촉진해 가기 위해서 중요하다고 생각되는 과제를 도출하고자 한다.

아래 표에 사회적, 경제적, 제도면, 사업화측면에서 바이오매스의 이

용에 있어서 주요한 과제를 추출하고, 도입촉진을 위하여 강구해야 할

대책에 대해 정리하였다.

viii

분류 주요 과제 필요 대책

사회적

인지도

․바이오매스에 대한 이해 부족

-바이오매스는 유효한 에너지 자원

-바이오매스는 친황경자재

․바이오매스 시설은 환경인프라로

인식되지 않고 있다

․순환형 경제사회의 형성에 바이오

매스가 명확히 평가되지 않고 있다.

(a)보급 계몽

․에너지․환경 교육

․국제 교류

(b)지역에너지 인프라 추진

(c)환경인프라로서의 평가

경제면

․매전가격이 싸다

․설비비용이 높다

․운영비용이 높다

․혼합연료에 대한 과세 문제

․화석에너지 이용의 억제에 대한

우대 제도 필요

(a)신에너지 이용 의무 부여제

도입

(b)효과적인 보조금 도입

(c)운영보조금 창설

(d)과세의 재검토

(e)우대제도의 창설

제도면

․도입보급을 저해하는 규제 존재

․바이오매스연료의 국내 규격이 존

재하지 않는다

(a)규제 완화

(b)규격화

사업화

단계

․시스템구축(원료수집→에너지전환

→에너지이용→잔사처리)의 체계가

미정비

․자원(원료)의 구입비용이 높다

․자원(원료)의 수집이 곤란

․수송비용이 높다

․열의 매각은 곤란

․에너지의 유효이용이 불가능하다

․부산물의 매각이 곤란

․잔사의 처분비용이 높다

(a)시스템의 구축

보조금의 충실

(b)지역내 연계․지자체간의

연계 추진

요약 ix

4. 정책적 함의

유기성 폐기물의 자원화을 위해서는 보다 근본적으로는 유기성 폐

기물의 관리 정책부터 살펴보아야 한다. 유기성 폐기물 관리 정책상의

주요 문제점은 다음과 같다. 우선 농림부의 가축분뇨 자원화 처리제도

와 환경부의 폐수종말처리장을 이용한 정화처리 정책이 이원화 되어

있다는 점이다. 양 부처가 다른 방식으로 처리하고 있기 때문에 가축

분뇨와 음식물류 폐기물이 동시에 처리되어야 하는 경우에 처리업자

및 지방자치단체는 환경부의 폐기물관리법과 농림부의 오분법을 동시

에 만족시켜야 하는 부담을 안게 된다.

둘째 농림부의 가축분뇨 처리시설 지원사업과 환경부의 유기성 폐

기물 처리시설 지원사업의 집행률이 부진하다는 것이다. [그림 4-1]을

보면 예산은 매년 증가하고 있으나 집행률 감소로 예산 이월률은

70~90%에 이르는 것으로 나타난다.

세 번째로는 환경부의 축산분뇨공공처리시설과 음식물류 폐기물자

원화 처리시설의 가동률이 저조하다는 것이다. 즉 신고미만인 축산농

가의 반입량이 지속적으로 감소해왔고, 음식물류 처리시설의 경우 가

동율이 0%인 경우도 다수 있는 것으로 나타났다. 한편 농림부의 가축

분뇨 처리시설의 가동률은 높은 편이지만 유기물질의 총량을 규제하

는 양분규제가 없기 때문에 토양과 수질오염의 악화가 우려되고 있다.

이상과 같은 문제점들을 개선하기 위해서는 농업정책과 환경정책,

그리고 에너지 정책을 연계할 필요가 있다. 우선 유기물질의 총량을

규제하는 양분총량제를 도입하여 환경 규제가 선행되어야 하고, 자원

화를 우선순위에 두고, 에너지화를 추가적인 처리방안으로 삼아야 할

x

것이다.

특히, 바이오가스 보급을 확대하기 위한 기존의 정부 정책에서는

막대한 재원을 어떻게 확보할 것인지에 대한 논의가 없다. 조세 중립

성의 원칙을 고려할 경우, 추가적인 정부 지출이 있기 위해서는 다른

부문에 대한 지출을 줄임으로써 균형재정(balanced public finance)을

달성하는 수밖에 없다. 그러나 이렇게 되면 지출 감소를 겪는 타부문

에 대한 보상이 필요하게 될 것이다. 따라서 조세 중립성 원칙을 유지

하기 위해서는 유기성 폐기물이라는 비점오염원의 배출량을 감소시키

는 환경정책과 더불어, 바이오가스 생산에 대한 지원정책의 병행을

위하여 추가적인 세원 확보가 불가피하다.

본 연구에서는 축산부문에 대한 생산세 혹은 식품 산업에 대한 소

비세를 통해 조세 중립성을 유지하는 것을 전제하였다. 이를 통해 바

이오가스 보급 확대를 위한 지원정책의 재원으로 활용하도록 하자는

것이다. 또한 환경 정책적 측면에서는, 유기성 폐기물세를 부과함으로

써 해당 상품의 가격 상승으로 이들 부문에 대한 소비 감소를 유도하

여 일차적으로 유기성 폐기물의 배출을 감소시킬 수 있다. 또한 이차

적으로 배출된 유기성 폐기물을 바이오가스로 전환함으로써 온실가스

저감 효과를 기대할 수 있다.

본 연구를 통해 식품산업에 대한 소비세 부과가 유기성 폐기물의

바이오가스화에 필요한 재원 확보에 적절한 수단임을 제시하였다. 그

러나 모형에 중간재 투입요소 간 대체효과, 인구 변화, 경제성장, 식생

활 변화 등에 따른 유기성 폐기물의 동태적 변화 등을 반영하지는 못

하였다. 또한 보다 정확한 온실가스 저감 가능성과 저감비용 추정을

위해서는 ‘에너지-환경-산업연관표’의 작성이 필요할 것으로 보인다.

요약 xi

아울러 국내의 바이오가스 산업의 육성을 위해서는 정부 각 부처

의 협력이 필요한데, 지경부는 2020년까지 바이오가스 에너지량을 60

만TOE('06년에는 13만TOE), 2030년에는 120만TOE까지 공급을 확대한

다는 중․장기적 목표의 실현을 위해 축산분뇨 바이오가스 플랜트의

선정 및 운영지원을 추진하는 한편 인력양성사업에도 매진할 필요가

있다. 또한 환경부 및 농림수산식품부는 매립가스 회수, 해양투기 유

기성폐자원의 활용, 가축분뇨 에너지화 시설 도입 및 운영지원을 추진

할 필요가 있다.

특히 음식물쓰레기 및 음폐수의 해양투기가 2013년, 축산분뇨의 해

양투기가 2012년부터 전면적 금지됨에 따라, 해당 자원의 에너지화시

설의 도입지역 주민합의 및 대체 처리수단의 확보가 불가피하다. 전세

계 생활쓰레기에서 얻어낼 수 있는 바이오가스는 천연가스 매장량(140

조㎥)의 25배 정도로 추정된다는 인식하에, 혐오시설로서 각인되어 있

는 주민의 반대를 극복하기 위한 인센티브 및 시설의 효율성 제고를

위한 정책을 개발할 필요가 있다. 또한 바이오가스의 부가가치를 높이

기 위한 수송연료, 도시가스 대체 활용기술 개발 및 축산분뇨 C/N

balance를 위한 첨가물질 개발, 고형물 가수분해 효율향상 기술 개발

을 통한 에너지 이용 효율화 제고 등의 기술개발 분야에도 지속적인

지원이 필요함은 물론, 매전 단가 현실화 등의 정부 보급정책 확대 및

개선 작업도 필요하다(이준표,박순철(2010))

Abstract i

ABSTRACT

1. Background and Objective

This study is the final (third year) project of 'Adaptive strategy

for FTA through fostering bioenergy industry'. Mainly, it is

designed for analyzing adequate tax basis necessary for subsidizing

promotion of energy utilization of organic wastes including 'biogas'

technology which converts organic wastes into methane for fuels.

In the first year of the entire project, the study focused on the

economic impacts of biodiesel promotion policy as a sustainable

compensation vehicle for potential agricultural victims who are

supposed to get significant damages from the FTA. In addition to

this analysis, we tried to find out possible causality between biofuel

promotion policy and agflation phenomina in 2007 and 2008

applying structural econometric approach as well as time series

analysis.

In the second year, we investigated whether ligneous biomass

utilization for fuels can play a role as sustainable compensation for

agricultural sectors and as mitigation measure of greenhouse gases.

In order to analyze these objectives, we developed a top-down

static CGE model for Korea combined with a bottom up approach

reflecting economic costs of producing biomass fuels.

ii

In the final year, we examined potential possibility of biogas

utilization from organic wastes. Two different organic waste taxes

are analyzed as new tax basis for financing government supportive

policy to promote biogas production.

2. Purpose and methodology of the Study

Major objectives of this study include biogas utilization from food

wastes, livestock wastes, and wastewater sludges, and financing

government supportive policy. As non-point source pollutants,

organic wastes should be treated differently from point source

pollutants. For the latter, it is plausable to impose carbon or

environmental taxes on the pollutants. However, charges on

non-point source pollution problems are filled with various kinds of

uncertainty. Among them, it is quite difficult to confirm the explicit

relationship between non-point source pollutants and realized

environmental pollution. Besides, it is very uncertain to verify the

link between the pollution and environmental damages.

Consequently, it is not possible to impose environmental taxes or

charges on the emission of non-point source pollution. Thus, it has

been studied whether other proxy tax basis such as intermediate

inputs or outputs relevant to the non-point source pollutants exist

and how far from economic effciency are they.

In this study, production of livestock commodity or food

Abstract iii

commodity is regarded as tax basis for organic waste taxes. In

order to examine the economic and environmental impacts of

imposing organic waste taxes on the production of livestock or

consumption of food, a static CGE modeling combined with a

bottom up approach on economic costs of producing biogases.

3. Major Findings

Results from the CGE modeling show that organic waste taxes on

the consumption of food is more desirable than those on the

production of livestock in several aspects. Although relative changes

in GDP and government revenue show similar outcomes for both

of two scenarios, consumer welfare for the policy scenario with

organic waste taxes on the consumption of food shows more

negative impacts compared to the policy scenario with organic

waste taxes on the production of livestock. Furthermore, if we have

to consider 'political arena' with regard to tax policy, organic waste

taxes on the production of livestock will confront more severe

resistance from farmers.

On the other hand, GHGs mitigation potential and average

mitigation cost of GHGs of organic waste taxes on the consumption

of food sounds better than that on the production of livestock.

iv

4. Policy Implication

Up until now, there has been no debate on what kind of

finances should be considered in order to subsidize the utilization

of biogas from organic wastes. According to the tax revenue

neutrality principle, or balanced government budget axiom, we need

to consider the introduction of organic waste taxes in order to

finance biogas promotion policy. This study is a pioneer research in

detecting which kind of alternative tax basis can serve for financing

biogas promotion policy. Once organic waste taxes are levied on

the consumption of food or production of livestock, there will be

primary and secondary effects. The primary effect implies that there

will be direct incentives to reduce consumption of food or

production of livestock. The secondary effect will be related with

the substitution effect between biogas and fossil fuels. Finally, we

expect considerable reduction of GHGs emissions in the future.

This study recommend government should apply organic waste

taxes on the consumption of food in various aspects such as

economic, social as well as environmental impacts. However, there

are several limits on this study in terms of dynamic changes in

population growth, economic growth, food consumption patterns.

차례 i

제목 차례

제1장 서 론 ························································································ 1

1. 연구 배경 및 목적 ··········································································· 1

2. 연구 대상 및 방법론 ········································································ 3

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의 ······················· 5

1. 바이오가스 에너지화의 필요성 ······················································· 5

2. 바이오가스의 정의 및 원리 ···························································· 8

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석 ······························ 18

1. 국내 기술수준 현황 ······································································ 18

2. 국내 기술수준 분석 ···································································· 25

제4장 국내 유기성 폐자원의 이용현황 및 관련 정책 분석 ···· 33

1. 유기성 폐기물 자원화 및 에너지화 정책 ····································· 33

2. 유기성 폐기물 관리 정책의 문제점과 개선 방향 ························ 41

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 ························ 43

1. 유럽의 바이오가스 생산 현황 및 정책 분석 ······························· 43

2. 미국 ·································································································· 57

3. 일본 ·································································································· 59

4. 주요 선도 기업 현황 ······································································ 69

5. 선진사례 분석에 의한 시사점 ······················································· 73

ii

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 ··············· 75

1. 일반적 분석 ····················································································· 75

2. CGE 모델링 ····················································································· 84

3. 시뮬레이션 결과 ············································································ 110

제7장 바이오가스 생산의 경제성 분석 ··································· 126

1. 바이오가스 생산량 ········································································ 126

2. 바이오가스의 생산비 추정 ··························································· 127

제8장 바이오가스 활용 확대를 위한 정책적 지원 방안 ····· 131

1. 바이오가스 활용 기술개발을 위한 지속적 지원 필요 ·············· 131

2. 바이오에너지를 이용한 경제사회 구축을 위한 제도 구비 ······· 131

제9장 결론 및 정책 제언 ······························································ 134

1. 종합 결론 ······················································································· 134

2. 정책적 함의 및 향후 연구방향 ··················································· 136

참 고 문 헌 ························································································ 140

<부 록 1> 바이오가스 생산시설 운영비용 추정자료 ···················· 142

<부 록 2> 국내 바이오가스 생산시설 경제성 분석 결과l ············ 157

<부 록 3> 부문별 온실가스 배출량 자료 ······································· 173

차례 iii

표 차례

<표 2-1> 혐기성소화균에 대한 이온물질의 방해 농도범위 ·················· 17

<표 3-1> 선진국 대비 기술수준 비교표(강원대, 2006) ························· 21

<표 3-2> 바이오가스 생산시설 설치사업 추진 현황 ····························· 22

<표 3-3> 우리나라 가축분뇨를 이용한 바이오가스 생산시설 설치 현황 ··· 23

<표 3-4> 우리나라 음식물쓰레기를 이용한 바이오가스 생산시설 설치 현황 ··· 24

<표 3-5> 바이오가스와 바이오메탄의 비교 ··········································· 32

<표 4-1> 지자체의 유기성 폐자원 에너지화 사업 계획 ······················· 33

<표 4-2> 바이오가스 자동차 연료화 사업 ············································ 34

<표 4-3> 유형별 하수 슬러지 처리비용 비교 ······································· 35

<표 4-4> 하수 슬러지의 육상처리대책 현황 ········································· 36

<표 4-5> 하수 슬러지 연료화 검토 대상시설 ······································· 37

<표 4-6> 연료화 시설의 경제적 효과 ···················································· 38

<표 5-1> 유럽과 일본의 바이오가스 시설 지원 제도 비교 ·················· 44

<표 5-2> PRIMARY BIOGAS ENERGY PRODUCTION PER INHABITANT

FOR EACH EUROPEAN UNION COUNTRY IN 2007* ··············· 45

<표 5-3> 독일과 덴마크의 바이오가스 시설 ········································· 47

<표 5-4> 1998년의 폐기물 공급량 ························································· 54

<표 5-5> 연간 예산 ················································································ 55

<표 5-6> 스웨덴의 바이오메탄 경제성 분석 ········································· 57

<표 5-7> 미국 바이오메탄 현황 ···························································· 58

<표 5-8> 일본에 도입된 유럽형 혐기성소화 기술현황 ························· 65

<표 5-9> 음식물쓰레기 등의 통합소화 시설현황 ·································· 67

iv

<표 5-10> 축산분뇨 등의 통합소화 시설현황 ······································· 68

<표 5-11> REPRESENTATIVE FIRMS OF THE METHANISATION

SECTOR IN EUROPE (2007) ··········································· 71

<표 5-12> 선진국의 바이오가스 산업 활성화 지원정책 개요 ··············· 73

<표 6-1> 유형별 메탄 생산 현황 ··························································· 79

<표 6-2> 유형별 바이오가스 발생비율 ·················································· 80

<표 6-3> 유형별 바이오가스 발생비율 ·················································· 80

<표 6-4> 유형별 바이오가스 발생량 ····················································· 81

<표 6-5> 바이오매스 가용 자원량(2007년) ············································ 82

<표 6-6> 바이오매스 가용 자원량(2007년) ············································ 83

<표 6-7> 기준 균형해 도출을 위한 데이터 1 ····································· 105

<표 6-8> 기준 균형해 도출을 위한 데이터 2 ····································· 106

<표 6-9> 기준 균형해 도출을 위한 데이터 3 ····································· 107

<표 6-10> 아밍턴 대체 탄력성 ···························································· 108

<표 6-11> 축산부문 생산세 부과시 시뮬레이션 결과 1 ······················ 111

<표 6-12> 축산부문 생산세 부과시 시뮬레이션 결과 2 ······················ 112

<표 6-13> 축산부문 생산세 부과시 시뮬레이션 결과 3 ······················ 114

<표 6-14> 축산부문 생산세 부과시 시뮬레이션 결과 4 ······················ 115

<표 6-15> 식품부문 소비세 부과시 시뮬레이션 결과 1 ······················ 116

<표 6-16> 식품부문 소비세 부과시 시뮬레이션 결과 2 ······················ 117

<표 6-17> 식품부문 소비세 부과시 시뮬레이션 결과 3 ······················ 118

<표 6-18> 식품부문 소비세 부과시 시뮬레이션 결과 4 ······················ 119

<표 6-19> 시뮬레이션 결과에 대한 거시경제변수 비교 ······················ 120

<표 6-20> 축산부문 생산세 부과시 온실가스 발생원별 변화율 ········· 122

차례 v

<표 6-21> 축산부문 생산세 부과시 온실가스 발생원별 변화율 ········ 123

<표 6-22> 축산에 대한 생산세 부과시 온실가스 저감 잠재량 추정 ·· 123

<표 6-23> 식품부문 소비세 부과시 온실가스 발생원별 변화율 (%) ·· 124

<표 6-24> 식품부문 소비세 부과시 온실가스 발생원별 변화율 (%) ·· 125

<표 6-25> 식품부문 소비세 부과시 온실가스 저감 잠재량 추정 ········ 125

<표 7-1> 2008년 바이오 및 매립지가스 생산량 현황 ························· 126

<표 7-2> 연간 바이오가스 생산비(정제비용 제외) ······························ 128

<표 7-3> 바이오가스 정제비용 ···························································· 128

<표 7-4> 산업연관표에 대응한 바이오가스 생산비 ····························· 129

<표 7-5> 생산비 분류 ·········································································· 130

<표 7-6> 산업연관표에 대응한 유형별 생산량 ···································· 130

<표 9-1> 바이오매스 도입 보급을 위한 과제와 도입촉진 방책 ········· 135

<부록 표1-3> 원주의 바이오가스 생산시설 운영비 현황 ···················· 142

<부록 표1-2> According to Biomil AB ············································· 143

<부록 표1-3> Bromma plant, from study 1, PSA, built in 2001 ······ 144

<부록 표1-4> Carbotech, Conventional PSA, quoted in 2008 ··········· 145

<부록 표1-5> kalmar biogas AB, Amine wash (COOAB) Purac AB,

being built 2008 ··························································· 146

<부록 표1-6> King county south WWTP, Renton, non-renegerative

water scrubbing, built 1987 ········································ 147

<부록 표1-7> Metener system, Water wash without regeneration, 2006,

quote ·············································································· 148

<부록 표1-8> Molecular gate, Conventional PSA, quoted in 2008 ··· 149

vi

<부록 표1-9> NSR Helsingborg, water scrubbing with regeneration,

being built 2008NSR Helsingborg ······························ 150

<부록 표1-10> QuestAir, rapid cycle 1 stage psa, quoted in 2008 ·· 151

<부록 표1-11> QuestAir, rapid cycle 2 stage psa, quoted in 2008 ·· 152

<부록 표1-12> Scenic view farm, rapid cycle psa, built in 2007 ····· 153

<부록 표1-13> Wrams Gunnarstop biogas plant, Carbothech PSA,

built 2006 ····································································· 154

<부록 표1-14> Uppsala upgrading plant, Water wash with

regeneration, from study 1, built in 1997-2002 ········· 155

<부록 표1-15> Helsingborg WWTP, Water scrubber, being built 2008 ······ 156

<부록 표2-1> 유기성 폐기물 자원화 비용 편익 항목 ························· 157

<부록 표2-2> 음식물류 폐기물 처리공법별 처리용량별 시설비 ········· 158

<부록 표2-3> 음식물류 폐기물 처리공법별 처리용량별 연간 운영비 158

<부록 표2-4> 돼지분뇨의 처리방법별 두당 처리 시설비 및 운영비 ·· 159

<부록 표2-5> 가축분뇨(돼지분뇨) 처리공법별 시설비(20톤 : 2004년 기준) 159

<부록 표2-6> 가축분뇨(돼지분뇨) 처리공업별 톤당 연간 운영비(20톤 기준) 160

<부록 표2-7> 음식물류 폐기물 자원화 편익수입 ································ 160

<부록 표2-8> 음식물류 폐기물 처리시설별 경제성 분석결과 ··········· 164

<부록 표2-9> 음식물류 폐기물 처리공법별 규모를 고려한 경제성 분석 결과 · 164

<부록 표2-10> 음식물류 폐기물 처리공법별 민감도 분석 결과(할인율 변동) · 164

<부록 표2-11> 가축분뇨 처리시설별 경제성 분석결과 ······················· 165

<부록 표2-12> 가축분뇨 처리공법별 민감도 분석 결과(할인율 변동) 165

<부록 표2-13> 메탄가스 처리시설 경제성 분석결과 ··························· 165

<부록 표2-14> 바이오가스 이용시설 기초자료 ···································· 166

차례 vii

<부록 표2-15> 유기성폐기물 바이오가스화 기술 수준 ······················· 167

<부록 표2-16> 연차별 경제효과 ··························································· 167

<부록 표2-17> 연차별 건설부문 일자리 창출효과 ······························ 168

<부록 표2-18> 연차별 운영부문 일자리 창출효과 ······························ 168

<부록 표2-19> 유기성폐기물 에너지화 기대효과 ································ 169

<부록 표2-20> 매립가스 회수, 정제 발전 기대효과 ···························· 170

<부록 표2-21> 바이오가스화를 통한 전력생산 판매 시설의 경제성 분석결과 · 171

<부록 표2-22> 매립가스 회수 이용시설의 경제성 분석 결과 ············· 172

<부록 표2-23> 매립가스 활용기술의 국내 기술 수준 ························· 172

viii

그림 차례

[그림 2-1] 혐기성소화에 의한 유기물 분해 경로 ·································· 12

[그림 2-2] 유기성 폐기물의 혐기성 소화 공정기술 분류 ······················ 14

[그림 2-3] 유기성 폐기물 혐기성 자원순환 시스템 ······························· 15

[그림 3-1] 국내 바이오가스 관련 기술수준 ··········································· 18

[그림 3-2] 하수슬러지의 일반적 처리공정 ············································· 25

[그림 3-3] 음식물쓰레기(음폐수) 하수병합 처리 공정 ·························· 28

[그림 3-4] 산업폐수(주정폐수)의 처리공정 ············································ 28

[그림 3-5] 바이오 연료 생성도 ······························································ 29

[그림 3-6] 바이오가스와 바이오메탄 적용 비교 ···································· 31

[그림 4-1] 농림부의 가축분뇨 처리시설 지원사업 예산 집행 현황 ······ 42

[그림 5-1] 유럽의 바이오가스 생산현황(2007년 기준) ·························· 44

[그림 5-2] Vaarst-Fjellerad 바이오가스플랜트 ······································· 50

[그림 5-3] 플랜트에서의 소화공정 ························································· 54

[그림 5-4] 바이오매스 이용 기술의 분류 ·············································· 59

[그림 5-5] 바이오매스의 이용기술개발 추진 체계 ································ 61

[그림 6-1] 음식 폐기물 발생현황(2008) ················································· 75

[그림 6-2] 유기성 오니류 발생현황(2008) ·············································· 76

[그림 6-3] 동식물성 잔재물 발생현황(2008) ·········································· 76

[그림 6-4] 지역별 하수 및 분뇨발생 통계 ············································· 77

[그림 6-5] 발생유형별 축산폐수 발생량 ················································ 78

제1장 서론 1

제1장 서 론

1. 연구 배경 및 목적

유기성폐자원을 에너지화하기 위한 노력은 그동안 정부의 정책과

투자로 많은 연구가 이루어져 왔으며, 주로 상용화를 위한 기술 개발

을 중심으로 진행되어 왔다. 그 결과로 바이오가스 생산 관련, 국산

기술을 보유한 업체가 증가하고 있으며, 해외 기술 도입을 통한 상용

화도 이루어지고 있다.

그러나 바이오가스 분야는 여러 가지 강점을 가지고 있음에도 불구

하고 몇몇의 장애요인들로 인하여 보급이 활발하게 이루어지지 않고

있는 실정이므로, 거시적 관점에서 부처 간의 협조가 필요한 것도 사

실이다.

본 연구는 ‘바이오에너지 산업육성을 통한 FTA 대응전략’이라는 3

개년 연구사업의 제3차년도 과제로 비점오염원으로서의 유기성 폐기

물을 처리함에 있어서 ‘바이오가스’와 같은 에너지로 전환하는 기술을

적용하는 것을 전제하고 유기성 폐기물의 에너지화를 확대하기 위해

정부가 지원정책을 수립할 경우 지원에 필요한 적절한 세원 확보 수

단을 분석하기 위해 수행되었다. 1차년도에는 바이오디젤을 주요 연구

대상으로 삼았고, 한미 FTA로 인해 상대적 취약 부문인 농업부문의

상대적 손실을 연산가능일반균형모형(Computable General Equilibrium

Model: CGE)을 이용하여 추산하고, 이에 대한 지원정책으로 바이오디젤

산업을 육성할 경우 그로 인한 파급효과를 분석하였다. 또한 2008년에

2

는 전 세계적으로 유가 상승과 더불어 주요 곡물가격 급등으로 세계

경제가 침체기에 빠졌었는데, 그에 대한 주요원인으로 바이오연료 공

급 확대가 지목되었었다. 따라서 1차년도에는 추가 연구로 시계열 계

량기법을 이용하여 원인규명을 시도하였고, 구조방정식을 통해 그러한

충격이 국내 사료 및 축산시장에 미치는 영향을 분석하였다. 이어서 2

차년도에는 목질계 바이오매스가 주요 연구 대상이었고, FTA에 따른

두 번째 지원방안으로 목질계 바이오매스를 이용한 전력 및 열에너지

생산시 정부가 지원정책을 실시하는 것으로 전제하였다. 이 경우 적절

한 지원정책으로 가격보조정책과 공공지출 확대 정책 가운데 어떤 정

책이 사회 후생 측면이나 국내총생산, 그리고 온실가스 저감 측면에서

우월한지를 CGE 모형을 통해 분석하였다.

서두에 밝힌 바와 같이, 제3차년도에는 유기성 폐자원을 바이오가스

와 같은 에너지로 전환할 경우 경제성이 낮아지고, 보급 활성화를 위

해서는 정부 지원이 필요하게 된다. 그리고 지원에 따른 재원 확보를

위해 간접적인 세원(tax base)을 축산물에 대한 생산세 부과와 식품

소비에 대한 소비세 부과로 나누어 각각에 대한 경제적, 환경적 효과

를 CGE 모형을 이용하여 분석함을 목적으로 한다. 유기성 폐기물에

대한 규제가 국내외적으로 강화되고 있는 시점3)에서 본 연구를 통해

유기성 폐기물의 자원 및 에너지화를 촉진하기 위한 지원정책을 검토

3) 우리나라는 지난 2009년에 1996년 런던협약에 의한 의정서에 가입하였다. 본 의정

서는 기존 투기금지품목에서 투기허용품목으로 명시 방법이 개정돼 △하수침전물

찌꺼기 △준설물 △생선폐기물 △천연기원유기물 △불활성무기지질물질 △플랫폼·

해상구조물 △강철·콘크리트재질의 대형물질 △CO2스트림 등 8개 품목만 배출이

허용된다. 또한 사전예방원칙과 오염자부담원칙이 도입됐고 해상소각 금지, 덤핑·

소각을 위한 폐기물 수출금지, 기타 폐기물 배출관리를 위한 당사국의 의무사항

등을 규정하고 있다.

제1장 서론 3

하고 이를 개선하기 위한 방안을 연구하는 것은 매우 시의적절하다

할 것이다.

2. 연구 대상 및 방법론

본 연구의 대상은 유기성 폐기물인 음식물 폐기물과 축산분뇨 및

하수 슬러지 등을 이용하여, LNG와 거의 같은 성질을 갖는 바이오가

스라는 에너지로 전환하는 기술과 그러한 기술에 대한 정부 지원 정

책이다. 특히 유기성 폐기물은 주로 축산농가에서 가축을 사육하는 과

정에서 배출되는 축산 분뇨나 음식물을 소비하는 과정에서 발생하는

음식 폐기물들이 비점오염원이라는 점에서 점오염원과는 다르게 접근

해야 한다. 후에 상술하겠지만, 비점오염원은 오염원과 배출간의 관계,

배출과 오염피해간의 관계가 불확실하여 점오염원과 같이 배출량에

대해 환경세를 부과하는 방식을 적용하기가 어렵다. 따라서 비점오염

원의 경우 간접적인 세원으로 축산물 생산이나 식품소비에 대해 유기

성 폐기물세와 같은 부담금을 부과하는 방식이 더 적절할 수 있다.

신규 조세 제도의 도입에 따른 경제적 및 환경적 영향 분석에 일반

적으로 널리 사용하는 분석기법으로는 CGE 모형이 있다. CGE 모형은

한 연도에 대해 분석하는 정태 모형과 다년도를 대상으로 하는 동태

모형으로 크게 구분할 수 있고, 이밖에 소규모 개방경제를 가정하는

개방모형과 무역 부문을 고려하지 않는 폐쇄모형, 두 경제간의 상호작

용을 감안하는 2국 모형, 3국 이상의 상호관계를 고려한 다국모형, 한

경제와 다른 모든 경제를 하나의 경제로 묶는 일국 모형 등으로 구분

할 수 있다. 본 연구에서는 우리나라를 소규모 개방경제로 가정하고,

4

무역 대상국은 우리나라를 제외한 전세계로 묶는 소규모 일국 개방경

제로 전제하고, 한 년도에 대해서만 분석하는 정태 모형을 기본으로

한다. 물론 인구 성장률이나 경제성장률, 물가 등 유기성 폐기물 발생

량과 연관성이 높은 동태적 인자들을 고려하기 위해서는 동태 모형이

이론적으로는 더 적합하지만, 동태적 인자들을 결정하기 위해서는 다

시 많은 가정들이 필요하게 된다. 결국 이러한 가정들을 포함할 경우

동태 모형이 정태 모형보다 더 우수하다고 단언하기는 어려운 일이다.

본 연구에서는 일국 소규모 개방경제를 가정한 정태 CGE 모형을

이용하여 유기성 폐기물을 바이오가스화할 경우 어떤 유기성 페기물

세를 도입하는 것이 경제적, 환경적 측면에서 더 적절한지를 분석할

것이다.

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의 5

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의

1. 바이오가스 에너지화의 필요성

에너지원 및 원자재의 유한성, 희소성에 의하여 세계 각국는 자원

전쟁 중이다. 에너지자원 확보를 위하여 최근에 가장 중요한 이슈로

부각되고 있다. 이러한 시점에서 에너지를 전량 해외에 수입하고 우리

나라는 바이오에너지 등에 의한 재생에너지의 이용을 확대하여 가는

것은 가장 중요한 과제이다.

기후변화협약에 따르면 우리나라는 2013년부터 온실가스의 의무감

축대상국에 포함될 가능성이 높다. 일부 선진국에서는 1차적으로 시행

을 하고 있으나, 실제 감축에 어려움이 있으며 목표달성에 상당한 노

력이 요구되고 있는 것으로 알려져 있다.

우리나라의 폐기물 유래 바이오매스 자원은 년간 7천6백만 톤 정도

가 발생하며, 그 중에 5천만톤이 가축분뇨에서 유래하고 있다. 현재

집계되고 있는 통계상으로는 이들 발생량 중에 5천6백만 톤이 재활용

되고 있다. 따라서 대부분이 재활용보다는 처분되고 있기 때문에, 이

들을 이용하여 바이오가스를 회수하여 에너지로 이용되고 있는 비율

은 극히 미비한 실정이다.

1988년부터 해양배출이 부분적으로 허용되면서 가축분뇨, 하폐수슬

러지, 음식물류 폐수 등이 해양으로 배출되어 왔으며, 2007년도에 년

간 800만톤에 이르렀다. 해양배출로 인한 해양환경 문제 등이 국제적

으로 검토되고, 96년 의정서에 의하며 협약이 비준되면서 해양배출에

6

관한 대책수립이 요구되었다. 바이오매스의 종류별 차이가 있으나

2013년까지 해양배출이 어려운 상황에 직면하면서 육상처리가 전제되

어진 처리방법의 모색이 요구된다.

또한 육상처리가 이루어지고 있는 대부분의 바이오매스 중 양질의

것은 사료화, 저급은 퇴비화, 액비화 등으로 처리 및 자원화되고 있으

나, 이들의 처리과정에서 악취나 수질 오염 등 환경문제가 발생하고

있고 그에 따른 관리의 적정화가 요구되고 있다.

시설 정비의 일환으로서 뿐만 아니라, 재생에너지의 확보도 포함할

수 있는 방법으로서 바이오가스 플랜트가 주목받고 있다. 이미 덴마

크, 독일 등 유럽에서는 어느 정도의 보급을 하고 있지만 우리나라에

서는 오래 전부터 고농도폐액의 처리방법으로 사용되었으며, 축산 및

음식물류 폐기물처리시설, 하수농축오니의 소화, 주정폐액 등의 처리

에 적용되어 그 가능성이 검증되어 왔다.

유럽에서 바이오가스 플랜트 보급은, 정부의 재생에너지를 중시한

단호한 방침의 확립과 보급을 장려하기 위한 세제지원 등이 이루어지

면서 더욱 활성화되고 있다.

그러나 우리나라에서는 지금까지 바이오매스가 유기성폐기물로서

처리관점에서 접근 되어 왔으며, 퇴비화, 사료화 등의 자원화가 이루

어지면서도 최종생성물을 고부가가치의 제품으로의 판매까지는 이르

지 못했다. 또한 가축분뇨의 경우에는 농가에서 고액분리하여 고체는

퇴비화, 액체는 정화하여 방류해 왔다. 농가에 자체의 처리시설설치가

불가능한 농가에 대해서는 축산폐수공동처리장을 설치하여 처리해 왔다.

이러한 시점에서 보면, 우리나라에서는 바이오가스 플랜트에 대하여

많은 관심을 가지고 있으나, 현장에 적용되어진 사례는 극히 적다. 바

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의 7

이오가스화는 열 및 전기를 얻을 수 있고, 퇴비(액비)등으로의 활용이

가능하다는 점에서 바이오가스 플랜트 도입은 장점이 많이 있지만 현

재 상태에서는 초기 투자비에 대한 부담이 크다는 점에서 쉽게 적용

이 불가능하다는 점에서 정책적인 지원은 반드시 필요하며, 환경 문제

뿐만 아니라 식량 안전 보장, 에너지 문제와 관련하여 종합적 관점에

서 지원을 강화하고 바이오가스 플랜트를 점진적으로 증가시켜가는

것이 필요하다.

바이오가스 자원은 다양하고, 이들은 일반적인 방법이 아닌 유기물

의 특성에 적합한 방법에 의한 처리 및 자원화가 요구되며, 효율적인

시설의 설치 및 운영을 위한 기술의 축적이 요구된다.

폐기물 중에서 유기성폐기물 즉 바이오매스를 이용한 에너지화는

2007년부터 그 필요성이 강조되었으며, 2008년도에 환경부에서 ‘폐기

물 에너지화 종합대책’을 수립하고 본격적인 시행을 위하여 조직을 정

비하면서 탄력을 받게 되었다.

이러한 흐름 가운데 바이오매스에 대한 관심이 증가해 왔으며, 이들

바이오매스의 적정처리라는 관점 뿐만이 아니라, 이산화탄소의 배출량

이 증가되지 않는 기후변화협약에 대응하면서 에너지자원으로서의 유

효한 이용, 재이용을 가능하게 하는 관점에서 특히 바이오가스화가 주

목을 받고 있다.

특히 이전에 서술하였듯이 해양배출에 대한 규제가 강화되면서 하

수슬러지, 가축분뇨, 음식물 폐액 등의 육상처리의 일환으로서 고농도

폐액에서 에너지를 회수하면서 폐수중의 유기물 농도를 저하시켜 하

수연계 혹은 배출수 기준까지 처리한다는 관점에서 선호되고 있다.

8

2. 바이오가스의 정의 및 원리

바이오가스는 유기성폐기물을 단독 혹은 혼합하여 혐기성미생물에

의하여 혐기발효시키고, 그 과정에서 발생한 메탄가스를 열병합발전

공정을 통해 연료로서 연소시켜 전기와 온수를 생산하는 것이다. 메탄

발효에 의하여 발생하는 바이오가스는 메탄가스 약 60~65%, 이산화탄

소 약 35~40%에 더하여 약간의 황화수소 등이 포함된다. 혐기성소화

과정에서 발생하는 액비 및 고형물을 퇴비한 것을 농지 등에 사용하

는 경우에 병원성 미생물 및 잡초 등이 문제되나, 이들은 장시간의 발

효과정에서 사멸되어 안전한 수준까지 감소한다.

발효가 종료되어 발생하는 액을 소화액이라고 하며, 소화액은 낮게

COD 1000ppm에서 높게는 수천 ppm까지 다양하다.

소화액은 배출이 불가능한 것으로부터 유기물을 안정화시켜 주변농

가에 액비로서 공급하는 것이 가능하다. 수요가 없을 경우에는 일정농

도까지 저하시켜 하수처리장, 침출수 처리장 등과 연계처리하나, 하수

관거로 보낼 때에는 배출수 기준까지 처리해야 한다.

또한 혐기성소화에 있어서 적정온도는 저온(20도 부근), 중온 영역

(34~45도), 고온 영역(55~65도)으로 구분되지만, 가스 발생량과 원료의

가온, 보온 소비 열량을 고려할 시에 열 수지는 중온 영역이 유리하다

는 점에서 우리나라에는 중온 영역의 플랜트가 대부분이다. 그러나 가

축분뇨와 식품 잔사 등 유기성 폐기물에 의한 혼합 발효를 하는 경우

에는 고온 영역의 쪽이 유리한 것으로 알려져 있으며, 유럽의 일부 플

랜트에서는 고온 영역으로 운전하는 경우도 있다.

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의 9

바이오가스 플랜트 도입하여 운영 상 장점과 단점을 분석하면 다음

과 같다.

① 장점

∙ 비용을 들어 처리하는 각종 유기성폐기물로부터 자체 가온 등에

소요되는 열량 이상의 전기와 온수를 만들 수 있고, 잉여전기를

매전하는 것에 의하여 부대적인 수입을 창출할 수 있으므로 비

용절감이 가능하다.

∙ 혐기성 소화과정에서 유기물을 미생물이 분해, 안정화하여 무기화

하기 때문에 주변에 수요가 있을 경우 액비로서 사용하는 것이

가능하며, 유기물의 농도를 저하시켜 폐수처리를 용이하게 해준다.

∙ 호기성퇴비화의 경우에는 공기를 필요로 하여 상대적으로 많은

악취가스가 발생하나, 혐기성의 경우에는 발생가스가 적고, 연소

하여 사용하는 단계에서 악취를 연소시켜 냄새대책으로서의 효

과가 크다.

② 단점

∙ 혐기성 소화시설을 설치하는 비용이 고가이며, 초기시설비에 대

한 지원이 없이는 쉽게 접근하는 것이 어렵다.

∙ 바이오가스의 발전을 위해서는 규모의 경제성(100톤 이상이 안정

적)이 필요하며, 이를 위해서는 다양한 물질을 함께 처리하는 공

동처리 혹은 지역별로 물질을 모아 함께 처리하는 광역처리가

요구된다.

10

∙ 주변지역과 연계가 불가능하거나 일정규모 이상이 되지 않는 시

설에서는 열에너지의 소비가 어렵다,

∙ 타 자원화시설과 비교하여 혐기성소화조 및 발전기 등의 운전에

전문적인 노하우가 필요하므로 전문운영관리자가 필요하다,

∙ 소화시설에서 미생물관리가 미흡할 경우 정상화까지 상당한 시

간(최장 6개월 소요)이 필요하다.

가. 정의

바이오가스(Biogas)는 가정과 농업 및 공업 하수와 같은 폐기물질을

메탄생성 박테리아가 혐기성소화 작용에 의해 분해할 때에 발생하는

대사산물의 하나로서, 메탄(CH4) 약 40~70%, 이산화탄소(CO2) 약

30~60%, 기타 황화수소(H2S), 수소(H2), 수분, 휘발성지방산(VFA) 가

스를 포함하는 혼합 형태의 기체를 의미한다.

메탄 1㎥당 저위발열량은 약 8,500kcal이고, 메탄 농도가 60%인 바

이오가스 1㎥당 열량은 약 5,100kcal이다. 이러한 바이오가스를 압축

및 정제과정을 거치면 도시가스(10,400kcal/㎥)에 근접하는 열량을 갖

는다. 일반적으로 바이오가스 설비에서는 연평균 젖소 1일 두당 1㎥

이상의 바이오 가스를 생산할 수 있다.

이렇게 유기성 폐기물에 의해 생산되는 바이오가스는 도시가스의

대체연료가 될 뿐만아니라 발효 후의 소화탈리액을 이용한 비료(액비)

로서의 가치도 갖는다. 더욱이 이렇게 생산되는 액비에는 암모니아,

이산화탄소 등의 가스 발산이 없는 이점이 있다.4)

4) 지식경제부 (2010), ‘고농도 유기성 바이오매스의 선택적 고율 이상혐기성 공정을

이용한 바이오가스 발전: 최종보고서’

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의 11

바이오가스의 형태로는 퇴비가스, 습지가스 등 자연적으로 생성되는

것과 제조된 가스가 있다. 현재 국내에서 바이오가스를 생산하기 위하

여 이용할 수 있는 유기성 폐자원으로는 음식물폐기물, 하수슬러지,

가축분뇨 등이 있고, 이를 이용하여 113만 toe의 에너지에 해당하는

바이오가스 생산이 가능하며 이를 전력 및 온수로 활용할 수 있다.5)

나. 혐기성소화의 원리6)

혐기성소화는 메탄 발효라고도 하며, 용존 산소와 질산성 산소가 배

제된 상태에서 분해 가능한 유기물을 분해시켜 메탄으로 전환시키는

것을 일컫는다. 혐기성소화는 슬러지 안정화(Sludge stabilization) 중의

한 방법으로 가장 널리 사용되는 슬러지 처리 방법이다.

바이오가스 생성 반응은 음식물의 소화과정(특히 반추동물의 위),

재래식 화장실, 정치형 정화조, 물로 채워진 논 등에서 자연적으로 일

어나는 미생물반응을 응용한 것으로, 바이오가스가 생산되는 조건(온

도, pH, 알칼리도 등)을 제어하여 공정화한 것이 혐기성소화 공정이

다. 바이오가스 생산 공정으로 투입된 유기물은 공정운전에 손상을 줄

수 있는 이물질을 제거, 분쇄, 혼합하여 혐기성소화조로 유입되며, 혐

기성소화조 내에서의 메탄생산 단계는 기능적으로 서로 다른 미생물

에 의해 세 단계로 구분 된다.

[그림 2-1]에서 볼 수 있듯이 첫 번째 단계는 복합 고분자 유기물이

가수분해 미생물에 의해 단순 단위화합물로 쪼개지는 가수분해

5) 김은석 (2009), ‘바이오가스의 정제기술 및 활용방안에 관한 연구’를 참조하였으며,

후술하듯이, 바이오가스 잠재량의 추정방법에 따라 다양한 값을 갖는다고 할 것이다.

6) 허남효 (2005), “선진국의 바이오가스 생산 및 활용기술 현황”, 농어촌과 환경 제99호

12

(hydrolysis) 단계이고, 두 번째는 단순 단위화합물이 메탄생성의 원료

로 사용되는 각종 휘발성지방산, CO2, H2를 생산하는 산생성

(acetogenesis) 단계, 마지막으로 전 단계에서 생산된 산물을 이용하여

CH4를 생산하는 메탄생성(methanogenesis) 단계로 구분한다. 일반적

으로 메탄을 생성하는 메탄생성균은 산소에 매우 민감하고, pH

6.2~7.2, 산화화원전위 -300mV 인근의 극도의 환원상태에서 우수한 활

성을 보인다.

따라서 혐기소화조에 산소가 유입되거나 갑작스런 유기물의 투입량

증가로 산생성단계가 활성화되어 소화조의 pH가 낮아지는 경우 메탄

생산은 직접적인 저해를 받을 수 있다. 따라서 안정적인 혐기소화 공

정의 운전을 위해서는 지속적인 혐기소화공정의 모니터링과 유기물

투입계획의 수립이 중요하다. 특히 혐기성 공정은 호기성 공정과 달리

우점 미생물이 환경 조건(온도, pH, 독성물질 등)에 매우 민감하게 반

응하고, 메탄생성 속도도 매우 느려 초기 혐기소화조의 안정화에 오랜

시간이 걸리는 등 공정운전에 세심한 주의를 요한다.

[그림 2-1] 혐기성소화에 의한 유기물 분해 경로

출처: 허남효(2005), “선진국의 바이오가스 생산 및 활용기술 현황”

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의 13

바이오가스는 발효조로부터 거의 포화수증기의 상태로 되어 생성되

기 때문에 배관 내부에 이슬이 맺혀, 드렌이라고 하는 응수 문제가 발

생한다. 생성되는 바이오가스 온도를 발효조 내 온도(약 40℃)로 하고,

추운 곳에서 겨울동안 바이오가스가 5℃까지 냉각된다고 가정하면 바

이오가스 1㎥당 약 45ml의 드렌이 발생 한다. 이 때문에 장치와 배관

의 물을 빼내는 것이 필요하게 된다. 또 바이오가스 중에는 유화수소

가 포함되어 있고, 이 유화수소는 발효물질에 포함된 단백질이나 아미

노산을 구성하는 유황이나 유산염을 환원하는 유황세균 등에 의해 생

성된 기체이다. 이 유화수소가 연소되면, 아류산 가스나 유산이 되어

보일러 벽이나 실린더 내를 부식시키는 등의 문제가 발생한다.

또한 배기 가스는 유화산화물을 많이 포함하여 대기오염의 원인도

되기 때문에 탈류로 부르는 유화수소의 제거가 필요하다. 탈류법에는

혼식법, 건조법, 미생물법이 있다. 혼식법은 물이나 알칼리 수용액에

유화수소를 용해시키는 방법이고, 대량의 바이오가스를 처리하는 경우

에 경제적이라고 할 수 있지만, 장치는 대형으로 초기 비용이 높다.

건식법은 수산화철 등을 포함한 탈류제와 반응시키는 방법으로 장치는

비교적 간단하지만, 탈류제의 교환이 필요하여 운용비용이 많이 든다.

EU는 전통적으로 하수처리 슬러지 및 식품가공 폐기물의 처리를 위

해 다양한 혐기소화 공정을 개발 보급하였으며, 이들 혐기소화 공정은

혐기소화조 내 총 고형물의 운전농도와 혐기소화조별 기능적인 단계

구분 여부에 따라 총고형물 함량을 15% 이하로 운전하는 습식공정과

20~40%로 높게 운전하는 건식공정으로 구분하고, 단일 반응조에서 산

발효와 메탄발효가 동시에 일어나는 단상(one phase) 공정과 두 개 이

상의 반응조에서 소화조의 기능을 분리한 이상(two phase) 공정으로

구분 한다. [그림 2-2]를 참조할 수 있다.

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[그림 2-2] 유기성 폐기물의 혐기성 소화 공정기술 분류

출처: 김창현(2009) “바이오가스 생산시설을 이용한 가축분뇨 자원화 연구동향”

유기성폐자원의 혐기성소화에서 소화슬러지는 퇴비로 재이용되어

토양으로 환원되고, 생성 바이오가스의 에너지(전력 및 열원) 전환과

정에서 발생되는 이산화탄소는 생물의 생장과정에서 흡수한 것으로

대기 중에 이산화탄소 양을 증가시키지 않는 "탄소 중립(carbon

neutral)" 즉, CO2 Zero emission의 특징을 지니며, 따라서 에너지생산

에 있어 화석연료대신 폐기물 바이오매스를 이용하면 이산화탄소의

배출을 줄여 지구온난화 방지에 크게 기여할 수 있다.7) [그림 2-3]를

참조할 수 있다.

7) 김은석 (2009) 바이오가스의 정제기술 및 활용방안에 관한 연구

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의 15

[그림 2-3] 유기성 폐기물 혐기성 자원순환 시스템

출처: 허남효(2005) “선진국의 바이오가스 생산 및 활용기술 현황”

혐기성 소화는 크게 4단계로 구분되며, 각 단계별로 반응에 관여하

는 미생물균이 존재하게 되는데 이 중 산생성균과 메탄생선균이 주종

을 이룬다. 유기물의 가수분해와 산 발효 반응에 참여하는 미생물은

통성 및 절대 혐기성균으로 이루어지며, 산생성균은 메탄생성균에 비

해서 pH, 유기산의 축적, 온도 등의 변동에 대해서 저하성이 강하고

증식속도가 빠르다.

메탄생성균은 약 pH 6.7 ~ 7.4에서 가장 잘 성장하고, 유기산의 농

도, 온도 등 외적환경요소의 변화에 극히 민감한 것으로 보고되고 있

다. 또한 메탄생성균은 산생성균에 의해 생성된 유기산을 기질로써 이

용하므로 산 생성균보다 성장속도가 훨씬 느려서, 아세트산생성 박테

리아는 대략 1 의 μmax 값을 가지는 반면 메탄생성 박테리아는

0.04 정도이다. 혐기성소화공정에서 methane producing bacteria

(MPB)와 sulfate reducing bacteria(SRB)는 아세트산과 수소 등 전자공

여체에 대해 경쟁관계에 있다. 이 두 미생물그룹은 아세트산을 전자공

16

여체로 할 경우 성장동력학 측면에서 볼 때 SRB의 Ks값이 9.5mg/L로

MPB의 32.8mg/L에 비해 훨씬 작아 기질친화력이 뛰어남을 알 수 있

다. 이는 전자공여체로 이용되는 아세트산 농도가 낮을 경우 SRB가

기질경쟁에서 우세함을 의미한다.

혐기성소화에 참여하는 모든 미생물들은 신진대사와 세포물질을 구

성하기 위해서 영양소(nutrients)와 미량원소(trace elements)를 필요로

하고 있다. 영양소 및 미량원소는 세포를 유지하고 증식시키기 위하여

최소 농도치를 유지하여야 하며, 최대 농도치를 넘을 경우에는 오히려

신진대사에 방해를 줄 수 있으므로 적정농도범위를 유지하는 것이 중

요하다. 적절한 혐기성소화를 위해서는 기질은 영양학적으로 특히 질

소, 인, 황 등과 같은 성분이 균형을 이루고 있어야만 한다. 또한 메탄

생성균은 암모니아와 황화물을 질소원과 황원으로 사용하며, sulfur는

환원된 형태로만 메탄균에 흡수된다. 메탄 생성균의 이상적인 성장을

위한 sulfur농도는 용해된 형태로 10mgH₂S/L이며, phosphorus와 동

일한 양을 필요로 한다.

메탄 생성균의 정상적인 성장을 위해서는 Ni, Co, Mo, Fe, Se 등의

필수 미량원소가 요구된다. 이들 미량원소는 메탄 생성균의 주요 효소

를 활성화시키는 역할을 하며, 특히 Ni, Co, Fe은 절대적으로 필요한

것으로 간주되고 있다.

혐기성 분해는 폐수 혹은 폐기물 내에 존재하는 어떤 화학물질이나

분해과정에서 생성되는 중간생성물에 의해 방해받을 수 있으며, 방해

물질의 농도가 극도로 증가하게 되면 미생물에 독성을 일으켜 전체

소화공정의 실패를 유발할 수 있다. 암모니아는 폐수 혹은 폐기물 내

에 포함하고 있는 단백질이 분해되면서 발생하는 부산물로, 중성pH범

제2장 바이오가스 에너지화의 필요성 및 의의 17

위에서는 대부분 NH이온 형태로 존재하지만 pH혹은 온도가 증가

할 경우 free ammonia(NH₃)가 생성되어 메탄 생성균에 저해 혹은

독성으로 작용한다. Na, K, Ca, Mg 등의 양이온 물질들은 폐수 혹은

폐기물 내에 존재하기도 하고, 유기물로부터 용출되거나 pH조정을 위

해 주입되는 화학물질에 포함되기도 한다. 이들은 미생물성장에 필요

한 영양소로 미생물 성장을 촉진시켜 주기도 하나, 과잉으로 존재하면

오히려 성장에 방해를 일으키고 독성을 유발한다. 아래 표는 각 이온

들이 방해를 일으키는 농도범위를 나타낸 것이다. 이들 양이온은 서로

다른 이온들이 공존할 경우 방해작용을 가중시키는 특징이 있다.

Concentration(mg/L)

Cations Stimulatory Moderately Strongly

Sodium 100-200 3,500-5,500 8,000

Potassium 200-400 2,500-4,500 12,000

Calcium 100-200 2,500-4,500 8,000

Magnesium 75-150 1,000-1,500 3,000

<표 2-1> 혐기성소화균에 대한 이온물질의 방해 농도범위

출처: 허남효, “태양에너지 제4권 제1호”

18

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석

1. 국내 기술수준 현황

바이오가스 관련한 11개 분야 세부기술8)수준에 관해서는, 생물학적

전환 방법을 이용한 에너지 생산 기술이 74.4%로 가장 높게 나타났으

며, 전제 기술수준의 평균은 약 68%로 다소 낮게 나타났다.[그림 3-1]

[그림 3-1] 국내 바이오가스 관련 기술수준

자료: 신재생에너지센터(2007) “신․재생에너지 RD&D전략 2030”

8) 고밀도 연료화, 정제/전기생산, 직접활용, 기타(성형 등), 열적전환, 화학적전환, 생

물학적 전환, 후처리, 전처리, 원료수집/고밀도화, 잠재성평가

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석 19

우리나라에서 유기물을 혐기 소화하는 기술이 도입된 것은 1969년

이었고, 1980대에 들어와서는 고형분 함량이 10%를 초과하는 유기물

질을 혐기 소화하는 기술이 개발됨으로써 기술개발은 물론 상업화에

도 커다란 진전이 나타나게 되었다.

유기성폐기물 중 가축분뇨에서 바이오가스를 얻는 기술은 1970년대

초반에서 1980년대까지 주로 농가에서 퇴비화 과정 중에 발생하는 바

이오가스를 취사 등에 이용하는 수준이었으나, 부식가스로 인한 장치

의 관리가 어렵고 특히 동절기에 가스발생량이 현저히 저하됨으로써

그 실효성을 잃었다. 이후 가축분뇨 공동처리장에 적용되었던 완전혼

합 반응기형(BMA, AF형, HAF 등) 혐기성 소화시설은 혐기성 미생물

에 적합한 온도유지의 어려움, 가축분뇨에 고동도로 함유된 암모니아

의 혐기성 기성 미생물에 대한 독성작용, 공정의 과부하 등으로 낮은

처리효율의 문제점이 발생하여 상기 공정으로 운영 중이거나 계획 중

인 처리장의 시설개선작업이 실시되고 있는 실정이다.

이러한 기술적인 한계점은 고형물 함량이 높은 폐기물을 처리할 수

있는 혐기성 소화공법의 발전과 더불어 음식물류 페기물과의 병합처

리에 의해 극복될 수 있을 것으로 예상된다. 그리고 정책적으로 대체

에너지 기술개발 및 보급 확대를 적극적으로 추진하고 있으므로 가축

분뇨를 이용한 바이오가스 생산은 점차 확대될 것으로 전망된다.

최근에는 유기성폐기물 병합소화를 통해 바이오가스 생성을 극대화

하여 에너지 생성을 최대화하는 연구개발이 추진되고 있으며, 유기성

폐기물 병합소화처리를 통한 에너지화 관련 연구개발은 1997년부터

‘대체에너지기술 개발 기본계획’에 의거하여 본격적으로 개발하고 있다.

이 중 혐기성 소화에 의한 바이오가스 에너지화 연구개발은 국내

20

소수 기업이 현재 일부 소규모(20톤/일 규모)로 진행하고 있으며, 대

규모 실증 시설이 대형 건설사의 주도로 사업이 추진되고 있다. 이와

관련한 국내의 유기성폐기물 병합소화를 통한 바이오가스 에너지화

관련 특허는 2007년에 40여 건이 특허청에 특허를 받았다.9)

국내 바이오가스 생산시설 설치사업 추진현황을 살펴보면 다음과

같다. 우리나라는 1970년대 메탄균 활성 증대, 혐기소화에 의한 가축

분뇨처리, 메탄가스 생산시설 구조개선 등에 관한 다양한 연구가 진행

되었다. 이에 1995년 축산 농가용 49개소, 산업용(주정, 사료, 식품, 섬

유 분야) 35개소에 혐기소화 장치가 보급된 바 있고, 축산폐수 공공처

리시설의주처리 공정으로 유럽의 BIMA 공법을 도입하여 운전한 사례

도 있으나 소화조 운전 노하우 부족과 기술체계 미비, 정책적 지원 미

흡으로 국내 정착에는 실패하였다.

최근 들어 산업화, 도시화에 따른 다량의 고농도 유기성 폐기물의

발생으로 유기성 폐기물의 혐기소화에 대한 실증 연구를 추진하고 있

으며, 현재 상용화 되고 있는 혐기소화 시설은 가축분뇨 및 음식물쓰

레기 복합처리용으로 한국에너지기술연구소와 (주)한라산업개발이 개

발한 중온 혐기성 여상형 반응기를 이용한 이상소화시스템으로 안양

시(3㎥/일), 의왕시(15㎥/일), 파주시(80㎥/일)에서 운전 중이며, 농업

과학기술원과 (주)코오롱건설이 공동으로 개발한 CSTR(Continuous-

Stirred Tank Reactor) 방식의 혐기소화조(10㎥/일)가 충남 성환에 건설된

바 있다. (주)대우건설은 UASB(UpflowAnaerobic Sludge Blanket)

반응조를 이용한 정화처리 개념의 혐기소화 pilot 시설을 수원 축산기술

9) 지식경제부(2010) “고농도 유기성 바이오매스의 선택적 고율 이상혐기성 공정을 이

용한 바이오가스 발전: 최종보고서”

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석 21

연구소에 설치, 가동 중에 있다. 그러나 원료물질의 전처리 미흡으로

인한 잦은 기계 고장, 혐기소화액의 활용 방안 부재, 생산 바이오가스의

이용률 저조 등으로 실질적인 경제성을 확보하는 데 어려움이 있어

혐기소화기술 외에 제반 기술의 통합 연구가 요구되고 있는 실정이다

구분 선진국대비기술수준 국 내 외국(덴마크)

바이오가스

생산공정50% 공정도입단계 현장보급.확립단계

바이오가스

운영기술생산시설 70%

현장적용 및

소수플랜트운전단계

바이오가스

이용기술60%

이용분야연구,

단계정책

소화액

처리기술80%

액비이용체계

확립단계액비이용단계

정화

처리기술100%

혐기소화액

도입단계혐기소화액도입단계

액비

농축기술100%

막분리기술

확립단계막분리기술확립단계

출처 : 김창현, 윤영만 “바이오가스 생산시설을 이용한 가축 분뇨 자원화 연구 동향”

<표 3-1> 선진국 대비 기술수준 비교표(강원대, 2006)

한편 지식경제부의 신재생에너지 보급지원 사업과 다양한 지원책에

힘입어 2007년 전라북도는 신재생에너지 지방보급 사업을 통해 정읍,

무주, 고창에 가축분뇨를 이용한 바이오가스 생산시설 설치를 계획하

고 있으며, 경기도 고양시는 인근 ‘고양화훼단지조성’에 바이오가스화

시설을 건설하고 인근에서 발생하는 가축분뇨, 음식물쓰레기, 화훼 부

산물을 원료로 난방 열원 및 연료공급을 계획하고 있다. 한국농촌공사

22

는 바이오가스 생산시설을 친환경농업 단지, 간척지 축산단지, 에너지

작물 단지와 연계하는 모델을 검토하고, 한외여과(Ultra-Filtration), 삼

투(Reverse Osmosis)를 이용한 막분리 공법을 도입해 혐기소화액의

발생량을 저감하는 바이오가스 생산시설을 충남 홍성에 계획하는 등

바이오가스 에너지 활용과 시설 경제성 확보를 위한 노력과 더불어

다양한 접근이 이루어지고 있다.

시군 사업주체 추진현황 시설용량사업비

(백만원)비고

전북

정읍정읍양돈조합

사업자

선정중50㎥/일 6,000

농가형 시설

전북

무주무주군

폐수처리장

내 설치

전북

고창고창양돈조합 농가형 시설

경기

고양

고양시,

지역난방공사

타당성조사용

역 진행중약 300㎥/일 -

화훼단지

난방 공급

충남

홍성

홍성군,

농촌공사

타당성조사용

역 진행중약 200㎥/일 약17,000

중앙집중형

시설

출처 : 김창현, 윤영만 “바이오가스 생산시설을 이용한 가축 분뇨 자원화 연구 동향”

<표 3-2> 바이오가스 생산시설 설치사업 추진 현황

최근 들어 (주)유니슨, (주)대우건설, (주)DHM, (주)다코스 등이 농

가형 바이오가스 생산시설을 건설하고, 한경대학교와 (주)금호건설은

경기도와 안성시의 지원으로 연구용 바이오가스 시설을 추진하는 등

상용화 중심의 실증시설이 들어서고 있어 향후 이들 시설에 대한 전

반적인 성능 및 경제성 평가에 귀추가 주목된다. 국내 연구용 또는 상

용화 바이오가스 생산시설의 현황은 <표 3-3>, <표 3-4>와 같다.

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석 23

시설위치시설

구분

운전

상태

시설

용량

(㎥/일)

발전

용량

(KWh)

설비업체설치

연도

혐기

소화

공정

충남천안연암

축산원예대학농가형 폐쇄 10 -

축산원예대

학축산학과1979

단상,

CSTR

전남광양축협

종돈사업소농가형 폐쇄 130 -

오스트리아

기술도입1995

경북군위대흥

농장농가형 폐쇄 60 -

농장주설계

시공1997

충남아산금호

양돈집중형 중단 25 -

건대산학연

구팀1998

단상,

CSTR

충남천안축산

기술연구소pilot

일시

중단10 108

(주)코오롱

건설1999

단상,

CSTR

충남홍성은영

농장pilot

일시

중단10 -

홍성군

농업기술센

터

2000단상,

CSTR

경기수원축산

기술연구소pilot 가동중 10 35

(주)

대우건설2000

이상,

UASB

경기파주공공

처리시설집중형 가동중 80 500

(주)한라

산업개발2004

이상,

CSTR

충남청양여양

농장pilot 시운전 20 60

(주)

유니슨2006

단상,

CSTR

1경기이천모전

양돈단지농가형 시운전 20 30

(주)

대우건설2007

이상,

UASB

충남홍성 농가형 시운전 - 20 (주)DHM 2007 -

경남창녕 농가형 시운전 10 12(주)

다코스2007

이상,

UASB

경기안성국제

축산영농조합pilot 설치중 5 20

(주)

금호건설2007

이상,

CSTR

출처 : 김창현, 윤영만 “바이오가스 생산시설을 이용한 가축 분뇨 자원화 연구 동향”

<표 3-3> 우리나라 가축분뇨를 이용한 바이오가스 생산시설 설치 현황

24

소재지 시설명 시설 형태시설용량

(톤/일)

소화

방식

설치

년월생산방식

경기

광주시광주시퇴비화시설 공공처리 20 습식 ‘01. 8. 열

경기

의왕시의왕시퇴비화시설 공공처리 30 습식 ‘97. 2. 열

경기

파주시파주시퇴비화시설 공공처리 30 습식 ‘01. 1. 열

경기

김포시(주)삼영이엔시 민간시설 50 습식 ‘02. 9. 열

강원

고성군향목리 환경자원사업소 공공처리 10 습식 ‘03. 11 열

충남

태안군음식쓰레기자원화시설 공공처리 10 습식 ‘03. 7. 열

경북

영덕군영농조합법인 민간시설 10 습식 ‘95. 12 열

부산

강서구생곡음식물자원화시설 공공시설 200 건식 ‘05. 1. 발전차액

인천

연수구송도자원환경센터 공공처리 200 습식 ‘05. 9. 열

<표 3-4> 우리나라 음식물쓰레기를 이용한 바이오가스 생산시설 설치 현황

출처: 이준표,박순철(2010), “바이오가스 현황과 과제”

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석 25

2. 국내 기술수준 분석

가. 도시고형폐기물과 하수슬러지 및 축산분뇨의 통합소화

도시고형폐기물(MSW)의 유기성분은 다른 유기성 폐기물에 비하여

고형물 함량과 C/N비가 상당히 높은 반면, 질소와 인과 같은 영양성

분과 미량원소가 상대적으로 낮아 혐기성소화공정의 운전상 가장 큰

저해요소로 제기되고 있다. 이에 따라 도시고형폐기물의 효과적이고

경제적인 처리를 위하여 영양물질과 미량원소가 풍부한 하수슬러지

혹은 축산분뇨와 통합소화하는 방안이 제시되고 있다.

[그림 3-2] 하수슬러지의 일반적 처리공정

출처: 이준표,박순철(2010) “바이오가스 현황과 과제”

생분해성 도시고형폐기물과 하수슬러지, 축산분뇨는 서로 상반되는

생화학적 기질 특성을 지니고 있다. 하수슬러지와 축산분뇨의 경우

26

OFMSW에 비하여 C/N비, 생분해성 유기물 그리고 고형물 함량이 낮

은 반면, 혐기성소화에서 소화균의 성장과 신진대사에 필요로 하는 영

양성분 및 미량원소 함량은 상대적으로 높다. 따라서 하수슬러지 혹은

축산분뇨와 함께 생분해성 도시고형폐기물의 혼합은 영양성분의 균형

과 C/N비 향상 효과로 인하여 소화공정의 안정성을 증가시켜 줄 뿐

만 아니라 생분해 가능한 유기성분의 증가에 따른 메탄가스의 발생량

증가와 같은 긍정적인 효과를 얻을 수 있고, 특히 축산분뇨의 혐기성

소화에 있어 종래의 고농도 암모니아로 인한 문제점을 해결하는 데

상당히 효과적인 것으로 보고되고 있다.

한편 하수슬러지와 함께 OFMSW의 통합소화는 영양소 균형과 하수

슬러지의 C/N비 향상과 더불어 혼합기질의 생분해도 개선에 상당한

효과를 가져오며, 또한 OFMSW의 혐기성소화공정에 적당량의 하수슬

러지 추가는 부족한 영양소를 제공함에 따라 소화조의 안정도를 증가

시키기도 한다. 한편, 하수슬러지는 도시고형폐기물의 건식소화시스템

에서 소화균의 원활한 성장과 신진대사를 위하여 영양소 제공원으로

이용되고 있으며, 효과적인 메탄생성을 위한 기질의 적정 C/N비는

25~30으로 보고하고 있다.

1990년대부터 독일을 비롯한 몇몇 유럽국가에서는 유기성 고형폐기

물의 효율적인 관리와 동시에 혐기성소화공정의 에너지 생산성을 향

상시키고자 축산폐기물, 하수슬러지를 포함하는 도시고형폐기물, 도축

장 폐기물, 유기성 농공산업폐기물 등을 혼합처리하는 중앙집중식 혐

기성 통합소화공정(centralised anaerobic co-digestion system)을 도입

하였다. 특히 독일의 경우 1997년 현재 전국적으로 37개의 소화조가

운전되고 있으며, 덴마크의 경우 1995년 현재 전국에 걸쳐 운영되고

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석 27

있는 20개 이상의 full-scale joint biogas plant중 5개의 대규모 소화조

는 축산분뇨와 함께 생분해성 도시고형폐기물과 기타 유기성 폐기물

을 통합소화 처리하고 있다.

한편 하수슬러지와 생분해성 도시고형폐기물(OFMSW)의 통합소화

에 대한 가능성이 제시된 이후, 현존하는 하수처리장의 혐기성소화조

에 하수슬러지와 함께 도시고형폐기물의 통합소화하는 방안이 제시되

었고, 생분해성 도시고형폐기물의 효과적인 처리를 위한 대안으로 현

존하는 하수처리장 혐기성소화조를 이용할 경우 초기투자비용과 운전

및 처리비용 측면에서 상당히 유리한 것으로 보고되기도 하였다. 특

히, 기존 하수처리장의 혐기성소화조에 주입되는 하수슬러지의 고형물

농도가 평균 3~5%TS정도임을 감안해 볼 때, 높은 고형물함량을 지닌

도시고형폐기물의 추가는 소화공정의 유기물 부하율 증가 및 소화효

율 향상 측면에서 상당한 효과를 기대할 수 있다.

생분해성 도시고형폐기물과 하수슬러지의 통합소화에 있어 중요한

운전변수 중의 하나는 두 고형폐기물의 혼합비율이다. 혼합비율은 처

리대상 고형폐기물의 고유한 특성과 소화공정에 따라 다소 차이를 나

타내며, 적정 혼합비는 휘발성 고형물의 제거율과 바이오가스 혹은 메

탄 발생량을 기준으로 평가하고 있다. 생분해성 도시고형폐기물과 하

수슬러지의 중온 통합소화에서 두 고형폐기물의 적정 혼합비는

25%:75% 정도로 보고되고 있다. 유럽에서는 주로 이들 상용화 통합소

화 공정으로부터 생성되는 소화슬러지는 최종적으로 액상 혹은 고체

상 퇴비화에 의해 재활용되며, 바이오가스는 주로 가스엔진에 의해 전

기를 생성하여 인근 지역에 공급하거나 열병합발전 혹은 지역냉난방

의 에너지원으로 이용하고 있다.

28

[그림 3-3] 음식물쓰레기(음폐수) 하수병합 처리 공정

출처: 이준표,박순철(2010) “바이오가스 현황과 과제”

[그림 3-4] 산업폐수(주정폐수)의 처리공정

출처: 이준표,박순철(2010) “바이오가스 현황과 과제”

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석 29

유럽의 경우 90년대 초반부터 기존 하수처리장 혹은 축산분뇨 처리

장의 혐기성소화조를 이용하여 생분해성 도시고형폐기물, 유기성 농․

산업폐기물, 하수슬러지, 축산분뇨 등의 다양한 유기성 폐기물을 통합

소화하는 대규모 실증 플랜트를 상용화하였음을 볼 때, 향후 혐기성소

화가 국내에서 문제시되고 있는 음식물쓰레기, 축산분뇨, 하수슬러지

등과 같은 유기성폐기물의 효과적인 처리를 위한 기술적 대안으로 유

망할 것으로 전망된다.

나. 바이오가스와 바이오메탄의 비교

바이오가스는 전술했듯이 이산화탄소 및 기타 기체들과 섞여 있어

도시가스와 같은 정도의 열량을 내지 못한다. 반면에 이러한 바이오가

스를 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)로 분리 및 정제를 통해 얻어지는

바이오메탄은 도시가스와 비슷한 열량을 갖고 있어 발전용이나 수송

연료로 이용가능하다.

[그림 3-5] 바이오 연료 생성도

출처: 김기동(2007) “음식물류 폐기물 발생폐수의 바이오메탄 활용방안”

30

소화가스의 이용방안은 3세대로 구분할 수 있다. 제1세대는 메탄가

스를 소화조 가온 및 난방에만 제한적으로 사용하는 것으로 우리나라

대부분의 하수처리장이 이에 해당한다. 제2세대에서는 발전과 열회수

가 동시에 가능한 열병합 발전으로 전기는 소내 전력으로 사용되고,

폐열은 소화조 가온 및 난방에 사용된다. 최근 적용되고 있는 제3세대

시스템은 연료전지를 이용한 발전으로 메탄으로부터 수소를 추출하여

전기를 생산하고 폐열을 이용하는 방법이다.

2세대 열병합발전에서 발전기의 종류는 소화가스 발생량에 의해 결

정된다. 마이크로 터빈은 소용량 발전(25~300kW)에, 가스엔진은 대용

량 발전(0.05~1.3MW)에 사용된다. 일반적으로 마이크로 가스터빈 발

전은 가스엔진보다도 발전효율이 낮고 유지관리비가 높지만, 기기중량

당의 발전 출력이 크고 가스냉각 및 단시간 기동정지가 가능하며 소

음대책이 용이하다는 등의 특징을 갖고 있다. 가스엔진의 경우 바이오

가스 내 메탄 순도가 최저 30%내에서도 운전 가능하여 하수슬러지로

부터 발생된 소화 가스로도 운전이 가능하며 우리나라와 같이 함수율

이 높은 유기성폐자원의 소화가스 이용에 적합하다. 최근에는

Encloser 등을 사용하여 소음 문제도 어느 정도 해결되었으며, 초기

시설비 대비 전력발생효율이 우수해 잉여전력의 판매에 대한 관심이

급증하고 있다.

3세대 시스템인 연료전지는 양극, 음극, 전해질로 구성된 여러 개의

cell을 조합하여 용량을 변화시킬 수 있다. 연료전지는 전해질의 종류

에 따라 여러 가지로 구분되며 일반적인 장점은 오염물질(NOx, SOx,

미립자 등) 배출이 거의 없고 연소를 위한 기계장치가 불필요하며 높

은 효율과 단순한 작동, 안정성 등이 높고 연료가 공급되는 한 연속적

으로 운영될 수 있고 다양한 연료의 사용이 가능하다.10)

제3장 바이오가스 생산 기술 현황 및 분석 31

배출가스 특성을 살펴보면, 가스터빈 -> 가스엔진 -> 디젤엔진의 순

으로 오염물질이 많이 포함된다. 설치비용에서 살펴보면 단위 출력당

가스터빈->가스엔진->디젤엔진 순으로 가격이 높아진다. 엔진 효율 면

에서 살펴보면 디젤엔진이 가장 높고, 가스엔진, 가스터빈의 순으로

나빠진다. 배열이용을 포함한 종합효율을 살펴보면 디젤엔진은 배기가

스온도가 낮기 때문에 엔진 효율은 높으나 배열 이용이 제한되어 종

합효율이 가장 낮으며 가스엔진과 가스터빈은 비슷한 정도의 효율을

나타낸다.

바이오가스의 정제공정을 거쳐 생산되는 바이오메탄을 수소용 연료

로 사용하거나 천연가스 배관망을 통해 주입, 공급하여 바이오가스를

생산지에서 바로 사용할 수도 있고, 파이프라인을 통해 소비자에게 공

급될 수도 있다.

[그림 3-6] 바이오가스와 바이오메탄 적용 비교

출처 : 김기동(2007) “음식물류폐기물 발생폐수의 바이오메탄 활용 방안”

10) 손학식 (2005) ‘실용 소규모 열병합발전시스템’, (주)기다리, p151～188

32

바이오메탄이란 슬러지류 및 유기성 폐자원(음식물쓰레기, 가축분뇨

등)이 미생물에 의해 분해하면서 생성되는 메탄과 이산화탄소 등이 포

함된 바이오가스 중에서 이산화탄소를 제거한 순수한 메탄가스를 말

하며, 천연가스와 같이 청정하면서 연료로 사용되고 있는 에너지원이다.

바이오가스의 경우 함유된 메탄조성이 60~80% 수준인데 반해 운송

용 연료인 CNG나 도시가스 등은 대체로 메탄의 구성비가 91%이다.

천연가스와 비슷한 발열량을 맞추기 위해 대략 바이오가스의 메탄함

량을 96%이상으로 향상시키고, 생성된 바이오메탄은 천연가스와 같은

공급 설비를 통해서 공급할 수도 있다. 이렇게 메탄함량을 향상시키기

위한 고질화 방법을 정제기술이라 표현하며 이를 통해 바이오가스 중

에 메탄 다음으로 많은 이산화탄소 등을 제거함으로써 메탄의 순도를

향상 시킬 수 있다.11)

구분 바이오가스 바이오메탄

조성CH4(50%,CO2(45%)

기타가스(5%)

CH4(>95%),

CO2+O2+N2(<5%)

열량(/㎥) <5,000 kcal Max 9,500 kcal

적용처 발전, 보일러

발전, 보일러, 산업체연료

자동차, 철도차량, 선박연료

가스배관망 연동

원거리공급여부 물가능 가능(기체, 액체, 고체)

CO2분리 없음 분리함

투자비규모 낮음 높음

판매가격(수익성) 낮음 높음(비고:제조원가 중간)

부가가치 낮음 높음

<표 3-5> 바이오가스와 바이오메탄의 비교

출처 : 김기동(2007) “음식물류 폐기물 발생폐수의 바이오메탄 활용방안”

11) 김은석(2009) “바이오가스 정제기술 및 활용방안에 관한 연구” 석사학위논문

제4장 국내 유기성 폐자원의 이용현황 및 관련 정책 분석 33

제4장 국내 유기성 폐자원의 이용현황 및 관련

정책 분석

1. 유기성 폐기물 자원화 및 에너지화 정책

가. 유기성 폐기물 에너지화 시설 확충

정부는 하수 슬러지 고형연료화 사업 규모를 변경하여 1,100톤/일에

서 2,300톤/일으로 늘릴 예정이다. 또한 음폐수 바이오가스화 사업은

기본 계획 및 설계 추진, 사업자 선정 등의 작업을 거쳐 ’12년까지 대

형화로 전환할 예정이다. 또한 음식물류 폐기물 바이오가스화 사업은

관련 업체 설명회를 통해 의견 수렴 후 ‘관계기관협의회’에서 사업 규

모, 재원조달방안 등을 확정하여 사업을 추진할 예정이다.

구분에너지화량

(천 톤/년)

규모

(톤/일)

사업

기간

(년)

사업비

(억원)

참여

지자체

시설

형태

계 1,284 4,100 4,560 - -

하수 슬러지

고형 연료화690 2,300 09~11 2,760

서울시

인천시

경기도

광역

음폐수

바이오가스화264 800 09~12 800

음식물류

바이오

가스화

1단계 99 300 11~14 300

2단계 231 700 15~17 700

<표 4-1> 지자체의 유기성 폐자원 에너지화 사업 계획

34

다음으로는 정부의 바이오가스 자동차연료화 시설 확충 계획이 있다.

이는 현재 추진 중인 CDM사업을 포함하여 경제성에 대한 전문가 자

문을 거쳐 사업을 추진할 예정이다. 총 사업비는 50억원으로 예상된다.

구분에너지화량

(백 만 /년)

규모

(/분)

사업기간

(년)

사업비

(억원)

시설

형태

바이오가스

자동차연료화14 30 09~10 50 -

<표 4-2> 바이오가스 자동차 연료화 사업

나. 하수슬러지 에너지화 확대 방안

하수슬러지 발생량 7630톤/일 중, 해양배출량이 69%(5227톤/일)로

대부분을 차지하고 있고, 나머지는 복토재 등으로의 재활용이 19%, 소

각 10.9%, 매립 2.1%의 순으로 처리되고 있다.(‘07년 기준) 이에 따라

정부는 ‘12년부터의 해양투기 규제에 대비하여, 해양배출되는 하수슬

러지의 육상처리대책(고화, 소각, 건조, 탄화, 퇴비화 및 부숙화 등)을

수립하여 추진 중이다. 그러나 현재의 에너지난 및 기후변화 문제에

적극적으로 대응하기 위해 정부는 하수슬러지의 에너지화로의 생산적

전환을 적극 추진할 계획이다. 이미 독일은 “폐기물의 소각과 혼소에

관한 법령”, 일본은 “자원의 유효 이용촉진에 관한법률”에 의하여 하

수슬러지를 연료로 활용하고 있고, 영국, 스웨덴, 네델란드, 벨기에 등

대부분 유럽국가가 하수슬러지를 석탄 혼소 등의 방법에 의해 연료로

활용중이다.

유형별 하수 슬러지에 대한 전처리 공법 비교 결과, 에너지화로의

제4장 국내 유기성 폐자원의 이용현황 및 관련 정책 분석 35

전환 공정중의 하나인 건조시설 설치 및 운영비가 다른 처리 방법 보

다 상대적으로 저렴하여 경제적인 것으로 나타났다. 현재 가동중인 시

설에 대한 운영 관리 실태조사 결과, 소각은 시설이 대용량으로 설치

비는 적으나 운영 시에 많은 비용이 소요되며, 탄화는 다른 처리방법

에 비하여 처리 단가가 높다. 또한 현재 설계중이거나 공사 중인 시설

에 대한 분석결과도 건조시설 설치비가 가장 낮게 나타났다.

구분 건조 부숙화 고화소각

탄화 분변토전용 혼합

설치비

(백만톤/톤)52 209 137 380

처리단가

(원/톤)28,782 57,407 67,000 68,694 71,721 76,728 88,000

<표 4-3> 유형별 하수 슬러지 처리비용 비교

하수슬러지 에너지화 확대 방안의 추진방향은 이미 예산을 확보하

여 설치중인 시설에 대하여 사업진도 등을 고려하여 가능한 경우 연

료화시설로 전환토록 하는 방안을 검토하고, 설계완료, 턴키발주, 민간

투자사업 및 공사 중인 시설 등은 제외하도록 하였다. 현재 하수슬러

지를 건조 후 소각 처리 하는 시설에 대하여도 연료화시설로 전환토

록 하는 방안을 검토하여 발열량, 수분 및 회분, 중금속 함량 등이 일

정기준에 맞을 경우 화력발전소 연료로의 사용을 허용하는 방안을 마

련할 계획이다. 연료화를 전제로 하는 하수처리장에 대하여는 소화조

설치 또는 소화조 효율 개선사업 대상에서 제외하고, 소화조 신규설치

및 효율 개선사업 등은 화력발전소 혼소 이외의 방법으로 육상처리가

36

가능한 지역 등에 대하여 제한적으로 추진할 계획이다. 소화조를 거친

슬러지는 유기물 분해(약 50%)로 인해 발열량이 낮아서 연료화 추진

이 곤란한 것으로 나타났다.

한편 하수슬러지 에너지화 촉진을 위한 제도적 기반조성을 위해 하

수슬러지의 화력발전소 연료사용을 검토하고 바이오가스의 자동차 연

료 및 도시가스로의 사용이 가능하도록 관계 법령을 개정 추진할 계

획이다.

다. 육상처리대책 추진현황 분석 및 정책전환 방안

육상처리대책 추진현황을 분석하면 ‘12년부터의 해양투기 규제에 대

비하여, 96개소의 육상처리시설을 설치하는 것을 목표로 추진 중이다.

이는 ’11년에 10,259톤/일으로 발생량이 증가할 것으로 예상한 추진목

표이며, ‘07년 기준 7,630톤/일의 발생량을 기록하였다. ‘09.3월 현재

3,954톤 /일(32개소)이 완공되었고, 설치 중인 시설이 5,977톤/일(60개

소)로 총 9,931톤/일(92개소)의 시설이 육상처리대책의 일환으로 추진

중이다.

구분 계 고화 소각 건조 탄화 퇴비화 부숙화 미확정 기타

계9,931

(92)

2,497

(15)

2,422

(28)

2,365

(15)

775

(13)

226

(12)

70

(4)

1,536

(3)

40

(2)

가동중3,954

(32)

1,630

(3)

1,714

(20)

430

(3)

100

(1)

40

(3)

40

(2)

설치중5,977

(60)

867

(12)

708

(8)

1,935

(12)

675

(12)

226

(12)

30

(1)

1,536

(3)

주) 미확정은 수도권 매립지 2단계(1,036톤/일) 및 3단계, 대전 (300톤/일) 등으로서 연료

화로 전환예정

<표 4-4> 하수 슬러지의 육상처리대책 현황

제4장 국내 유기성 폐자원의 이용현황 및 관련 정책 분석 37

앞으로의 정책 전환 방향은 현재 설치진행 중인 60개소 중 ‘09년도 신규

예산 반영 11개소, 기본계획 및 설계 중 12개소, 공사중인 건조시설 3개

소 등 총 26개소(3,931톤/일)에 대하여는 연료화시설로의 전환을 적극

검토하고 있고, 연료화시설로의 전환 소요예산은 3,970억원으로, 기존사

업 예산(4,346억원)으로 충당하는 것으로 계획하고 있다.

연료화 검토 대상시설 합계

시설용량

(시설수)

641

(11)

2,580

(12)

710

(3)

3,931

(26)

대상지역

대전(300), 태백(15),

홍천(10), 서산(35),

태안(10),군산(150),

김제(11), 부안(15),

정읍(60), 의성(25),

하동 (10)

수도권 2단계(1,000),

부산(650), 광주(300),

시흥(200), 춘천(60),

아산(50), 남원(25),

완주(35), 상주(50), 안동

(50), 포항(100), 진해(60)

수원 (450),

경주 ( 9 0 ) ,

양산(170)

소요예산(A) 64,741 260,580 71,710 397,031

기존예산(B) 134,354 229,733 70,473 434,560

추가소요(A-B) 69,613 30,847 1,237 37,529

주) 소요 예산은 공사중인 건조시설 설치비 단가(101백만원/톤)적용

<표 4-5> 하수 슬러지 연료화 검토 대상시설

<표 4-5>에서 보는 바와 같이 26개소(3,931톤/일)를 연료화시설로 전환

할 경우, 우선 시설투자비로 약 375억원 절감이 가능하고, 시설운영비

(310억/년), 해양투기 비용(687억/년), 석탄연료 대체 (347억/년), 탄소배

출권(91억/년) 등 매년 1,435억원의 경제적 효과의 창출이 가능한 것으

로 나타났다.

38

구분시설비

절감

운영비

절감

해양투기

비용절감석탄 대체 탄소배출권

물량(톤/일) 3,931 3,931 5,227 205,200(톤/년) 559,800(tCO2/년)

금액

(억원/년)375 310 687 347 91

비고

(산출기준)

설치

중인

시설

소각

시설

대비

‘07년

해양

투기량

해양투기, 소각,

매립량(‘07년

6,220톤/일)

해양투기, 소각,

매립량(07년

6,220톤/일)

주) 운영비의 경우는 전용소각 시설 운영비(68,694원/톤)와 공사중인 건조시설의 예상 운

영비 단가( 47,117원/톤) 대비 절감 효과 산출

<표 4-6> 연료화 시설의 경제적 효과

또한, 소화조 효율 개선사업비(‘09 신규 3개소, 580억원)를 비롯하여

소화조 설치 관련 예산의 절감 효과를 기대하고 있고, ‘10년부터의 신

규 및 대체 시설은 연료화 방식 우선 검토 대상으로 고려하고 있다.

기존시설의 내구연한 도래 등에 따른 대체시설 등 신규시설에 대하여

는 가급적 연료화 시설로의 전환을 검토하고 있고, 현재 추진중인 전

국 8대 권역 13개 ‘환경 에너지종합타운’ 조성 사업과 연계하여 추진

하고 있다. ‘09년 중에 추진예정인 권역별 환경 에너지 종합타운 타당

성 조사 시 하수슬러지 연료화시설 광역화 방안도 포함하여 추진하고

있으며, ‘09년 중 광주, 대전, 원주, 충남 신도청(홍성, 예산), 경북 신

도청(안동, 예천), 제주 등 6개 권역을 대상으로 타당성 조사를 실시할

예정이다. 가동 중인 하수슬러지 건조시설(소각처리)의 연료화 전환을

추진하고 있고, 수분 함유량(10%이하) 등을 석탄화력발전소 연료 제조

기준(신설중)에 맞추어 연료로의 사용을 추진하고 있다. 현재 서울 난

지(150톤/일), 서울 서남(150톤/일, 부산 해운대(48톤/일) 등이 운영되

제4장 국내 유기성 폐자원의 이용현황 및 관련 정책 분석 39

고 있다.

하수슬러지 에너지화 촉진을 위한 제도적 기반마련을 위해서 하수

처리 오니를 화력발전소 연료로 사용할 수 있도록 허용하여야 하고,

저위발열량(3,000 kcal/kg 이상) 등에 관한 기준을 마련, 하수처리 오

니를 석탄 연료와 혼합 사용 허용을 추진해야 한다. 소화 또는 탄화로

에너지를 일부 회수 사용하여 발열량이 낮아진 경우에 한하여, 저위발

열량이 2,000 kcal/kg 이상인 하수오니도 화력발전소 연료화 허용을

검토하고 있다.

하수슬러지 소화가스 등 바이오가스의 자동차연료 및 도시가스 공

급 허용을 위해서 천연가스 자동차연료 제조기준 신설(‘09.1) 및 친환

경연료의 종류에 바이오가스를 포함하는 방안을 추진(대기보전법 개

정) 중이며, 도시가스의 정의에 ‘바이오가스’를 포함토록 함으로써, 하

수슬러지 음식쓰레기, 가축분료등에서 발생하는 바이오가스를 도시가

스로 공급이 가능하도록 추진하고 있다. 현재 도시가스사업법 개정법

률안 국회통과(‘09.3.2) 및 정부이송(’09.3.16) 중에 있다.

라. Eco-Star 프로젝트 추진과제 (11개 분야 기술개발)

환경부가 추진중인 Eco-Star프로젝트 가운데 유기성 폐자원의 연료

화 기술 개발을 목표로 하는 과제들은 다음과 같다.

① 하수슬러지 가스화를 통한 에너지 이용기술(‘09~’14)

- 실증적용 가능 규모의 고형연료화 및 가스화 공정 시스템 개발

- 고형 연료화·가스화 실증(Pilot Plant) 규모 : 10톤/일

40

② 유기성 폐기물 병합처리 및 바이오가스 발전시스템 개발 (‘09~’14)

- 유기성 폐기물 에너지화 최적시스템 구축 및 CDM 사업화방안 마련

- 병합처리시스템 개발 (Pilot Plant 30톤/일), 고효율 새산시스템 개발 등

③ 음식물류폐기물 폐수처리를 위한 고율 액상화 혐기소화 및 자원재활용

기술 개발 (‘09~’12)

- 안정적 바이오가스 생산을 위한 혐기성 처리 시스템, 모니터링, 운전기술

개발

- 음폐수 바이오가스화 시스템 개발 (Pilot Plant 30톤/일), 악취방지설비

적용성 등

④ 매립지의 CH4 고효율 정제 및 CLG 활용기술 개발 (‘09~’11)

- 매립지에서 발생하는 매립가스를 고순도로 정제하여 수송수단 등에 이

용하는 기술을 개발하고 이를 CDM 사업화함

- 대상 매립지의 매립가스 배출량 및 메탄함유량 조사, 매립가스 고순도

정제·이용기술 개발 및 가이드라인 제시

⑤ 중소규모 매립지 매립가스 활용 번들(bundle)형 CDM사업 (‘09~’12)

- 다수의 중소규모 매립지 매립가스를 각각 포집하고 에너지를 이용 (연

간 CO2 환산 6만톤 이하 규모의 매립지 번들형 CDM사업 추진)

- 매립가스 포집관련 기술검토, 모니터링 방안 검토, CDM추진

제4장 국내 유기성 폐자원의 이용현황 및 관련 정책 분석 41

2. 유기성 폐기물 관리 정책의 문제점과 개선 방향12)

앞서 유기성 폐기물의 자원화 및 에너지화 정책을 중심으로 설명했

는데, 보다 근본적으로는 유기성 폐기물의 관리 정책부터 살펴보아야

한다. 유기성 폐기물 관리 정책상의 주요 문제점은 다음과 같다. 우선

농림부의 가축분뇨 자원화 처리제도와 환경부의 폐수종말처리장을 이

용한 정화처리 정책이 이원화되어 있다는 점이다. 양 부처가 다른 방

식으로 처리하고 있기 때문에 가축분뇨와 음식물류 폐기물이 동시에

처리되어야 하는 경우에 처리업자 및 지방자치단체는 환경부의 폐기

물관리법과 농림부의 오분법을 동시에 만족시켜야 하는 부담을 안게

된다.

둘째, 농림부의 가축분뇨 처리시설 지원사업과 환경부의 유기성 폐

기물 처리시설 지원사업의 집행률이 부진하다는 것이다. [그림 4-1]을

보면 예산은 매년 증가하고 있으나 집행률 감소로 예산 이월률은

70~90%에 이르는 것으로 나타난다.

세 번째로는 환경부의 축산분뇨공공처리시설과 음식물류 폐기물자

원화 처리시설의 가동율이 저조하다는 것이다. 즉 신고미만인 축산농

가의 반입량이 지속적으로 감소해왔고, 음식물류 처리시설의 경우 가

동률이 0%인 경우도 다수 있는 것으로 나타났다. 한편 농림부의 가축

분뇨 처리시설의 가동률은 높은 편이지만 유기물질의 총량을 규제하

는 양분규제가 없기 때문에 토양과 수질오염의 악화가 우려되고 있다.

이상과 같은 문제점들을 개선하기 위해서는 농업정책과 환경정책,

12) 이에 관한 내용들은 주로 서세욱(2009)의 농정월례포럼(2009), “바이오가스 보급을

위한 주요국의 정책지원책과 우리의 정책방향” 자료에 기초하였다.

42

그리고 에너지 정책을 연계할 필요가 있다. 우선 유기물질의 총량을

규제하는 양분총량제를 도입하여 환경 규제가 선행되어야 하고, 자원

화를 우선순위에 두고, 에너지화를 추가적인 처리방안으로 삼아야 할

것이다.

[그림 4-1] 농림부의 가축분뇨 처리시설 지원사업 예산 집행 현황

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 43

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점

1. 유럽의 바이오가스 생산 현황 및 정책 분석13)

유럽의 바이오가스 생산량은 2007년 5.9백만TOE에 달한다. 2007년

에는 매립가스가 주요 바이오가스로서 전체의 49.2%를 차지하고 있다.

하수처리장에서 발생하는 바이오가스(15.0%)는 농수산 작물로부터 발

생하는 바이오가스(35.7%)보다 기여도가 낮다. 유럽은 에너지작물(옥수

수)의 개발이 유럽 바이오가스 생산량을 크게 증가시키는 구동력이 되

었다. 바이오가스는 열병합발전 연료로 이용되어 주로 전력을 생산하

고 있으며, 2006년에 비해 2007년에 17.5%가 증가하였다. 바이오가스

를 연료로 한 열병합발전으로 생산된 전력은 전체 열병합발전에서 생

산된 전력의 58.4%를 차지하고 있다.

13) 지식경제부(2010) “고농도 유기성 바이오매스의 선택적 고율 이상혐기성 공정을

이용한 바이오가스 발전: 최종보고서”

44

[그림 5-1] 유럽의 바이오가스 생산현황(2007년 기준)

출처: BIOGAS BAROMETER(2008), “le journal des énergies renouvelables”

�EU: RES-E지령

•EU가맹국별 재생가능에너지 목표

•발전수입: 고정 매입가격

•일정기간 매입: 덴마크 10년, 독일 20년

•선행투자에 대한 인센티브

�일본: RPS법

•낮은 매입가격

•1년마다 계약 갱신

�EU 폐기물 매립지령

•매립 금지: 덴마크 2000년, 독일 2004년

•유기성 폐기물 재활용

•위생처리기준 마련

�일본

•식품리사이클법

•바이오매스·일본 종합전략

•위생처리기준 미확립

출처: 서세욱(2009), “바이오가스 보급을 위한 주요국의 정책지원책과 우리의 정책방

향”, 농정월례포럼

<표 5-1> 유럽과 일본의 바이오가스 시설 지원 제도 비교

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 45

독일은 최근 소규모 농가형 메탄화장치(전체 메탄화 장치의 71.2%)를

개발하여 2007년에 2.4Mtoe의 바이오가스를 생산하였으며, 인구 1,000

명당 29toe로 유럽에서 가장 많은 바이오가스를 생산하는 국가이다 [그

림5-1] 참조. 독일은 2006년에 바이오가스 생산설비가 250개소였던 것

이 2007년 말에 3,750개소로 증가하였으나, 에너지작물 가격 상승과 발

전기 설치비용증가로 인해 바이오가스 생산량이 증가하지 않고 있다.

Pays/Countries Tep/1000hab./Toe/1000inhab.

Allemagne/Germany 29,0

Royaume-Uni/UK 26,7

Luxembourg/Luxembourg 21,0

Danemark/Denmark 18,0

Autriche/Austria 16,8

Pays-Bas/TheNetherlands 10,6

Irlande/Ireland 7,8

Rep.tcheque/CzechRep. 7,6

Belgique/Belgium 7,4

Espagne/Spain 7,4

Finlande/Finland 6,9

Italie/Italy 6,9

Slovenie/Slovenia 5,9

France/France 4,9

Grece/Greece 4,3

Estonie/Estonia 3,1

Suede/Sweden 3,0

Hongrie/Hungary 2,0

Pologne/Poland 1,6

Slovaquie/Slovakia 1,6

Portugal/Portugal 1,5

Lituanie/Lithuania 0,7

Chypre/Cyprus 0,2

UE/EU 11,9

* Estimation/Estimate. Source:EurObserv’ER2008

출처: BIOGAS BAROMETER(2008), “le journal des énergies renouvelables”

<표 5-2> PRIMARY BIOGAS ENERGY PRODUCTION PER INHABITANT FOR EACH EUROPEAN UNION COUNTRY IN 2007*

(단위 : TOE/1 000 INHAB.)

46

가. 독일

2006년도 이용량은 1,923KTOE로 유럽 1위이다. 바이오가스 생산량

도 7,338GWh로 유럽 1위이며, 전년도에 비해 55.9%나 증가하였다. 소

규모 공장의 농업폐기물/소화기로 생산된 메탄가스를 열병합발전에

공급하는 경우가 대부분인데, 바이오가스를 포함한 소규모 바이오매스

발전시설의 생산 전력을 특히 우대하는 고정우대가격제도를 시행하고

있어 2006년도에 농가의 신규시설이 매월 50여개씩 증가함으로써 총

3,500개가 되었으며 한 해 동안 증가한 바이오가스 열병합발전 시설용

량만 550MWe에 달하였다. 소규모 바이오매스/바이오가스 생산전력의

구매우대가격은 2006년도에는 150kW이하 시설 17.16유로센트/kWh,

150~500kW시설 15.63유로센트/kWh, 500kW~5MW시설 12.64유로센트

/kWh, 5~20MW시설 8.15유로센트/kWh이었으며, 2007년도에는 다시

1.5%인하된 가격이 적용되고 있다.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 47

독일 라데베르그플랜트

•원료: 음식물류 폐기물

•고형분: 퇴비(폐열을 이용)

•발전용으로 이용

덴마크 리베플랜트

•원료: 가축분뇨+음식물류 폐기물

•위생처리기준 수립(고온 발효)

•소화액은 농지로 환원

출처: 서세욱(2009), “바이오가스 보급을 위한 주요국의 정책지원책과 우리의 정책방향”,

농정월례포럼

<표 5-3> 독일과 덴마크의 바이오가스 시설

나. 영국

2006년도 이용량은 1,696KTOE로 유럽 2위이다. 그러나 1,000명당

이용량이 28.1TOE로 유럽 1위를 차지하였다. 전력공급자에게 일정비율

의 재생에너지 전력을 공급토록 의무화하고 할당된 재생에너지 전력

에는 MWh단위로 재생에너지의무인증서 ROC(Renewable Obligation

Certificate)를 발급하여 시장에서 이를 거래할 수 있도록 인센티브를

48

주고 있다. 매년 할당비율을 증가시키고 있는데 2002/2003년도에는

3%였으나 2006/2007년도에는 6.7%가 되었다.

다. 이탈리아

유럽에서 바이오가스 이용 규모 3위국이지만 2위와 격차가 크다.

2006년도 이용량은 353.8KTOE로서 전년도의 343.5KTOE보다 3% 증가

하였다. 식물 및 유기 폐기물을 이용하는 바이오가스 발전시설은 의무

할당 및 그린 인증서(Green Certificate)제도에 참여하여 인센티브를

받을 수 있다. 2006년도에 전력공급업체에게 부여된 재생에너지 의무

할당비율은 2.7%였다. GC가격이 꾸준히 오르고 있으며 2006년도 GC

가격은 13.91유로센트/kWh였다.

라. 스페인

스페인은 강력한 재생에너지 개발 정책을 펼치고 있지만 풍력과 태

양광에 치우쳐 있다. 2006년도 바이오가스 이용량은 334.3KTOE로서

유럽 4위이지만 전년도의 316.9KTOE에 비해 증가폭이 크지 않다.

2004년부터 고정가격제도를 시행하고 있으며 발전 업체가 시장판매나

배전업체 판매를 선택할 수 있다. 시장판매의 경우에는 ‘시장가격 +

매년 법령이 정하는 KWh 당 기준가격의 40% 보너스 + 기준가격의

10%보상금’ 의 인센티브가 있다. 배전업체 판매의 경우에는 기준가격

의 90%에 판매할 수 있으며 고정우대가격을 20년간 적용받을 수 있고

이후에도 기준가격의 80%에 판매할 수 있다.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 49

마. 프랑스

유럽에서 바이오가스 생산 잠재력이 가장 큰 국가이지만 2006년도

이용량은 227KTOE로서 유럽 5위이며 전년도의 220KTOE에 비해서도

거의 증가하지 않았다. 그러나 2006년 7월부터 바이오가스 발전시설의

생산전력에 고정우대가격제도를 시작하였으며 앞으로는 바이오가스

이용이 증가할 전망이다. 바이오가스 전력의 우대가격은 15년간 적용

되며 시설용량에 따라 7.5 ~ 9유로센트/kWh이다. 에너지 효율이 높으

면 최대 3유로센트/kWh의 보너스를 받을 수 있고 메탄가스화 생산에

는 2유로센트/kWh 의 추가적인 인센티브가 있다. 또한 바이오가스

발전의 행정절차를 간소화하고 전력망 접속대책도 마련하였다. 2006년

도 바이오가스 발전량은 501 GWh로서 전년도보다 3.7% 증가하였다.

바. 덴마크

바이오가스 생산/열병합발전기술 분야에서 세계적인 강국이다. 바

이오가스 생산량의 60%는 20기의 대규모 중앙집중식 생산시설과 농

장의 소규모 소화기 생산이 담당하고 있고, 매립가스(15%)와 오수 정

화시설(25%)의 비율은 높지 않다. 2006년도 바이오가스 이용량은 94.2

KTOE로서 유럽 8위이고 전년도에 비해 증가량이 크지 않다. 그러나

1000명당 바이오가스 이용량은 174 KTOE로 유럽 4위 수준을 유지하

고 있다.

50

■ 덴마크의 바이오가스 관련 사례

① 개요

1997년 10월, Vaarst-Fjellerad에 혁신적인 바이오가스플랜트가 준공

되었다. 매일 약 10,000㎥규모의 바이오가스를 생산하는 이 공장은, 덴

마크 최대의 바이오가스플랜트 중 하나이다.

이 공장에서는 축산폐기물, 가정폐기물, 지성 슬러지, 표백용 점토

(벤트나이트), 그 외 지성폐기물을 모두 처리할 수 있어 덴마크 최초

의 가정폐기물의 전용 처리라인을 설치한 플랜트이다. 발생된 바이오

가스의 약 80%는 압축된 형태로 근처의 지역난방플랜트에 수송되어

2MW의 열병합발전설비에서 활용된다. 소화잔사(처리 후의 슬러리)는

비료로서 지역 농가에 반환된다.

[그림 5-2] Vaarst-Fjellerad 바이오가스플랜트

일본 환경성(2003), “음식물쓰레기 등의 메탄발효 시설 현황”.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 51

② 특징

▪지속가능한 유기성폐기물 처리

▪신형 프로토타입분리기에 의한 플라스틱 제거

▪가정폐기물처리 전용플랜트 설치

③ 사업(프로젝트)배경

본 바이오가스프로젝트 계획은 1991년에 시작되어, 축산폐기물, 유

기산업폐기물 및 가정폐기물의 바이오가스화에 관한 Feasibility study

가 행해졌다. 그 목적은 유기폐기물의 매립처리나 소각을 대체하여,

폐기물을 에너지나 비료로 전환하는 지속가능한 프로세스로 활용하는

것이 경제적으로 실행가능하나는 것을 증명하기 위해서였다.

플랜트 건설은 적당한 장소 물색과 본 프로젝트에의 자금조달 문제,

그리고 건설방법의 기술적인 문제에 부딪힘으로써 다소 늦어졌다. 지

방당국은 경관에의 영향을 최소한으로 억제하기 위하여 과거 채석장

터에 건설하라고 요청하였다.

본 플랜트는 바이오가스플랜트에 축산폐기물을 제공하는 16개 회사

에 의한 조인트 벤쳐, Vaarst-Fjellerad Biogas Vompany amba가 소유

하고 있다. 본 플랜트의 자금공급, 건설 및 운전은 덴마크의 Jysk

Biogas와 PlanEnergi 및 영국의 Practically Green, 그리고엔지니어링컨

설턴트회사인 NIRAS A/S가 플랜트를 설계, 현재 운영을 담당하고

있다.

52

④ 프로젝트

농장에서 발생하는 축산폐기물은 20㎥의 탱크로리 1대에 의해 폐쇄

된 하적장에 운반된다. 축산폐기물 하적 후 탱크로리 내부에는 소화잔

사(비료)가 남아, 농가에 되돌려보내진 후 봄에는 각각의 농장에서 활

용된다. 도살장에서의 폐기물은 900㎥의 콘크리트 탱크(Slurry and

Manure Tank)에 투입된다. 이 탱크에는 전기개폐식의 덮개가 있어 종

류별로 다양한 바이오매스를 간단히 투입하는 것이 가능하다. 탱크로

리에서 운반된 축산폐기물도 이 탱크에 투입된다.

하적장과 탱크에서 환기된 공기는 수피(나무껍질)필터에 인도된다.

화장품공장에서 나오는 지성폐기물 등의 고농도 액체산업폐기물은

70㎥의 스틸 탱크에 투입된다. 이러한 종류의 폐기물을 처리하는 이유

중 하나는, 처분수수료에 의한 수익을 위해서이다.

표백용 점토(벤트나이트)는 식품산업에 있어 식물유의 세정․표백에

사용되지만, 극소점토입자가 박테리아에 의해 번식장의 역할을 하게

되므로 혐기성 소화공정에도 유익하게 된다. 또한 벤트나이트나 그 외

지성폐기물은 지방을 함유하고 있으므로 바이오가스 생산의 중요한

원료가 된다.

바이오매스는 이들 탱크로부터 컴퓨터로 제어되는 펌프 및 밸브에

의해 2개의 950㎥ 스틸제 소화조에 운반된다. 소화조 내의 온도는 소

화에 최적정온도인 53℃(호기성)인 상태로 유지된다.

하루의 처리능력이 10~15톤의 유기성 가정폐기물처리전용라인은, 근

처의 오르보르그시(인구 10만 명)에서의 리사이클 계획의 일환으로 개

발되었다. 오르보르그시의 약 2,600세대는 가정폐기물을 유기성쓰레기

와 그렇지 않은 쓰레기로 분리하고 있다. 유기성폐기물은 얇은 플라스

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 53

틱봉투에 담겨져 2주 간격으로 수집된다.

청정한 비료생산을 위해서는 플라스틱의 제거가 필요하다.

Vaarst-Fjellerad 바이오가스플랜트에서는 ‘폐기물 제거장치(de-waster)'

로서 잘 알려진 프로토타입 분리기에 의해, 플라스틱이 바이오매스로

부터 제거된다. 그 성과는 유망하나, 장기적 신뢰성은 아직 실증되지

않고 있다.

소화된 바이오매스는 메탄의 누출을 방지하기 위해, 막으로 뒤덮여

진 9,000㎥의 저장탱크에 운송된다. 나아가 비료로서 농가에 반환하기

위해 저장탱크로부터 하적장으로 되돌려진다. 잉여비료는 무료로 타

농가에 제공된다.

소화조에서 발생한 바이오가스는 저장탱크의 상부에 운반되어, 유황

을 산화제거하기 위해 2~4%의 공기가 첨가된다. 정화된 가스는 수요

의 절정시에 대비하여 2,000㎥의 완충저장고에 운반된다. 또한 가스는

이하와 같이 활용된다.

∙바이오가스플랜트의 551kWeCHP설비에서 연소되어 소화조의 소

요열을 생산한다.

∙Vaarst-Fjellerad지역난방 플랜트의 2,000kW CHP설비에서 연소된

다.(4bar로 압축 후)

▪Vaarst-Fjellerad지역난방 플랜트의 백업장치인 2,500kW가스보일러

에서 연소된다. 또한 일부는 바이오가스플랜트용의 플레어로서 연

소된다.

54

[그림 5-3] 플랜트에서의 소화공정

일본 환경성(2003), “음식물쓰레기 등의 메탄발효 시설 현황”.

⑤ 성과

본 바이오가스플랜트에서는, 하루에 축산폐기물 120톤과 그 외 유기

폐기물 35톤을 처리할 수 있도록 설계되어 있다.

바이오가스 생산량은 하루에 약 10,000㎥이며, 폐기물 저장용기에는

비축량이 있어서 채산이 맞으면 가스의 증산도 가능할 전망이다.

폐기물의 종류 용적, ㎥/일

지성 슬러지 10

도살장폐기물 25

축산폐기물(소50%, 돼지50%) 100

가정폐기물 1

그 외 폐기물 15

합계 151

<표 5-4> 1998년의 폐기물 공급량

일본 환경성(2003), “음식물쓰레기 등의 메탄발효 시설 현황”.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 55

⑥ 경제성

총 프로젝트 비용은 3,390만 덴마크 크로네(DKK)이며, 그 중 약

23%가 조성금으로부터 공급되었다. 자금원은 아래와 같다.

▪EU(유럽연합)로부터의 조성금 : 560만 DKK

▪덴마크의 Structural Directorate로부터의 조성금 : 210만 DKK

▪Kommunekredit로부터의 대부금: 1,570만 DKK

▪공급회사의 신용대출: 750만 DKK

▪은행 대출 : 300만 DKK

또한 예상되는 연간예산은 아래 표와 같다.

수 입 DKK(덴마크 크로네)

전력판매-바이오가스플랜트 120만

가스판매 460만

폐기물 처리 수수료 50만

총수입 630만

총지출(운영비용) 260만

순이익 370만

<표 5-5> 연간 예산

일본 환경성(2003), “음식물쓰레기 등의 메탄발효 시설 현황”.

이를 바탕으로 계산될 수 있는 단순자본회수기간은 12년 미만이나,

2000년 이후에는 순이익이 370만 DKK로 증가할 것이라도 예상되므

로, 단순자본회수기간은 10년 이하로 단축된다.

56

⑦ 환경

전력생산에 있어서 덴마크의 평균적인 CO2 배출량 데이터를 바탕으

로, Vaarst-Fjellerad바이오가스 플랜트는 연간 약 18,000톤의 CO2배출

을 감축하고 있다. 또한 본 플랜트는, 폐기물처리 관련하여 환경문제

에의 지속가능한 해결책을 제공하고 있다.

사. 스웨덴

스웨덴은 천연가스 대신 바이오가스를 자동차연료로 사용하고 있는

세계 유일의 국가이다. 자동차연료로 2006년에 19%로, 전년도 사용량

12%와 대비했을 때 약 60% 증가하였다. 스웨덴은 바이오가스 자동차

에 대한 40%의 세금감면을 지원해 주고 있다. 또 공공기관의 자동차

의 75%를 친환경자동차로 바꾸고 구입비용을 지원해 주며, 무료주차,

바이오가스, CNG연료는 세금을 낮추어 주며 충전소 설치비용도 보조

하고 있다. 에너지세 및 탄소세를 도입하여 세계에서 가장 강력한 화

석연료 억제정책을 펼치고 있고 세금감면을 통해서 재생에너지 개발

을 우대하고 있다. 바이오가스도 선호하는 에너지원 중의 하나이다.

2006년도 바이오가스 이용량은 33.3KTOE이며 전력생산(54GWh)와

열이용(20.7KTOE)이 모두 활발하다. 특히 바이오가스를 수송연료로도

이용하고 있으며, 2006년도 말에 세계 최대의 자동차연료용 바이오가

스 생산시설을 완공한 바 있다.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 57

항 목 투자비,②

Biomethane production facility, Malmö MSEK 백만달러 억원

Biomethane production facility, Göteborg city 27 3.8 43.4

20 Biomethane trailers 80 11.2 127.9

24 Biomethane stations 54 7.6 86.8

Total (2.4 TWh LNG=240 백만N㎥) ① 89 12.5 142.8

주 : Biomethane 가격 = ②/① = 167.04 원/㎥

출처 : 김기동(2007), “음식물류폐기물 발생폐수의 바이오메탄 활용방안”

<표 5-6> 스웨덴의 바이오메탄 경제성 분석

2. 미국

미국에서는 1980년대 초반부터 뉴욕과 와이오밍주, 텍사스주 등에서

바이오가스를 생산하기 시작하였으며, 주 원료는 매립지 가스이다. 유

일하게 와이오밍주 만이 하수 슬러지에서 발생하는 바이오가스를 이

용하여 에너지를 생산해오고 있다. 대부분이 기존 도시가스 배관에 연

결하여 사용하고 있는 반면, 로스 엔젤레스에서는 자동차 연료로 활용

되고 있는 점이 특이하다고 하겠다.

58

지역/도시 적용처

바이오

가스

생산방법

메탄

농도

(%)

CO2

제거기술

H2S

제거기술

처리

용량

(M2/

HR)

시작

년도

Los Angeles(ca)Vehicle

fuel

Landfill

gas96 Membrane

Activated

carbon2,00 1993

Houston(tx)Gas

grid

Landfill

gas

Selexol

scrubbing

Selexol

scrubbing9,00 1986

Staten

island(NY)

Gas

grid

Landfill

gas

Selexol

scrubbing

Iron oxide

wood

chips

13,000 1981

Cincinnatti(CH)Gas

grid

Landfill

gas

PSA10,000 1986

Dallas(TX)Gas

grid

Landfill

gasPSA 10,000 2000

Pittsburg_Valley

(PA)

Gas

grid

Landfill

gasMembrane 5,600 2004

Pittsburg-Monro

eville (PA)

Gas

grid

Landfill

gasMembrane 5,600 2004

Shawnee㉿Gas

grid

Landfill

gas

Physical

absorption5,000 2001

Dayton (OH)Gas

grid

Landfill

gas

Krysol(met

hanol)6,000 2003

Renton(WA)Gas

grid

Sewage

sludge98

Water

Scrubber

Water

Scrubber4,000

1984~

1998

출처 : 김기동(2007), “음식물류폐기물 발생폐수의 바이오메탄 활용방안”

<표 5-7> 미국 바이오메탄 현황

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 59

3. 일본

①기술수준 및 R&D현황

유기성폐자원을 이용한 에너지 또는 제품을 생산하는 요소기술로는

다음 그림에 나타난 바와 같이 물질을 직접 이용하는 기술, 열화학적

변환기술 그리고 생물학적 변환기술로 분류할 수 있으며, 일본은 ‘바

이오매스․일본 종합전략’을 조기 실현하기 위하여 유기성폐자원의 자

원화 요소기술을 바탕으로 바이오매스의 적극적 활용을 위한 연구기

술개발 추진방향을 체계적으로 제시하고 있다.

[그림 5-4] 바이오매스 이용 기술의 분류

출처: 신․재생에너지센터(2007), “신․재생에너지 RD&D전략 2030”

60

② 고효율의 바이오매스 변환기술 개발 및 실용화

바이오매스를 자원으로 효율적으로 이용함에 있어 경제성 향상이

요구되며, 이에 수집․변환효율이 높은 기술, 바이오매스 자원의 수

집․운반을 효율적으로 운용하는 물류시스템을 개발․실용화하는 것

이 중요하다.

일본의 축적된 발효 과학기술을 바탕으로 Biotechnology가 급속히

발전하고 있으며, 최근에 열․압력이나 화학 등에 의한 이화학적인 바

이오매스 전환 기술의 진전을 더한 생화학적(Biochemical)프로세스에

의한 바이오매스 전환기술 개발 및 실용화가 기대된다.

③ 바이오리파이너리(Biorefinery)기술 개발

바이오매스 화학원료 생산 기술은 Biorefinery기술로 명명될 수 있

다. 바이오매스로부터 얻어지는 화학원료 혹은 물질의 다양화나 고부

가가치화에 대한 대책이 필요하며, 고부가가치 화학원료를 생산하기

위해서는 다양한 바이오매스를 대상으로 한 Biorefinery 기술개발 및

도입이 필요하다.

④ 바이오매스의 다단계적 이용

바이오매스 자원과 부산물을 충분히 재활용하는 기술로써 즉, 바이

오매스 연소 후 CO2를 다시 회수하여 다시 에너지로 재이용하는 에

너지자원화 기술개발이 요구된다. 이를 달성하기 위해서는 종래 개발

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 61

된 각각의 기술을 시스템적으로 체계화 및 실용화하는 것이 급선무이

며, 또한 질소, 인 등의 영양염류에 대한 환경 배려와 함께 자원순환

적인 이용 및 활용을 도모하는 것이 중요하다.

⑤ 다분야 기술과의 연계체계 구축

바이오매스 전화기술의 실용화에 있어 장래 기초연구 수행과 동시

에 생명과학 분야, 시스템공학을 포함하는 공학계 분야, 바이오매스

이용과 활용 촉진을 위한 사회시스템이나 경제성 평가 등 인문․사회

과학분야와 연계 혹은 Bio-technology & Nano-technology 등 첨단기

술의 연구분야 및 산학연 협력관계의 원활한 도모로 기술 개발 및 실

용화를 진척하는 종합적인 전략이 필요하다. 즉, 바이오매스의 생산수

집으로부터 변환, 이용에 이르는 각 요소기술이 조합되어 바이오매스

의 이용 및 활용하는 시스템 구축이 필요하다.

[그림 5-5] 바이오매스의 이용기술개발 추진 체계

출처: 배재근(2006), “일본의 바이오매스 관련정책 동향”

62

⑥ 기술개발 Roadmap(바이오매스 일본 종합전략)

일본은 석탄이나 석유 등의 화석자원에 의존하여 대량생산, 대량소

비, 대량폐기의 사회시스템이 유발하는 지구온난화, 폐기물, 유해물질

등의 여러 가지 환경문제들의 심각성을 깨닫고, 지속적인 순환형 사회

형성을 위한 노력을 기울이고 있다. 교토의정서 비준 이후, 이산화탄

소 감축이 긴급한 현안과제가 되고 있으며, 이러한 대책의 하나로 일

본정부는 2002년 12월 ‘바이오매스 일본 종합전략’을 수립하여 추진

중에 있다.

▪바이오매스 일본 종합전략의 개요

2006년 3월에 일본 농림수산성이 발표한 새로운 ‘바이오매스 일본

종합전략’에 의하면 다음과 같은 사항들이 중점적으로 진행되고 있다.

가) 2030년 바이오매스 일본의 전망

바이오매스의 이익 활용에 대해 국민의 이해와 협력을 얻으려면 기

술개발의 전개를 전망한 ‘바이오매스 일본’을 종합적으로 활용한 모습

을 그리는 것이 필요하며, 새로운 전략에서 제시하는 ‘바이오매스 일

본’의 이미지는 다음과 같다.

▪국민 개개인에게 바이오매스는 자원으로서 활용되는 것이라는 의

식 및 생활 습관을 정착시킨다. 그 예로, 생활쓰레기의 분별, 수집

을 통해 퇴비 및 사료 등의 제품 및 에너지로 이용되도록 한다.

▪환경보전형 농업에 기여하기 위하여, 볏짚을 사료로 이용하도록

권장하고 가축배설물로부터 만들어지는 퇴비의 품질을 향상시킨다.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 63

▪잉여 농작물을 제품이나 에너지 원료 등 비식용 용도로 이용하고,

바이오매스 에너지를 농업기계의 연료로 사용한다.

▪간벌재를 포함한 목질계 잔재물 등은 제품이나 에너지로 활용하고,

하수 슬러지나 건설 발생 목재로 제품 및 에너지 생산에 이용한다.

▪바이오매스 타운을 전국적으로 구축하고, 바이오매스 플라스틱 등

바이오매스 제품을 보급한다.

나) 바이오매스 활용 기술의 개발

▪바이오매스 제품의 공공기관 솔선 도입이나 전시 등을 통한 보급을

추진한다.

▪바이오매스 제품의 품질 평가, 규격화, 구별방법을 도입한다.

▪바이오매스 플라스틱에 대해서, 다른 플라스틱과는 구별되는 ‘바

이오매스 마크’의 도입, 제조공정의 가격 저감이나 사용이 끝난

플라스틱을 화학적으로 재생 이용하는 시스템 구축을 통해 이용

확대를 추진한다.

▪질소가 과잉인 지역에서는 지역간의 제품 이동이나 탄화, 에너지화

등 다양한 활용을 검토한다.

⑦ 보급현황 및 생산 실적

일본에서 유기성폐자원을 대상으로 한 메탄발효 시설은 1962년 가

고시마현에서 이와테현에 이르기까지 약 180개 정도가 보급되었으며,

이후 동경 올림픽에 즈음하여 전국적으로 프로판가스가 보급되어 메

탄발효 시설을 거의 사용하지 않게 되었다. 1973년 석유위기 이후, 특

64

히 1980년대 초반에 수맣은 대학과 시험장에서 실증플랜트 연구가 수

행되었으나, 석유위기 해소와 더불어 연구에 대한 관심이 감소하였다.

1990년대 초반부터 덴마크, 독일의 농가보급형 축산분뇨 바이오가스

플랜트의 급격한 증가와 함께 일본에서도 그 적용 가능성에 관한 연

구가 실질적으로 진전되었으며, 1998년도 교토부 야기쵸 바이오가스

플랜트건설 이후 일본 내에서 집중적인 관심을 갖게 되었다. 또한 최

근에 ‘가축배설물법’의 시행과 더불어 ‘바이오매스 일본 종합전략’ 발

표는 ‘유기성폐자원의 자원순환형 사회체제’ 구축이라는 대명제 하에

바이오가스 플랜트 건설의 견인차 역할을 하고 있다.

▪메탄발효 시설의 해외기술 도입 현황

현재 일본에서 가동 중인 대부분의 유기성폐자원 메탄발효 시설은

유럽(주로 독일, 덴마크)에서 도입된 습식과 건식소화 기술을 사용하

고 있으며, 2000년대로 접어들면서 유럽의 원천기술을 토대로 자체적

으로 상용화 플랜트를 개발하여 설치하고 있다.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 65

소화

방식기술명

대상폐기물소화

온도

소화

일수

(일)

교반

방식

탈황

방식

도입

국가생활

폐기물

축산

분뇨

기타

유기물

습식

MEBIUS ◯ ◯ ◯ 고온 16기계

가스건식 핀란드

REM ◯ ◯ ◯ 중온 30 - 건식오스트

리아

UHDE ◯ ◯ ◯ 고온 14 펌프 건식 독일

AGR ◯ ◯ ◯ 고온 10-12 가스 건식 독일

BEG ◯ ◯중온,

고온10-30 가스 건식 독일

LINDE ◯ ◯중온.

고온18 펌프 습식 독일

BIOSCAN ◯ ◯ ◯ 중온 6-12 펌프 건식 덴마크

BIGADAN ◯ ◯ 중온 25-30 기계 습식 덴마크

Folke ◯ ◯ 중온 30 기계 습식 덴마크

SCHMACK ◯ ◯ 중온 26 기계 습식 독일

CarlBro ◯ ◯ 중온 30 기계 건식 덴마크

WISA ◯ ◯ ◯ 고온 25-30 기계 건식 독일

건식DRANCO ◯ ◯ 고온 30 펌프 습식 벨기에

KOMPOGAS ◯ 고온 15-20 기계 습식 스위스

<표 5-8> 일본에 도입된 유럽형 혐기성소화 기술현황

출처:(사)농정연구센터(2006), “국내 여건에 적합한 가축분뇨 바이오가스생산 최적시스템 연구”

▪축산분뇨 바이오가스 플랜트 현황((사), 농정연구센터, 2006)

축산분뇨 바이오가스 플랜트로는 1998년 준공된 교토부 야기쵸 플

랜트가 최초이며, 이후 낙농산업이 발달된 북해도에서 우분 중심의 바

이오가스 플랜트가 집중적으로 건설되고 있는데 이는 소화액을 토양

66

으로 환원할 충분한 농지가 있다는 점 때문이다. 2005년 8월 기준으

로, 북해도에 29개소, 부현 25개소의 바이오가스 플랜트가 운영 중에

있으며, 특히 북해도의 경우 낙농가가 많은 지역 특성을 반영하듯 소

화슬러지 대부분은 액비로 이용되고 있다.

현재 북해도의 축산분뇨 바이오가스 플랜트 대부분은 'NEDO 바이

오매스 등 미활용에너지 실증설치사업‘에 의한 것과 민간기업의 100%

출자에 의한 것으로 독일과 같이 농가가 100% 출자하는 형태의 농가

형 시설이라 할 수 없다. 축산분뇨로부터 생산된 바이오가스를 발전

시, 대부분의 경우 매전하기보다는 자체적으로 사용하는데 이는 전력

구입가(20엔/kWh)에 비하여 매전단가(3엔/kWh)가 상대적으로 낮기

때문이다. 따라서 현재로서는 축산분뇨 바이오가스 플랜트가 에너지생

산 시설로서의 기능적 역할을 하기보다는 축산분뇨처리 시설로 인식

되고 있는 실정이다.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 67

장소실시기간

대상폐기물규모

(톤/일)메탄가스용도

고형물잔사용도

오사카 1991~ 식품잔사,축산분뇨 5 보일러연료 퇴비화

교토 1998.3~ 축산분뇨,겨폐기우유 46 가스발전 퇴비화

교토 1999.3~호텔주방,

폐지전지가지3 가스발전 -

니가타 2000.3~음식물쓰레기분뇨

정화슬러지836

가스발전 가스용융

나가노 2000.4~음식물쓰레기

분뇨정화조슬러지8

2.2가스발전 가스용융

나라 2001.3~음식물쓰레기

분뇨정화조슬러지1.311

가스발전 가스용융

니가타 2000~음식물쓰레기,분뇨하수슬러지

0.56

보일러연료 퇴비화

소노베 2001.4~ 음식물쓰레기 50 가스발전 퇴비화

가고시마 2001.1~축산분뇨,폐지음식물쓰레기

0.7 가스발전 탄화

가고시마 2001~축산분뇨,폐지분뇨슬러지

0.93.2

보일러연료 퇴비화

야마나시 2001.7~축산분뇨,

음식물쓰레기1.2 가스발전 퇴비화

나가사키 2002.3~음식물쓰레기

분뇨정화조슬러지3

9.5보일러연료 퇴비화

나라 2003.3~음식물쓰레기분뇨슬러지

3.48.3

가스발전 퇴비화

다끼가와 2003.9~ 음식물쓰레기 55 가스발전 퇴비화

도야마 -음식물쓰레기,

전지가지24.4

가스발전판매

퇴비화

<표 5-9> 음식물쓰레기 등의 통합소화 시설현황

출처: 환경성(2003), “음식물쓰레기 등의 메탄발효 시설 현황”

68

장소실시기한

대상폐기물

연간처리량고형물잔사용도

분뇨(kl/년)

정화조슬러지(kl/년)

유기성폐기물(톤/년)

그 외(kl/년)

훗카이도 2002~분뇨

정화조슬러지유기성폐자원

5541 2252 1344 547 퇴비화

훗카이도 2003~분뇨

정화조슬러지유기성폐자원

3571 937 1256 1457 퇴비화

미야기현 2003~분뇨

정화조슬러지유기성폐자원

60392 16262 1 - 퇴비화

니가타현 2000~

분뇨정화조슬러지유기성폐자원

그 외

4782 5266 14 365 퇴비화

니가타현 2000~분뇨

정화조슬러지유기성폐자원

17668 62890 80559 - 퇴비화

나가노현 2000~분뇨

정화조슬러지유기성폐자원

2712 1705 768 - -

나라현 2000~분뇨

정화조슬러지유기성폐자원

8235 20361 179 - 퇴비화

나가사키현 2002~분뇨

정화조슬러지유기성폐자원

18138 3350 157 0 퇴비화

미야자키현 2001~분뇨

정화조슬러지유기성폐자원

5387 5982 227 0 퇴비화

<표 5-10> 축산분뇨 등의 통합소화 시설현황

출처: 환경성(2003), “일반폐기물 처리시설-분뇨처리시설”

일본은 ‘바이오매스 일본 종합전략’을 수립하여 2002년부터 바이오

매스 활용 기술개발의 실용화를 추진해 왔다. 발생된 바이오매스는 주로

바이오파워, 바이오연료 및 바이오제품으로 이용 및 활용되고 있다.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 69

바이오파워 이용현황은 2005년 기준 일본 전체 241개소의 바이오매

스 발전시설이 운영되고 있으며, 300MWh의 전력을 생산하고 있다.

바이오연료의 활용은 2005년 1월부터 실용화를 위한 실증단계시험을

거치고 있다. 특히 가솔린 대비 바이오에탄올 비율 3%혼합한 E3실증

단계 시험이 이루어지고 있으며, 바이오디젤 및 바이오에탄올 정제 시

험 등이 시행되고 있다. 바이오매스의 바이오제품으로의 이용 현황은

농업계에서 바이오매스를 이용한 생분해성 플라스틱을 개발하여 보급

단계에 있으며, 그 밖에 퇴비, 축사깔개 및 건설자재로 이용되고 있다.

4. 주요 선도 기업 현황

지난 15년 동안에 폐기물의 메탄가스화 산업은 경제성 있는 산업으

로 크게 성장하였다. 다양한 방식의 메탄가스화 공정이 개발되어 있고

시장의 다양한 이용방식에 대응하면서 급성장하고 있다. 적극적인 장

려정책 덕분에 바이오가스 최대 이용국가가 된 독일의 설비제조업체

들이 시장 진출에서도 가장 크게 성공하고 있다. 생활 폐기물의 메탄

가스화 설비제조업체인 Linde KCA는 습성/건성 유기페기물을 사용하

는 바이오가스 생산설비를 판매하고 있으며 이미 40개소에 설비를 판

매하여 2006년도에 1.6억 유로의 매출을 올렸다.

Linde KCA는 2007년에도 여러 곳에 신규시설을 건설하고 있으며

가장 규모가 큰 시설들은 중국의 Beijing(연간 73000톤의 페기물 처리)

과 프랑스의 Lille(62000톤)에 건설하고 있는 것이다. 특히 Lille의 시설

은 열 공급 망에 바이오가스를 이용한 열을 공급하고 또한 도시의 공

공버스에 연료용 바이오가스를 공급할 예정이다. 프랑스의 Valorga도

70

생활폐기물을 이용한 바이오가스 생산설비를 판매하고 있고 Linde

KCA와 경쟁 관계에 있다. 스페인 Urbaser 그룹의 자회사(폐기물 수

거) 소속 19개소(연간 1~3만 톤의 생활 페기물 처리)에 바이오가스 생

산설비를 공급하고 있다. 2007년에는 중국에도 진출하여 2개소

(Shanghi 생활폐기물 22.75만 톤, Beijing 생활폐기물 10.5만 톤)에 생

산시설을 건설하고 있다. 독일의 Schmack Biogas AG는 농업폐기물

을 이용한 바이오가스 생산설비를 공급하고 있으며 이 분야의 독일시

장을 거의 장악하고 있다. 2006년도 매출액은 9,000만 유로이며 종업

원이 112명에서 297명으로 증원되었다. 현재까지 180개 생산설비를 공

급하였고 이탈리아와 미국에도 진출하고 있다.

유럽에는 독자기술을 보유한 메탄가스 생산설비업체들이 많이 있고

모든 종류의 폐기물을 취급하고 있다. 스위스의 Kompogas AG는

2006년도에 독일의 4개소에 설비를 공급하였고 벨기에의

OWS(Organic Waste Systems)는 2007년에 일본의 Otaka에 생산시설

을 건설하고 있으며, 독일의 BTA(BioTechnische Abfallverwertung)도

일본의 Komoro에 시설(연간 7만 톤의 폐기물 처리)을 건설하고 있다.

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 71

Entreprises/

Firms

Pays/

Countries

Procede/

System

Typededec

hets/

Wastetype*

Nombred’unit

es/

Plantsnumber

Capacitetotale

(tonnes/an)/

Totalcapacity

(tons/year)

StrabagUmweltan

lagenGmbHGermany

LindeBRV/K

CA

Wetanddry

*34 2,121,500

ValorgaInternatio

nal(groupeUrbase

r)

France Valorga Dry* 19 1,740,000

SchmackBiogasA

GGermany Euco/Coccus Wet* 221 >1,000,000

KompogasAG Switzerland Kompogas Dry* 44 900,000

BiotechnischeAbf

allverwertungGermany BTA Wet* 25 608,500

OWS Belgium Dranco Dry* 16 524,500

*Wet/humide;dry

/sec

Source:EurObserv

’ER2008

출처: BIOGAS BAROMETER(2008), “le journal des énergies renouvelables”

<표 5-11> REPRESENTATIVE FIRMS OF THE METHANISATION SECTOR IN

EUROPE (2007)

또한 주요기업 중에서도 2005년에 스페인의 주요 폐기물 수집업 기

업인 Urbaser 그룹의 자회사가 된 Valoga International사가 대표적이

다. 현재 12시설에서 Valoraga 프로세스를 사용하고 있어 연간 104.7

72

만 톤의 폐기물을 메탄화할 수 있다. 또한 Valoga International사는

중국의 파트너와 계약을 맺고, 2008년 조업개시 예정인 2개 시설을 중

국에 건설할 예정이다. 상해에 음식물 쓰레기 22.75만 톤과 바이오페

기물 4.1만 톤의 처리능력을 가지는 시설을, 북경에 분별 가용쓰레기

10.5만 톤을 처리하는 시설을 건설하게 된다.

Linde AG 그룹의 자회사인 Linde KCA사는 가정용 페기물 메탄화

의 분야에 있어서 Valorga사의 최대의 경쟁 상대이다. Linde KCA사

는 다양한 습윤 및 건조 유기성 폐기물에서 메탄화하는 프로세스도

여러개 보유하고 있다. Linde사는 2005년에 네 개의 신공장을 조업한

것으로 일약 화제가 되었다. 리스본의 4만 톤 처리능력이 있는 습윤바

이오 페기물 시설, 이탈리아의 Camposampiero에 있는 유기액체 비료,

하수오니, 습윤 바이오 폐기물용의 발효시설, 그리고 스페인 브루고스

의 습윤가정페기물용 발효시설(4만톤)과 Salto del Negrolp 발효시설

(7.5만 톤)이다. 그 외에 완성되면 폐기물 처리 능력이 총계 25.35만

톤이 안 되는 6개 시설을 독일(쓰이타우, Malchin, Kleinbautzen), 프

랑스(릴리), 영국(스코틀랜드 서방제도) 및 중국(북경)에 건설중이다.

다른 기업들 또한 메탄화 시장에 아주 적극적으로 뛰어들고 있다.

예를 들면 독일의 BTA사는 폐기물 처리능력 총계 62.45만 톤의 27개

관련시설을 전세계에 가지고 있고, 또 현재 5개의 새로운 시설을 건설

중이다.14)

14) 지식경제부(2010), “고농도 유기성 바이오매스의 선택적 고율 이상혐기성 공정을

이용한 바이오가스 발전: 최종보고서” 참조

제5장 바이오가스 해외 동향 분석 및 시사점 73

5. 선진사례 분석에 의한 시사점

상기 주요 선진국을 사례를 분석 결과 다음과 같은 시사점을 도출

할 수 있다.

우선 바이오가스의 에너지화 기술을 지속적으로 지원함과 동시에

시장을 만들어 주고 있다. 특히, 기술개발 체제를 산학연관이 유기적

으로 작용하는 데 중점을 두고 있다.

둘째, 장기적 차원에서 실증설비를 구축, 지속적인 지원과 함께 바

이오이용에 박차를 가하고 있다,

셋째, 환경적 기회비용이 크기 때문에 충분한 가치를 인정받을 수

있도록 국민적 공감대를 형성하여 사회적 인지도 확산시키고 있다

넷째, 신재생에너지이용 의무화제도 도입 측면에서 파격적으로 인정

하고 있다.

다섯째,. 효과적인 보조금을 도입하여 문제점 해결에 주력하고 있다.

여섯째, 각종 규제를 완화하여 우대제도를 구축해 나아가고 있다.

74

구분 정책 현황

미국▪각종 R&D지원

▪생산자세금우대제도 시행

▪매립지 가스로 바이오가스 생산

▪LA에서는 자동차연료로 활용

독일

▪고정가격우대제도

-소규모 바이오매스 발전시설의 생산전력

우대

▪바이오가스 생산량 유럽 1위(‘06)

▪‘06년 매월 농가 신규시설 50개씩 증가

영국

▪ROC(재생에너지의무인증서) 시행

-전력공급자에게 일정비율의 재생에너지

전략 공급 의무화

-ROC는 시장에서 거래 가능

▪바이오가스 이용량 유럽 2위(‘06)

이탈

리아

▪의무할당 및 그린 인증서

(Green Certification)

-식물 및 유기폐기물을 이용한 바이오가스

발전시설에 해당

▪바이오가스 이용량 353.8Ktoe('06)

스페인▪고정가격제도 시행(‘04년부터)

▪시장판매의 경우 가격인센티브 제공▪바이오가스 이용량 334.3Ktoe('06)

프랑스

▪고정가격우대제도 시행(‘06. 7부터)

▪바이오가스 발전 행정절차 간소화

▪전력망 접속대책 마련

▪유럽에서 바이오가스 생산 잠재력 가장

큰 국가

▪바이오가스 이용량 227Ktoe('06)

덴마크

▪고정가격우대제도 시행

-10년

▪폐기물 매립금지, 재활용 추진(‘00)

▪바이오가스 생산/열병합발전기술 분

야에서 세계적 강국

▪1,000명당 바이오가스 이용량 17.4Ktoe

스웨덴

▪바이오가스 자동차에 대해 40%세금감면

▪공공기관 자동차의 75%를 친환경자동차

로 전환, 구입비용 지원

▪바이오가스를 자동차연료로 활용

▪바이오가스 이용량 33.3Ktoe('06)

일본 ▪바이오매스․일본 종합전략 추진▪유기성폐자원의 메탄발효 시설 약 180여

개소 보급

<표 5-12> 선진국의 바이오가스 산업 활성화 지원정책 개요

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 75

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석

1. 일반적 분석

유기성 폐자원을 발생유형별로 구분하면 음식물 쓰레기, 유기성 오

니류, 축산 오폐수 등이 있다. 우선 음식물 쓰레기는 환경부의 폐기물

통계 기준에 따라 다시 음식 채소류와 남은 음식물류로 구별된다.

2008년 폐기물 통계에서 수집된 일일발생량 데이터를 연간 발생량으

로 환산하면, 음식 채소류가 총 41만톤이고, 남은 음식물이 512만톤으

로 이를 합하면 총 5,527천톤이다. 지역별로는 서울과 경기도가 가장

많으며, 부산과 경남이 그 뒤를 잇고 있다.

생활계 음식물 폐기물의 90%가 재활용되고 있으며 6%는 소각, 4%

는 매립되고 있다.

[그림 6-1] 음식 폐기물 발생현황(2008)

출처: 환경부(2009), ‘2008 폐기물 통계’

76

한편 유기성 오니류는 다시 폐수처리오니와 공정오니, 정수처리오

니, 그리고 하수처리오니로 구분된다. 2008년도 기준으로 유기성 오니

류 총발생량은 6,221천톤/년 이며, 동식물성 잔재물은 872천톤/년으로

조사되고 있다. 유기성 오니류의 30%가 재활용되고 있으며 동식물성

잔재물의 83%가 재활용되고 있다.

[그림 6-2] 유기성 오니류 발생현황(2008)

출처: 환경부(2009), ‘2008 폐기물 통계’

[그림 6-3] 동식물성 잔재물 발생현황(2008)

출처: 환경부(2009), ‘2008 폐기물 통계’

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 77

‘07년 하수 및 분뇨발생 통계를 보면 일일 정화조 오니 발생량은

33,333㎥이며, 연간 12백만㎥이 발생하고 있는 것으로 나타났다. 지역

별 발생량은 경기도가 가장 높고, 다음으로 충남과 경북, 전남과 전북

이 그 뒤를 잇고 있다.

[그림 6-4] 지역별 하수 및 분뇨발생 통계

출처: 환경부(2009), ‘2008 폐기물 통계’

‘06년 환경부 축산폐수 처리통계를 보면 하루에 137,442㎥이 배출되고

있으며, 연간으로 보면 50,167천㎥이 배출되고 있다. 이것을 지역별로

나눠보면 경기도가 3만㎥으로 제일 많이 배출하고 있으며 유형별로

보면 돼지 분뇨가 63%로 가장 많은 양을 차지하고 있다.

78

[그림 6-5] 발생유형별 축산폐수 발생량

(단위 : 천톤/년)

출처: 환경부(2009), ‘2008 폐기물 통계’

사실 바이오가스 생산량은 다양한 요인들에 의해 영향을 받는데, 우

선 주원료가 어떤 성질을 갖고 있는지, 즉 음식폐기물인지, 하수 슬러

지인지, 축산분뇨인지에 따라 바이오가스 생산량이 달라지고, 이들 각

각의 폐기물을 어떤 비율로 배합할 것인지에 따라 또 달라진다. 또한

이들 폐기물들을 어떤 방식으로 전처리할 것인지에 따라 바이오가스

발생량은 달라지는데, 김동진과 김혜영(2009)의 연구에 의하면, 열처리

나 초음파 처리에 비해 열처리와 알칼리 처리를 복합한 기술이 가장

많은 바이오가스를 생산하는 것으로 나타났다. 즉 전처리를 하지 않은

경우의 바이오가스 발생량을 100%로 할 경우 열처리는 295%, 초음파

는 327%, 열과 알칼리 처리를 한 경우는 375%까지 생산량이 증가한

것으로 나타났다. 물론 이러한 수치들은 실험실에서의 결과이므로 보

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 79

다 일반화된 결과를 유도하기 위해서는 상업적 시설에서 상당기간 운

영한 실적이 토대가 되어야 할 것이다.

구 분전처리하지

않은 경우열처리

초음파

처리

열-알칼리

처리

하수 슬러지 90.3 231 241.6 313.2

폐수 잉여슬러지 64.7 225.9 265.1 268.8

평균 77.5 228.5 253.3 291.0

전처리하지 않은 경우에

대한 상대적 발생비율- 295% 327% 375%

출처: 김동진, 김혜영(2010), “전처리 방법에 따른 슬러지 가용화가 혐기소화에서 메탄

생산과 슬러지 감량에 미치는 영향”, 화학공학 제48권 1호

<표 6-1> 유형별 메탄 생산 현황

(단위 : g/kg VSS)

아직까지 전처리별로 상용화된 바이오가스 생산 실적 자료가 존재

하지 않기 때문에 본 연구에서는 실험 데이터에 근거하여 폐기물 발

생원별로 전처리 유형별 단위 톤당 바이오가스 발생량(㎥)을 추정하였

다 <표6-2>. 발생원별로 기준이 되는 바이오가스 생산량 가운데 음폐

물과 축산분뇨는 에너지경제연구원(2009)15) 자료에 근거하였고, 동식

물 폐잔재와 유기성 오니류는 환경부(2008) 자료에 근거하였다.

15) 에너지경제연구원(2009), “LNG 대체가스 활용을 위한 제도화 방안 연구”, 지식경

제부

80

유형 음폐물동식물

폐잔재

유기성

오니류

축산

분뇨

바이오가스발생비율

기준안 50 100 20 20

열처리 147 295 59 59

초음파 163 327 65 65

열+알칼리 188 375 75 75

<표 6-2> 유형별 바이오가스 발생비율

(단위 : ㎥/톤)

동식물폐잔재와 유기성 오니류의 경우 매립, 소각, 해양투기량을 합

하고, 재활용량의 50%를 에너지로 전환한다고 가정하여 총이용량에

포함시켰다. 이에 따라 바이오가스는 최소 693백만~2,600백만㎥가 발

생한다.

유형 음폐물동식물

폐잔재

유기성

오니류

축산

분뇨합계

연간 발생량(천톤) 3,045 511 4,331 5,001 15,914

바이오

가스

생산량

기준안 152,250 51,116 86,630 100,020 692,502

열처리 448,794 150,678 255,362 294,833 2,041,317

초음파 497,710 167,101 283,196 326,969 2,263,812

열+알칼리 571,674 191,934 325,281 375,559 2,600,234

<표 6-3> 유형별 바이오가스 발생비율

(단위 : 천㎥)

이를 바이오가스의 평균 발열량인 5,100kcal/㎥16)을 적용하면, 바이오가

스의 잠재량은 35만~133만TOE에 달한다.

16) 이는 바이오가스내 메탄 함량을 60%, 이산화탄소 및 기타 기체가 40%를 차지하는

것으로 가정한 것이다.

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 81

유형 음폐물동식물

폐잔재

유기성

오니류

축산

분뇨합계

연간발생량(천톤) 3,045 511 4,331 5,001 15,914

바이오

가스

생산량

기준안 77,648 26,069 44,181 51,010 353,176

열처리 228,885 76,846 130,235 150,365 1,041,072

초음파 253,832 85,222 144,430 166,754 1,154,544

열+알칼리 291,554 97,886 165,893 191,535 1,326,119

<표 6-4> 유형별 바이오가스 발생량

(단위 : TOE)

한편 한국에너지기술연구원에서 조사한 바이오에너지 잠재량 분석

결과와 본 연구 결과를 비교하면 다음과 같다.

바이오매스 자원의 가용 잠재량은 임산 바이오매스의 연간 임목축

적량, 농부산 바이오매스, 축산폐기물 및 도시폐기물 바이오매스의 연

간 배출량 중에서 채취, 수집이 가능한 양에서 기타 용도로 사용되는

양을 제외한 값으로 정의 된다. 축산 폐기물의 가용 에너지 잠재량은

1,951천TOE로 전체 바이오에너지의 14%로 추산된다. 바이오매스 자원

의 기술적 잠재량은 임산 바이오매스(입목)의 연간 임목축적량, 농부

산 바이오매스, 축산폐기물 및 도시폐기물 바이오매스의 연간 배출량

중에서 현재의 재배, 수집 및 변환 기술로서 합리적으로 활용될 수 있

는 양을 추정한 것이다. 축산 폐기물의 기술적 잠재량은 40만TOE로

전체 바이오에너지의 6.5%로 추산된다.

82

부문별 세부자원별부존잠재량

(천toe/년)% 비고

임산 바이오매스 임목 6,760 58.0

연간임목축적 총량(총 축적량

의 5%, 2007) 만큼 벌채 사용

가능

농부산 바이오매스

볏짚 324

4.9부존 잠재량 대비 평균 이용

률 24.5%

왕겨 128

보리짚 19

콩줄기 40

사과전정지 60

축산 폐기물

바이오매스

우분 523

14.1축산 분뇨 모두 Biogas화 할

수 있음돈분 799

계분 329

도시폐기물

바이오매스가연성 2,675 23.0 전량 소각 열회수 가능

바이오매스 에너지

확인 잠재량 합계11,656 100

<표 6-5> 바이오매스 가용 자원량(2007년)

출처: 한국에너지기술연구원(2007), “신재생에너지 자원지도 및 활용시스템 구축사업”

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 83

부문별 세부자원별가용잠재량

(천toe/년)

기술적잠재량

(천toe/년)% 비고

임산

바이오매스임목 6,760 2,450 39.7

현재의 년간 임목 벌채량

(173만톤/년)으로 보아

약 12.5% 가능

농부산

바이오매스

볏짚 324

190 3.2가용잠재량의 33.3% 사용

추정

왕겨 128

보리짚 19

콩줄기 40

사과전정지 60

축산 폐기물

바이오매스

우분 523

400 6.5 돈분의 50% Biogas화돈분 799

계분 329

도시폐기물

바이오매스

가연성 2,675 890 14.4

가용잠재량의 33.3% 사용

추정

하수슬러지, 음식쓰레기

음식쓰레기 1,747 268 4.3

개스화

음식쓰레기의 15.3%매립

기준

하수슬러지 982,233 983 15.9 개스화

농산물 유채재배 990 990 16.0

바이오매스

에너지 확인

잠재량 합계

11,656

출처 :한국에너지기술연구원(2007), “신재생에너지 자원지도 및 활용시스템 구축사업”

주 1.전제: 바이오가스 발열량은 LNG(10,800KCAL)의 65% 수준

2. 음식쓰레기: '06년 기준 발생량 연간 6,379,530톤 전제

3. 하수오니류: '06년 기준 발생량 연간 5,134,650톤 전제

4. 음식쓰레기의 메탄발생량: 0.36~0.47m3/톤

5. 하수오니의 메탄발생량: 0.23~0.32m3/톤

<표 6-6> 바이오매스 가용 자원량(2007년)

84

2. CGE 모델링

가. 선행 연구 고찰

① 폐기물에너지의 잠재량과 저감가능성·선택가치를 고려한 연구17)

이 연구는 이탈리아에서 폐기물 연소와 바이오가스 생산이 발전소

와 이산화탄소 오염 감소 정책에 미치는 영향을 평가하였다. 이는

2007년 EC에 의해 제안되어 2009년 코펜하겐 정상회의에서 확정된

1990년 대비 2020년까지 20% 오염 감축 정책의 프레임을 기초로 하여

분석되었다.

연구방법은 하향식의 반복적(recursive) 동태 CGE 모형인 ICES (시

점간 일반균형시스템) 방식을 채택하였다. 생산 구조는 에너지 부문에

투입가능한 요소 중 매립지 가스와 폐기물 에너지가 포함되었다. 이

연구에 특별한 점은 최후에 결정되는 거시경제적 피드백을 포착할 수

있다는 점이다. 더군다나 에너지 수요와 공급은 경제 활동 주기, 에너

지 부문의 수급 흐름에 기초한 부문별 동태, 그리고 화석 연료의 가격

변동성과 연계되어 있다. 더군다나, 국제적으로 합의된 온실가스 저감

정책의 비용과 유효성은 참여 국가들의 수와 특성에 큰 영향을 받는

다. 이상의 모든 것이 모형에 반영되었다. 연구 초점은 이탈리아로 맞

춰져 있지만 국제 관계가 고려되었고 EU27과 여타 국가들에 대한 결

과도 제시되었다.

17) Bosello et al(2009), “Generation potential, mitigation opportunity and option

value, working paper of FEEM and CMCC, Italy”

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 85

이 분야의 가능한 평가들은 주로 부분 균형분석을 이용한 폐기물

부문에 국한된 프레임으로 진행되었다. 예를 들면, Monni et al.(2006)

and Delhotal et al.(2006)의 연구들이 있다. 이 두 논문은 매립되는 폐

기물을 바이오가스로 대체하면 폐기물로부터 80%의 잠재적 온실가스

감축이 가능하다고 제시하였다. Monni et al.(2006)은 또한 전세계적으

로 폐기물의 70% 감축이 이산화탄소 톤당 100달러의 탄소세로 가능하

다고 보고 있다.

한편 국내(이탈리아) 연구들은 에너지 부문에 대한 폭넓은 함의와

경제 전체 구조를 무시한 채, 폐기물에 한정된 부분 균형분석에 의존

하였다. 예를 들어, Bianchi(2008)는 2020년까지 현재 대비 재활용율을

15% 증가시키면 32%의 에너지 절감효과와 17백만 톤의 이산화탄소

저감효과 를 달성할 것으로 추정하였다. 이 연구에서도 만약 폐기물

재생 에너지가 석탄 발전을 대체할 수 있다면, 3.5백만 톤의 이산화탄

소를 저감할 수 있는 것으로 나타났다. 그러나 Bianchi(2008)은 전반적

인 에너지 부문에 미치는 영향이나 폐기물 부문이 저감비용에 얼마나

잠재적으로 기여할 것인지를 분석하지 못하였다.

이 연구에서 사용된 ICES 모형에 필요한 데이터는 2004년 GTAP7

에 기초하였다(Eboli et al., 2009). 모형의 동태적 측면을 살펴보면, 시

점간 투자에 대한 기대수익율을 같도록 함으로써 시점간 자본스톡을

연결하도록 하였다. ICES 모형은 전세계를 22개 지역으로 구분하고,

이탈리아와 이들 지역간의 자본과 재화, 서비스의 국제무역을 허용한

것이다. CGE 시뮬레이션 결과는 이탈리아와 EU27, 그리고 이외 지역

으로 통합하여 제시할 것이다. 산업은 전력, 에너지, 탄소집약적 산업

으로 통합하였다. 이렇게 통합한 이유는 이들 부문들이 폐기물에너지

86

와 바이오가스 생산, 그리고 온실가스 저감정책에 의해 직접 영향을

받기 때문이다. 본 모형에서 폐기물에너지와 바이오가스는 전력을 생

산하기 위한 투입요소로 이용된다. 에너지 복합재는 폐기물에너지와

매립지 바이오가스를 추가로 포함하며 연료 간 대체효과를 내포하고

있다.

모형 시뮬레이션 기간은 2007~2020년이고, 말기인 2020년은 EU-ETS

의 제3기가 끝나고, 1990년 기준 온실가스의 20%를 감축해야하는 시

점이다. 경제적 불확실성을 감안하기 위해 모형은 낙관적 시나리오와

비관적 시나리오로 구분하였다. 각각의 시나리오에서 온실가스를 20%

감축하도록 하였다.

시뮬레이션 결과 중기(medium term)에는 폐기물에너지와 매립지

바이오가스가 전력 생산에서 차지하는 비중이 각각 2%와 0.6%에 머

물 것으로 추정되었다. 폐기물 소각에 의한 에너지 생산은 연평균

18~20%의 상승세를 유지하겠지만, 매립지 바이오가스는 연평균 3.2%

의 하락세를 보일 것으로 전망되었다. 비록 폐기물에너지와 바이오가

스 부문이 차지하는 비중이 낮기는 하지만, 온실가스 저감 정책에서는

중요한 역할을 할 것으로 보인다.

② 스웨덴의 CGE 모형을 폐기물 관리에 연계한 미래 폐기물 발생량 분석18)

전세계적으로 폐기물의 발생량은 지난 10년간 꾸준히 증가해왔다.

지난 1980년부터 2005년까지, 북아메리카에서 1인당 지자체 폐기물 양

18) Ostblom et al(2010), Analysing future solid waste generation-Soft linking a

model of waste management with a CGE-model for Sweden, Working paper of

Swedish Environmental Research Institute (IVL)“.

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 87

은 29%가 증가하였고, OECD에서는 35%가 증가하였고, EU15에서는

54%가 증가하였다. 이러한 추세는 스웨덴도 마찬가지로 같은 기간 폐

기물 발생량이 60%가 증가하였다. 더구나 1993년부터 2006년까지 스

웨덴의 제조 산업 분야에서의 폐기물 발생량은 66%가 증가하였다.

2005년 유럽환경청에 따르면, EU의 폐기물 발생량은 증가할 것으로

예상되지만, 2020년부터는 GDP보다 더 낮은 비율로 증가할 것으로 예

상되고 있다. Mazzanti(2008)와 Mazzanti, Zoboli(2008), 그리고

Skovgaard et al(2005, 2007)에 따르면, 계량 모형을 이용한 미래 폐기

물 발생량 성장률은 GDP와 가구소비의 성장률과 분리될 가능성을 보

여주고 있다. EU의 제6차 환경실행계획에 따르면, 우선 EU 내에서

GDP와 폐기물 발생량의 분리를 목표로 하는 폐기물 발생량 저감목표

를 설정하였다.

지난 10년 동안 경제 활동과 폐기물 발생량의 관계에 관한 분석을

위해 계량 모형과 CGE 모형이 주목받아 왔다. Bruvoll and

Ibentholt(1997)는 노르웨이 제조업에 대한 미래 폐기물 발생량 추정에

CGE 모형을 이용하였고, Ibentholt(2003)는 같은 모형을 이용하였지만

물질 균형(material balance)에 중점을 두고 분석하였다. Faehn and

Holmoy(2003)는 고형 폐기물의 무역 자유화의 효과를 분석하는데

CGE 모형을 이용하였고, Wiebelt(2001)은 남아프리카 광업의 유해 폐

기물에 대한 조세의 효과를 CGE를 통해 연구하였다. Xei and

Saltzman(2000)은 중국의 생활 폐기물에 대한 조세의 효과를 CGE를

통해 연구하였다. Bartelings(2003)는 CGE 모형을 이용하여 네덜란드

에서 경제 성장과 고형 폐기물 발생 간의 관계를 분리할 수 있는 가

능성에 대해 분석하였다.

88

Bohringer and Loschel(2006)은 CGE 모형으로 환경 지표의 범위를

연구하였고, 18개 모형 중 4개 모형이 경제 성장과 폐기물 발생량의

관계를 단절시킬 수 있음을 찾아내었다. Sjostrom and Ostblom(2009)

은 스웨덴의 미래 폐기물 발생량에 관한 시뮬레이션을 위해 Bruvoll

and Ibentholt(1997)의 방법론과 유사한 접근법을 적용하였다.

지금까지 주로 CGE 모형을 이용한 하향식 접근법에 대해 살펴보았

다면, 다음의 연구들은 폐기물 관리 정책에 대한 타당성 분석을 위해

상향식 접근 방식을 다루고 있다. 폐기물 관리에 관한 생명 주기 분석

(Life cycle analyses (LCA))을 시도한 연구로는 Cleary(2009)와

Winkler and Bilitewski(2007)의 연구가 있다. LCA 접근법 이외에도

운영에 관한 연구방법(operation research method), 다기준 평가

(multicriteria assessment), 그리고 전문가 시스템 등이 있고, 이러한

방법들은 폐기물 처리 방법의 기술적 변화의 경제적, 환경적, 지리학

적, 그리고 사회적 효과를 분석하는 데 사용되었다.

본 연구는 상향식과 하향식이 통합된 방식을 이용해서 스웨덴 경제

에 대해 4가지 대안 시나리오를 통해 비위해 폐기물 뿐만 아니라 위

해 폐기물의 미래 발생량을 예측하였다. 분석 방법은 Ljunggren

Soderman(2000)이 개발한 폐기물 관리에 대한 구조 공학 모형과

Sjostrom and Ostblom(2009)이 개발한 CGE 모형을 적용하였다. 병렬

적으로 연결된 두 모형을 통해 폐기물 발생량과 폐기물 처리 가격간

의 상호작용을 더 자세하게 고려할 수 있다.

미래 폐기물 발생량을 다양한 경제 변수의 예측과 연관시켰다는 점

에서 본 연구는 Bruvoll and Ibenholt(1997)의 연구와 유사하다. 하지

만 본 연구는 폐기물 관리 비용에 관한 상향식 정보를 사용해 계산하

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 89

였고, 폐기물 발생량과 폐기물 관리 비용에 영향을 미치는 다양한 요

인들을 고려하였다는 점에서 Bruvoll and Ibenholt(1997)과는 다르다.

본 모형의 시계는 2006~2030년이고, 상향식 및 하향식을 통합한

CGE 모형을 이용하여 5개의 시나리오를 분석하였다. 그 결과 비위해

성 폐기물 발생의 주요 요인은 경제 성장임이 밝혀졌다. 또한 기술혁

신과 가계의 행태 변화를 통해 비위해성 폐기물의 발생량을 크게 저

감시킬 수 있었다. 기업과 가계는 폐기물처리 서비스의 가격 상승에

대하여 폐기물 발생량을 저감시킴으로써 반응하였다. 또한 폐기물 관

리 부문에 국한된 정부의 정책은 모든 종류의 폐기물 발생량에 거의

영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 따라서 기업의 폐기물 감량을

위해서는 폐기물 발생을 원천 차단하는 기술 개발이 필요하다. 또한

가정부문의 폐기물 감량을 위해서는 부가가치세 차별화 정책 등을 통

해 폐기물 발생을 줄이는 산업이나 서비스의 상대적인 소비를 늘리도

록 해야할 것이다. 즉 폐기물 발생의 원천봉쇄를 위해서는 폐기물 관

리 정책보다는 폐기물 발생을 줄이는 생산과 소비 패턴에 중점을 두

어야 한다.

지금까지 유기성 폐기물을 이용한 에너지화에 대한 경제적, 환경적

효과를 CGE 모형을 이용해 분석한 선행연구를 고찰하였는데, 두 연구

모두 동태적인 측면에 중점을 두어 시나리오별로 폐기물 발생량과 에

너지 공급 잠재량, 그리고 온실가스 감축 잠재량을 예측하였다. 그러

나 두 연구에서는 폐기물 발생을 비점오염원의 측면에서 분석하지는

못하였다. 또한 본 연구가 유기성 폐기물 발생량 저감을 위해 다양한

조세정책을 실시할 경우의 미거시적 영향에 대한 분석했다는 점에서

두 선행연구와 명백한 차별성을 갖는다고 하겠다.

90

나. 이론적 배경

유기성 폐기물에는 축산분뇨, 음식물폐기물, 하수 슬러지 등이 있으

며, 오염원의 주변 환경(물, 토양, 생태계 등)에 미치는 영향이라는 점

에서 비점오염원(non-point pollutant)에 속한다. 점오염원(point

pollutant)의 경우에는 자동차 배기가스나 공장 굴뚝과 같이 비교적 쉽

게 오염원을 감지하고, 이에 따른 환경에 미치는 영향도 쉽게 측정이

가능하다. 그러나 비점오염원은 어떤 오염원이 어느 정도의 환경 피해

를 초래하는지 파악하기가 어렵고, 제대로 관계를 알아내기 위해서는

막대한 비용이 들 수 있다. 환경 오염원이 점오염원인 경우에는 일반

적으로 오염 배출량에 기초하여 오염부담금(charge)이나 배출권거래제

도와 같은 경제적 인센티브 제도를 일반적으로 적용할 수 있는 반면

에, 비점오염원은 확률적 요소(stochastic component)가 영향을 미쳐

적절한 오염 배출량을 산출하기 어렵다는 점에서 점오염원과는 다른

방식의 규제제도가 필요하다.

우리나라의 경우 축산분뇨와 음식물쓰레기의 경우 주로 직접 규제

제도에 의존해오고 있다. 즉 축산분뇨의 경우 일정 규모 이상 축산농

가에 대해서는 자체 정화처리를 하도록 의무화하고 있고, 일정 규모에

미달하는 소규모 축산농가는 인근의 축산폐수 공공처리장에서 처리하

도록 규정하고 있다. 한편 음식쓰레기는 쓰레기 종량제를 통해 반드시

분리수거를 하도록 규제하고 있다. 앞으로는 국제해양법상 유기성 폐

기물의 해양투기가 금지될 예정이며, 또한 국내적으로도 유기성 폐기

물의 직매립이 금지됨에 따라 유기성 폐기물에 대한 규제가 한층 더

강화될 예정이다.

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 91

그러나 과연 이러한 규제 및 의무화(liability) 제도가 실효성을 거둘

수 있을 지는 의문이다. 정부에서는 유기성 폐기물의 자원화 및 에너

지화에 대해서는 공공투자를 강화할 예정이고, 각종 보조금 및 세금공

제 혜택을 부여할 예정이라고 하지만, 이론적으로 보면 직접규제나 의

무화 제도는 경제적 인센티브 제도에 비해 몇 가지 본질적인 한계를

갖고 있다. 우선 환경 피해를 초래한 배출원들이 있을 때, 의무화 제

도에서는 이러한 피해에 대해 객관적인 증거가 있어야만 벌과금을 부

과할 수 있다는 것이다. 또한 오염원과 환경피해간의 명확한 관계를

규명하기 위해서는 많은 비용이 수반되며, 규명의 책임을 누가 지는지

에 대한 논란이 있을 수 있다(Shavell, 1987).

그렇다면 직접 규제제도나 의무화 제도와 보완될 수 있는 제도는

어떤 것들이 있는가? 논의를 다시 비점오염원으로서의 유기성 폐기물

의 특성에 집중해 보면, 우선 오염 부담금 제도와 같은 수단을 적용하

기 위해서는 혐의가 있는 여러 비점오염원들 가운데 어떤 오염원을

대상으로 할 것이냐가 문제가 된다. 즉 비점오염원의 경우에는 오염물

질을 배출하는지 확인하는 것이 어렵고, 강가에 위치한 많은 축산농가

들의 경우 그 수가 많아지면 더더욱 파악이 어려워진다. 두번째로는

규제에 순응하는지를 정의하고 측정하기 위한 최적 기준을 찾는 것이

다. 즉 규제 수단이 최적이 아니라고 한다면 어떠한 순응 수단이 적용

되어야 하는가이다. 세번째로는 순응수단이 주어져 있을때 환경 개선

목표를 달성하기 위해 생산방식이나 오염제어 방식의 변화를 어떻게

하면 가장 잘 유도할 수 있는가이다(Shortle and Horan, 2001).

어떤 오염원을 대상으로 할 것인지에 대한 문제에 있어서는 반드시

실제 오염원에 국한할 필요는 없다. 즉 예를 들어 축산 가공품을 생산

92

하는 업체가 있다면 간접적으로 이를 수요하는 소비자들로부터 음식

폐기물이 발생할 것이고, 이는 토양이나 수질오염원이 될 수 있다는

점에서 간접적인 오염 배출원이 되며, 혹은 이를 자원화하거나 에너지

화할 경우 여기에 소요되는 비용을 간접적으로 부담할 수 있다는 것

이다. 물론 이러한 축산 가공품에 부담금을 부과할 경우 이는 최종 소

비자에게 일부 전가될 것이다. 물론 간접 오염원을 선정하는 경우 환

경오염과 상관관계가 있고, 집행가능하며 시공간적으로 목표로 삼을

수 있어야 할 것이다 (Braden and Segerson, 1993). 이밖에도 비점오

염원의 종류에 따라 농업용 중간투입물인 비료나 살충제에 부과금을

적용하거나 휴경지에 대한 보조금 제도 등 다양한 유형의 비점오염원

에 대한 통제 수단들이 있다 (Horan and Shortle, 2002).

본 연구에서는 비점오염원으로서 음식물 쓰레기와 축산분뇨에 대해

오염원에 대한 대리변수(proxy variable)로서 축산물 가공품을 포함하

는 음식료업 및 음식점업을 선택하였다. 이들 부문에 대해 유기성 폐

기물 배출 부담금을 신설한다고 가정하고, 이에 대한 표준 모형을 소

개하면 다음과 같다.

사회 전체의 후생을 극대화하는 사회 계획가(social planner)는 비점

오염물질을 배출하는 산출물(x)과 점오염물질(e)을 배출하는 산출물의

생산으로부터 이윤을 편익으로 계산하고, 비점오염원과 점오염원에 의

해 발생하는 기대환경오염피해비용(E(D))을 비용으로 계산한다. 이로

부터 유도된 순편익의 극대화가 사회 계획가가 당면한 문제가 된다.

max

∋

(1)

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 93

위 식을 해석하면 다음과 같다.

: i번째 비점오염원에서 발생하는 오염물질 배출

량으로 직접적인 관측이 불가능한 것으로 전제. 이러한 불확실성으로

인해 배출부과금(emission charge)을 적용할 수 없음.

: 생산과 투입물 벡터(×)

: 지역 특성으로 토양의 종류나 수문학적 특성을 반영

: 확률적 환경변수로 비점오염원의 배출경로에 영향을 미치는 변수

: 지역i에서의 오염과정에 관한 파라메터

: 환경오염 집중도(a)는 비점오염원

배출량(r)과 점오염원 배출량(e), 초기 오염수준(), 수계의 특성(), 이

동경로(), 및 확률적 환경변수()의 함수

이상의 사회적 순편익 극대화 문제의 일계미분조건(F.O.C)을 구하면

식 (2), (3)과 같게 된다.

∀ (2)

∀ (3)

한편, 규제 당국이 추정하는 비점오염원에 대한 배출량(E(ri))을 고시

하고, 이에 대해 산업별 조세(ti)를 부과하면, 다음의 최적화 문제로 바

뀐다.

94

)]()([ iiiNi rEtxMax -p (4)

동일한 제약조건하에 비점오염물질을 배출하는 산출량의 생산 수준

에 대해 일계미분조건을 구하면 (5)와 같다.

∀ (5)

식(2)와 식(5)를 비교하면 최선의 세계에서 최적 조세율은 다음과

같다.

∀ (6)

여기서 공분산과 기대함수(expectation)간의 관계는 다음과 같이 정

의된다.

(7)

즉 최적 조세율은 비점오염물질 배출에 따른 환경피해비용에 대한

기대치와 투입물 단위당 비점오염 물질 배출수준이 불확실성으로 인

해 발생시키는 환경피해비용의 공분산에 의존한다.

한편, 차선의 세계(second best world)에서는 추정된 비점오염원에

대한 대리변수에 대해 조세를 부과하고, 기업의 종류에 관계없이 동질

적인 조세를 부과하게 되며, 최적 조세율은 다음과 같이 결정된다.

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 95

(8)

이때 최적 조세율은 산출 단위당 비점오염물질 배출수준 대비 산출

량 증가가 환경피해에 미치는 기대치와 비점오염물질 배출에 따른 환

경피해에 대한 공분산과 산출수준이 환경피해에 미치는 공분산에 의

존한다. 한편, 비점오염원 i의 투입물 j에 대한 조세를 부과할 경우 최

적화 문제는 다음과 같다.

å=

-m

jijijiNi xxMax

1])([ tp (9)

최적화 문제를 풀면 다음과 같은 최적 조세율이 결정된다.

∀ (10)

즉 최적 조세율은 주어진 생산에 필요한 투입물 증가가 비점오염물

질 배출을 통해 환경피해에 미치는 기대치와 투입물 증가가 오염수준

에 미치는 공분산 및 환경피해에 대한 기대치, 투입물 증가가 환경피

해에 미치는 공분산에 각각 의존한다.

이상과 같이 차선의 세계에서 비점오염원의 배출을 줄이기 위해서

는 직접 배출량에 대한 과세보다는 투입물이나 산출물 등 대리변수에

과세를 하는 것이 더 적절하며, 본 연구에서는 투입물보다는 산출물과

소비량에 과세를 하기로 한다. 즉 위에서 소개한 모형과 같이 비점오

염원이 주로 화학비료나 농약과 관련있는 경우라면 투입물에 과세하

96

는 것이 합당하겠으나, 본 연구와 같이 축산분뇨와 음식물 쓰레기에서

발생하는 비점오염원에 대해서는 산출물이나 생산물에 대한 소비량에

대해 과세하는 것이 더 합당할 것이다.

다. CGE 모형

CGE 모형의 구조는 가계, 기업, 정부, 무역, 투자 부문별 수요 및

공급 방정식을 도출하고, 부문별 수요와 공급을 균형시키는 유일한 시

장 가격의 존재함을 전제로 조세 및 보조금 정책의 변화와 같은 외생

적 충격에 대한 경제변수의 반응을 평가하는 기법이다.

바이오가스 부문을 포함한 산업 구조는 1차 산업은 농업, 축산, 광

물로 구성되며 에너지산업은 석탄, 석유, LNG, 전력, 열에너지, 바이

오가스, 제조 및 기타부문은 식품, 인쇄 및 제지, 화학, 기계, 교통, 기

타제조, 서비스로 구성된다.

조세 및 보조금 구조는 생산세, 관세, 수입소비세 및 보조금으로 기

준모형을 구성하고, 정책 시나리오에서 소비세를 도입하여 변화를 살

펴보는 것으로 한다.

CGE 모형은 크게 가격 방정식, 생산 방정식, 무역 부문 방정식, 중

간재 및 최종수요 방정식, 정부 및 가계부문 방정식, 저축 및 투자부

문, 그리고 부문별 균형 방정식으로 구성된다.

① 가격 방정식

주요 가격 방정식에는 수입재화의 국내가격()과 수출재화의 국

내가격(), 아밍턴 복합재의 가격(), 산출물의 가격(), 부가

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 97

가치의 가격() 등이 있다. 우선 수입재의 국내 가격은 외생적으로

결정되는 수입재의 국제가격()과 관세(), 그리고 환율

()에 의해 결정된다(11). 다음으로 수출재의 국내가격은 수출재의

국제가격()과 환율에 의해 결정된다(12). 아밍턴 복합재의 가격

은 아밍턴 복합재 수요()와 산출물에 대한 국내수요()와 가격

(), 수입재의 국내가격과 수입수요(), 그리고 소비세()에

의해 결정된다(13). 산출물 가격은 산출량()과 산출물의 국내수요 및

가격, 수출재의 국내가격과 수출수요()에 의해 결정된다(14). 그리고

부가가치 가격은 산출물 가격과 생산세(), 보조율(), 레온티예

프 계수()와 아밍턴 복합재 가격에 의해 결정된다(15).

×× (11)

× (12)

×× ××× (13)

× ×× (14)

×

× (15)

② 생산 방정식

다음으로 생산 부문 방정식은 생산함수, 노동수요, 자본수요, GDP,

아밍턴 복합재 함수 등으로 구성된다. 우선 생산함수는 노동()과

자본() 등 생산요소간 대체탄력성이 생산요소소득이 전체 생산비

98

에서 차지하는 비중( )에 의해 결정되는 컵더글러스 생산함수를

따른다(16). 노동수요는 부가가치가격과 노동소득 비중과 산출수준, 그

리고 임금()에 의존한다(17). 자본수요는 부가가치가격과 자본소득

비중, 산출수준, 그리고 자본재 가격()에 의존한다(18). GDP는 가계

최종수요()와 투자수요(), 정부지출(), 수출수요의 합에서

수입수요를 제외한 것으로 정의된다(19). 아밍턴 복합재 수요는 수입

수요와 국내수요간의 CES(Constant Elasticity of Substitution) 함수에

의해 결정된다(20). 다음으로 재화의 산출수준은 수출수요와 국내수요

간의 전환관계를 반영한 CET(Constant Elasticity of Transformation)

함수에 의해 결정된다(21).

×

×

(16)

××(17)

××(18)

(19)

××

×

(20)

××

×

(21)

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 99

③ 수출 및 수입 방정식

수입수요는 산출물에 대한 국내수요와 국내수요가격과 수입재의 국

내가격간의 상대비율, 국내수요 및 수입수요에 대한 가중치의 상대 비

율(), 그리고 대체탄력성()에 의해 결정된다(22). 수출수요

는 산출물의 국내수요와 수출재의 국내가격과 국내수요가격간의 상대

비율, 수출수요와 국내수요간의 상대비율, 그리고 수출전환탄력성에

의해 결정된다(23).

×

×

× (22)

×

×

× (23)

④ 중간재 및 최종수요 방정식

중간재 투입수요()는 레온티예프 투입산출계수와 부문별 산출수

준에 의해 결정된다(24). 가계의 최종수요는 부문별 소비 비중()과

아밍턴 복합재 가격, 그리고 가계소득에서 저축을 제외한 가처분 소득

()에 의해 결정된다(25). 투자수요는 부문별 투자수요 비중()

과 아밍턴 복합재 가격, 총투자공급량()에 의해 결정된다(26).

100

× (24)

× (25)

(26)

⑤ 정부 및 가계부문 방정식

정부 부문은 생산세와 수입세(), 보조금(SUBi), 소비세()와

같은 세입부문과 정부 지출 부문으로 구성된다. 우선 생산세는 부문별

생산세율과 산출수준에 의해 결정된다(27). 수입세는 수입세율과 수입

량에 의해 결정되고, 보조금은 부문별 보조율과 산출수준에 의해 결정

된다(28)-(29). 소비세는 소비세율과 소비량에 의해 결정된다(30). 정부

의 세수는 이렇게 생산세와 수입세, 그리고 소비세 수입의 합으로 결

정된다(31).

정부의 공공수요()는 바이오가스를 제외한 부문들의 경우 부문

별 정부 지출 비중()과 정부의 세입(), 아밍턴 복

합재 가격에 의해 결정된다(32). 또한 바이오가스의 경우에는 공공수

요가 축산부문에 대한 생산세 수입()이나 식품 부문에 대한 소

비세 수입()에 의해 결정되는 것으로 전제하였다(33)-(34). 또

한 공공수요와 정부의 보조금 지출의 합을 정부 지출()로

보았다(35). 정부 저축()은 정부의 수입에서 지출을 차감한

것이다(36).

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 101

× (27)

× (28)

× (29)

× (30)

(31)

×

(32)

× (33)

× (34)

(35)

(36)

⑥ 요소소득과 저축 및 투자부문 방정식

요소소득에는 노동소득()과 자본소득(CAPY)이 있고 요소소득

의 합이 가계 소득()이 되며, 가계 저축()은 가계 소득대

비 초기 저축액의 비율()에 의해 결정된다. 노동소득은 노동수요와

임금에 의해 결정되고, 자본소득은 자본수요와 자본재 가격에 의해 결

정된다 (37)-(40).

한편 투자공급()은 가계저축과 정부저축, 외생적 저축()

과 외환저축액()의 합이다(41).

102

× (37)

× (38)

(39)

× (40)

(41)

⑦ 균형방정식

지금까지 부문별 수요 및 공급 방정식을 기술하였는데, CGE 모형이

해를 찾기 위해서는 부문별로 수요와 공급이 일치해야 한다. 우선 총

흡수량(아밍턴 복합재 수요)은 중간재 투입수요와 가계부문 최종수요,

투자수요, 그리고 정부 지출의 합과 일치해야한다(42). 그리고 투자수

요의 합은 투자공급의 합과 일치해야 하고, 노동공급과 자본공급은 각

각 노동수요와 자본수요와 일치해야 한다(43)-(45). 그리고 총수입에서

총수출을 뺀 값이 해외부문의 외환저축액과 일치해야 한다(46).

(42)

(43)

(44)

(45)

× (46)

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 103

⑧ 유일 균형해 조건

비록 균형 조건이 추가가 되더라도 CGE 모형은 일종의 비선형 연

립방정식 체계로서 유일한 균행해가 존재하기 위해서는 내생변수의

갯수가 독립 방정식의 갯수와 일치해야 한다. CGE 모형을 GAMS

COPOPT 프로그램에서 코딩할 경우 이러한 조건이 자동적으로 주어

지지 않기 때문에 직접 유일해가 존재하기 위한 조건을 제공해야 한

다. 본 모형에서는 자본의 총공급량과 노동 총공급량, 환율, 국제수출

가격에 관한 내생변수들을 외생적으로 고정시킴으로써, 총내생변수의

수와 독립방정식의 갯수를 일치시켰다(47)-(50). 이러한 비특이성 조건

이 충족되면 임의의 목적함수 (여기서는 GDP)를 극대화시킴으로써 유

일한 균형해가 도출된다.

(47)

(48)

(49)

(50)

라. 데이터 및 보정

① 데이터 요약

CGE 모형 구축에 사용된 주요 데이터는 2008년 한국은행 산업 연

관표와 바이오가스에 대한 투입 산출비용 데이터이다. 16개 산업부문

에 대한 기준균형해 도출을 위한 데이터는 다음과 같은 방식으로 유

도된다. 우선 한국은행의 소분류 투입산출표(2008)로부터 15개 산업을

104

통합(aggregation)한다. 여기에는 농업(AGR), 축산(LIVE), 광업(MINE),

음식점 및 식품업(FOOD), 종이인쇄출판업(FLP), 화학(CHEM), 기계

(MAC), 제조(MAN), 서비스 및 기타(SERV) 부문과 석탄(COAL), 석유

(OIL), 천연가스(GAS), 전력(ELEC), 열(HEAT)과 같은 에너지 부문이

포함되었다. 여기에서 축산부문과 음식점 및 식품부문이 따로 분리되

어 있는데, 이를 통해 정책 시나리오에서 두 부문에 대한 유기성 폐기

물세 부과의 효과를 보기 위함이다.

다음으로 바이오가스에 대한 투입 산출 데이터를 앞장의 경제성 분

석 자료와 바이오가스 생산 현황 자료로부터 도출한 다음, 기존의 15

개 산업에 대한 투입산출표에 통합해야 한다. 통합하는 과정에서 주의

해야 할 것은 열의 합과 행의 합이 일치해야 한다는 데에 있다. 각 부

문별 열의 합과 행의 합이 일치해야지만 CGE 모형에서 수요와 공급

균형조건을 만족시킬 수가 있는 것이다. 그런데 바이오가스 부문이 새

롭게 도입되면서 균형조건이 파괴되는데, 행의 합이 투입합이 되고,

열의 합이 산출합이 되므로 각 부문별로 투입과 산출이 일치하도록

조정하기 때문이다. 만약 투입보다 산출이 더 크다면 음(-)의 값을 갖

고, 더 작다면 양(+)의 값을 가진다.

세번째 단계에서는 자본소득부문을 조정한다. 자본소득은 기업의 이

윤과 감가상각으로 구성되며, 투입과 산출액의 차이를 이윤으로 보아

자본소득부문에 흡수시키기 위함이다. 조정 후 자본소득이 음(-)이 될

경우 자본소득을 0으로 대체하고, 음의 값만큼을 노동소득에 흡수시키

기로 한다(Rutherford and Paltsev, 1999).

이러한 조정과정을 거쳐 도출된 기준 균형해를 위한 데이터가 <표

6-7> ~<표 6-9>에 정리되어 있다.

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 105

부문 가계소비 공공지출 투자수요 수출수요 산출액

AGR 14,532,839 1,165,557 594,917 42,649,978

LIVE 0 0 805,032 0 5,215,586

COAL 97,151 0 324,556 9,102 6,876,592

OIL 18,976,596 0 -97,271 46,089,182 130,568,211

LNG 0 0 2,285,560 115 86,165

MINE 19,960 0 406,417 174,341 3,391,302

FOOD 90,692,822 0 1,039,044 7,316,515 153,814,360

FLP 24,346,713 0 818,731 18,467,944 75,912,371

CHEM 11,068,039 0 7,450,659 106,056,369 485,771,493

MAC 19,293,722 0 69,788,369 180,583,039 351,953,007

TRAN 12,921,666 0 23,376,549 98,803,131 183,219,338

MAN 6,103,670 0 173,131,624 3,201,212 201,585,493

ELEC 7,429,529 0 0 62,916 35,202,635

HEAT 7,530,215 0 0 5,080 25,797,621

SERV 348,614,564 15,694,4088 39,430,072 89,119,574 1,038,078,741

BIOGAS 0 0 0 0 44,723

<표 6-7> 기준 균형해 도출을 위한 데이터 1

(단위 : 백만원)

106

부문 수입수요 관세 수입상품세

AGR 11,391,049 606,401 20,825

LIVE  5,191             98                -

COAL     14,476,673         4,962         1,493

OIL   121,739,207      532,963   1,449,991

LNG     22,075,572      142,847   1,505,425

MINE     13,276,148       13,060         2,343

FOOD     18,793,308   1,676,735   1,021,726

FLP     19,946,623      941,200      771,164

CHEM   119,016,981   2,105,329      633,420

MAC   121,222,101   2,344,750   2,005,086

TRAN     20,197,853      482,848      920,424

MAN       4,541,201      163,126      282,593

ELEC           88,328                -                -

HEAT           59,624                -                -

SERV     75,740,778         8,010               1

BIOGAS - - -

<표 6-8> 기준 균형해 도출을 위한 데이터 2

(단위 : 백만원)

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 107

부문 노동수요 자본수요 생산세 보조금

AGR 2,762,121 20,041,701 831,085 0

LIVE 25,473 990,965 26,868 0

COAL 328,631 359,054 12,264 -304,741

OIL 1,161,633 3,766,805 20,658,151 -9,839

LNG 2,726 67,689 425 0

MINE 700,928 1,231,103 23,462 0

FOOD 17,398,547 12,467,137 17,651,754 -6,835

FLP 11,370,343 7,746,557 3,344,111 -6,500

CHEM 36,093,910 49,797,189 3,925,109 -43,149

MAC 38,422,333 38,903,647 4,799,541 -31,087

TRAN 20,623,010 15,974,350 5,282,050 -15,932

MAN 48,164,348 19,522,763 12,206,027 -176,869

ELEC 3,402,099 4,657,030 1,157,246 0

HEAT 1,081,097 125,007 843,897 0

SERV 293,199,083 255,729,319 36,896,711 -4,446,958

BIOGAS 2,020 61,123 -24,079

<표 6-9> 기준 균형해 도출을 위한 데이터 3

(단위 : 백만원)

② 보정(Calibration)

모형의 균형해를 찾기 위해 필요한 파라메터 가운데 대체탄력성이

나 전환탄력성은 외부에서 추정된 데이터를 적용하게 되지만, 각 생산

함수의 기술진보계수(shift parameter)와 노동소득비율, 자본소득비율

은 내부적인 보정에 의해 결정된다. 본 모형에서는 대체탄력성과 전환

탄력성을 직접 추정하지 않고 간접적으로 타연구 결과로부터 추정하

였다.

108

외생 파라미터로 아밍턴 수입 대체 탄력성은 GTAP(Ver.5) 및 정인

교(2001)의 연구를 참조하였다. 축산업과 식품산업은 1.4로 선택하였다.

석탄, 석유, 천연가스, 바이오가스, 광업도 상대적으로 높은 1.4를 적용

하였다. 전력과 열은 실제로 수출입이 매우 낮기 때문에 화학, 기계,

종이, 제조 및 서비스 전반과 동일한 0.4를 적용하였고, 수송은 자동차

등 수출입이 비교적 활발하므로 가장 높은 1.9를 적용하였다.

섹터 아밍턴 대체 탄력성

농업 0.5

축산업, 식품 1.4

석탄, 석유, 천연가스, 바이오가스, 광업 1.4

전력, 열 0.4

수송 1.9

화학, 기계, 종이, 제조 및 서비스 0.4

<표 6-10> 아밍턴 대체 탄력성

수출 수요와 국내재의 전환 탄력성은 정재호 외(2003)의 연구에서

직접 추정한 탄력성을 인용하였다. 그러나 이들의 연구에서는 산업연

관표 가운데 대분류인 26개 산업을 대상으로 탄력성을 추정하였기 때

문에 재분류가 필요하다. 우선 농업은 0.729를 적용하였다. 석유, 석탄,

천연가스, 바이오가스, 광업은 0.31을 적용하였다. 또한 전력 및 열은

0.476을 적용하였다. 수송 부문은 운수 및 보관 부문의 0.85를 적용하

고, 화학, 기계, 종이, 제조 및 서비스 부문은 77개 산업 분류에서 본

연구에서 재분류한 농업, 축산, 식품, 광업, 석유 및 관련 제품, 전력,

수송 등을 제외한 모든 제조 및 서비스업(64개)을 정재호 등의 연구에

서 분류한 26개 산업으로 통합하고, 이들의 전환탄력성들과 수출 비중

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 109

을 고려하여 가중 평균합인 1.04를 최종 제조 및 서비스업에 대한 전

환탄력성으로 이용하였다.

마. 시나리오

바이오가스 공급 확대를 위한 조세 정책은 축산 오폐수, 음식물 쓰

레기, 하수 슬러지 등 유기성 폐자원은 ‘비점오염원’으로, 점오염원은

발생원과 오염 수준 간 관계가 명확하여 환경세 부과가 용이한 데 비

해 비점오염원은 양자간의 관계가 불확실하여 오염원과 관련된 상품

생산에 대한 과세 등 간접적 방식을 채택하여야 한다.

따라서 유기성 폐기물 발생에 대한 조세 정책에는 두 가지가 있다.

우선 시나리오 1은 유기성 폐기물 배출과 관련되는 축산 부문에 대한

생산세를 부과하는 방식이며, 시나리오 2는 식품 및 음식점업에 대한

소비세를 부과하는 방식이다. 축산 부문에 대한 유기성 폐기물세를 부

과할 경우 여기에서 추가로 조성되는 세입은 모두 바이오가스 생산을

위한 설치비 보조금으로 이용된다고 가정하며, 총 보조금은 환경부의

2009~2013년의 중기 계획에 따른 예산인 7,823억원에 맞추기로 한다.

이렇게 주어진 총보조금 수준을 맞추기 위해서는 축산부문에 대한 유

기성 폐기물세가 산출수준 대비 32.3%가 되어야 한다. 또한 식품업의

소비에 대한 유기성 폐기물세는 총소비액 대비 1.77% 수준이 되어야

한다.

이러한 정책 시나리오의 활용을 위해서 시나리오별 미·거시 경제변

수의 상대적 변화를 비교하고, 시나리오별 온실가스 배출 저감 잠재량

과 저감비용을 비교할 것이다.

110

3. 시뮬레이션 결과

가. 미시경제적 효과

▪시나리오 1: 축산부문에 대한 생산세 부과

축산부문에 유기성폐기물세 부과 시 가계소비는 대부분의 산업에

걸쳐 0.03~2% 정도 감소하는 것으로 나타났다. 축산업과 천연가스, 바

이오가스는 가계소비가 존재하지 않기 때문에 영향이 없는 것으로 보

아야한다. 다만 수송부문은 유의하지 않은 수준에서 소폭 소비가 증가

하는 것으로 나타났다. 축산물과 관련있는 식품산업(-1.98%)과 농업

(-0.38%)부문의 감소가 두드러졌다. 한편 공공지출은 서비스업에서만

나타나기 때문에 서비스에 대한 공공지출이 0.78% 증가하는 것으로

나타났다. 투자수요는 축산업이 33% 감소하고, 다른 산업에서는

0.6~2.7% 내외로 감소하는 것으로 나타났다. 전력과 열, 바이오가스는

투자수요가 존재하지 않으므로 반응이 없는 것으로 보아야 한다. 다음

으로 수출수요는 축산이 0.2% 정도 감소하고, 나머지 산업들에서는

0.03~3% 정도 감소한다. 축산업과 서비스, 바이오가스는 수출수요가

초기에 존재하지 않는다. 여기서도 수송부문은 수출수요가 0.01% 증가

하는 것으로 나타나지만 유의하지 않은 것으로 해석할 수 있다. 이상

에서 알 수 있듯이 축산업 다음으로 식품산업과 농업부문의 감소가

가장 많은 것으로 나타났다.

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 111

부문 가계소비 공공지출 투자수요 수출수요

AGR -0.38 - -1.08 -1.59

LIVE - - -33.31 -

COAL -0.12 - -0.83 -0.21

OIL -0.12 - -0.83 -0.25

LNG - - -0.83 -0.33

MINE -0.11 - -0.82 -0.3

FOOD -1.98 - -2.68 -3.34

FLP -0.09 - -0.79 -0.21

CHEM -0.09 - -0.8 -0.31

MAC -0.04 - -0.75 -0.18

TRAN 0.07 - -0.64 0.01

MAN -0.03 - -0.73 -0.58

ELEC -0.09 - - -0.07

HEAT -0.11 - - -0.16

SERV -0.1 0.78 -0.8 -0.03

BIOGAS - - - 0

<표 6-11> 축산부문 생산세 부과시 시뮬레이션 결과 1

국내수요는 축산업에서 -6.7%로 가장 많은 감소율을 보였고, 다른

산업들은 0.05~1.8%내외로 감소하였다. 다만 바이오가스는 보조금으로

인해 국내수요가 3,500% 상승하였다. 이러한 추세는 총흡수와 산출 및

부가가치에서도 비슷하게 나타났다. 여기서도 식품산업과 농업부문의

감소가 축산업 다음으로 두드러지게 나타남을 알 수 이다.

112

부문 국내수요 총흡수 산출 부가가치

AGR -1.35 -1.32 -1.36 -1.29

LIVE -6.73 -6.71 -6.73 -6.63

COAL -0.22 -0.23 -0.22 -0.32

OIL -0.25 -0.26 -0.25 -0.24

LNG -0.27 -0.24 -0.27 -0.17

MINE -0.34 -0.35 -0.33 -0.38

FOOD -1.81 -1.68 -1.88 -2.03

FLP -0.25 -0.25 -0.24 -0.39

CHEM -0.34 -0.34 -0.33 -0.41

MAC -0.28 -0.31 -0.23 -0.34

TRAN -0.16 -0.19 -0.07 -0.21

MAN -0.65 -0.65 -0.65 -0.86

ELEC -0.09 -0.09 -0.09 -0.17

HEAT -0.17 -0.17 -0.17 -0.47

SERV -0.05 -0.05 -0.05 -0.18

BIOGAS 3513.14 3513.14 3513.14 3516.97

<표 6-12> 축산부문 생산세 부과시 시뮬레이션 결과 2

전반적으로 산출수준이 감소함에 따라 요소수요인 중간재투입수요

와 노동수요, 자본수요도 함께 감소한다. 중간재 투입수요는 축산업이

-1.87%로 가장 많은 감소폭을 보이고 이어서 식품(-1.3%), 농업(-1.68%)

이며, 나머지 산업들은 소폭 감소한다. 한편 노동수요의 경우 산출 감

소에 따라 노동집약적인 축산업의 경우 -6.3% 감소하고, 식품은

-1.69%, 농업이 -0.95%의 감소폭을 보였다. 한편 석탄, 석유, LNG, 기

계, 수송, 전력, 서비스 산업들에서는 노동 수요가 소폭 증가하였는데,

이는 자본수요와의 대체관계에 의해 나타난 것으로 보인다. 또한 바이

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 113

오가스의 경우 3,530%의 노동수요 증가가 나타나는데, 이는 산출 수준

의 증가에 기인한 것이다. 한편 자본수요의 경우 전산업에서 감소한

것으로 나타나는데, 노동수요에 비해 상대적으로 자본수요가 더 많이

감소하는 것을 알 수 있다. 즉 산출 수준 감소에 따라 요소수요가 감

소하는데, 상대적으로 자본 감소를 통해 산출감소 효과가 흡수되고,

일부 산업의 경우 노동에 의해 자본을 대체함을 알 수 있다.

한편 수입수요의 경우 국내 축산업에 대한 과세로 가격경쟁력을 확

보하여 축산물에 대한 수입수요가 13.75% 증가함을 알 수 있다. 대부

분의 산업에서는 대체로 수입수요가 감소하는데, 이는 국내 소비자의

가처분소득 수준이 전반적으로 감소하여 소비가 전반적으로 감소함에

따른 것이라 볼 수 있다.

114

부문 중간재투입수요 노동수요 자본수요 수입수요

AGR -1.68 -0.95 -1.41 -1.19

LIVE -1.87 -6.31 -6.74 13.75

COAL -0.22 0.02 -0.44 -0.23

OIL -0.27 0.11 -0.36 -0.26

LNG -0.17 0.18 -0.29 -0.24

MINE -0.34 -0.04 -0.5 -0.36

FOOD -1.3 -1.69 -2.15 -0.75

FLP -0.32 -0.05 -0.51 -0.27

CHEM -0.34 -0.06 -0.53 -0.36

MAC -0.19 0.01 -0.46 -0.35

TRAN -0.08 0.13 -0.33 -0.28

MAN -0.24 -0.52 -0.98 -0.7

ELEC -0.09 0.18 -0.29 -0.11

HEAT -0.2 -0.12 -0.59 -0.18

SERV -0.23 0.17 -0.3 -0.07

BIOGAS -0.12 3529.53 3512.59 -

<표 6-13> 축산부문 생산세 부과시 시뮬레이션 결과 3

축산부문의 경우 생산세는 5,748% 증가하며, 다른 부문들은 0.05~1.9%

사이에서 감소하는 것으로 나타났다. 또한 수입관세의 경우 축산부문

수입수요 증가에 따라 13.75%가 증가한 반면에, 다른 산업들에서는

0.2~1.2% 내외에서 감소하는 것으로 나타났다. 보조금은 대부분의 산

업에서 0.07~1.88% 정도 하락하였고, 바이오가스는 3,513% 증가하는

것으로 나타났다.

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 115

부문 생산세 수입세 보조금

AGR -1.36 -1.19 -

LIVE 5747.97 13.75 -

COAL -0.22 -0.23 -0.22

OIL -0.25 -0.26 -0.25

LNG -0.27 -0.24 -

MINE -0.33 -0.36 -

FOOD -1.88 -0.75 -1.88

FLP -0.24 -0.27 -0.24

CHEM -0.33 -0.36 -0.33

MAC -0.23 -0.35 -0.23

TRAN -0.07 -0.28 -0.07

MAN -0.65 -0.7 -0.65

ELEC -0.09 UNDF -

HEAT -0.17 UNDF -

SERV -0.05 -0.07 -0.05

BIOGAS - 0 3513.14

<표 6-14> 축산부문 생산세 부과시 시뮬레이션 결과 4

▪시나리오 2: 식품산업에 대한 소비세 부과

유기성 폐기물세를 음식점 및 식품에 대한 소비에 부과할 경우, 가

계소비는 0.02~2.55% 감소하고, 공공지출은 서비스 부문에서 0.7% 증

가하고, 투자수요는 0.4~3% 감소하는 것으로 나타나며, 수출수요도

0.1~2.6% 감소하는 것으로 나타났다. 음식점 및 식품부문에서 감소폭

이 가장 큰 것으로 나타났고, 이어서 농업부문이 높게 나타났으며, 나

머지 산업들은 소폭 감소하는 것으로 나타났다.

116

부문 가계소비 공공지출 투자수요 수출수요

AGR -0.38 - -0.76 -1.7

LIVE - - -1.95 -0.22

COAL -0.06 - -0.44 -0.28

OIL -0.07 - -0.45 -0.36

LNG - - -0.44 -0.36

MINE -0.07 - -0.45 -2.58

FOOD -2.55 - -2.92 -0.29

FLP -0.09 - -0.48 -0.34

CHEM -0.08 - -0.46 -0.26

MAC -0.06 - -0.45 -0.2

TRAN -0.04 - -0.42 -0.35

MAN -0.02 - -0.41 -0.09

ELEC -0.06 - - -0.15

HEAT -0.05 - - -0.11

SERV -0.12 0.69 -0.5 0

BIOGAS - - - 0

<표 6-15> 식품부문 소비세 부과시 시뮬레이션 결과 1

한편 국내수요와 총흡수, 산출, 부가가치에서 식품산업 감소율(-1.9~

-2%)이 대체로 가장 높았고, 축산업(-1.98%)과 농업부문(-1.4%)이 그

뒤를 이었다. 바이오가스를 제외한 나머지 부문에서는 -0.07~-0.34%의

감소율을 보여 영향이 적음을 알 수 있다. 한편 바이오가스는 설치비

보조를 통해 정부로부터 재정 지원을 받기 때문에 3,500%의 급격한

성장을 보였다.

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 117

부문 국내수요 총흡수 산출 부가가치

AGR -1.4 -1.35 -1.4 -1.28

LIVE -1.98 -1.98 -1.98 -1.81

COAL -0.22 -0.22 -0.22 -0.26

OIL -0.26 -0.26 -0.27 -0.2

LNG -0.26 -0.19 -0.26 -0.09

MINE -0.34 -0.33 -0.34 -0.33

FOOD -1.98 -1.93 -2.01 -2.1

FLP -0.25 -0.25 -0.26 -0.36

CHEM -0.32 -0.31 -0.32 -0.34

MAC -0.25 -0.25 -0.25 -0.3

TRAN -0.22 -0.22 -0.21 -0.29

MAN -0.37 -0.38 -0.37 -0.52

ELEC -0.09 -0.09 -0.09 -0.1

HEAT -0.16 -0.16 -0.16 -0.39

SERV -0.07 -0.06 -0.07 -0.14

BIOGAS 3497.73 3497.73 3497.73 3503.69

<표 6-16> 식품부문 소비세 부과시 시뮬레이션 결과 2

산출 수준이 감소함에 따라 전반적으로 중간재투입, 노동, 자본수요

도 감소하는 것으로 나타났다. 중간재 투입수요의 경우 전산업에 걸쳐

감소하였는데, -0.1~1.98%의 감소폭을 보였고, 노동수요는 자본수요와

의 대체효과로 인해 감소하는 산업과 증가하는 산업들이 있었다. 즉

농업과 축산, 광업, 식품, 종이 및 제지, 화학, 기계, 수송, 제조, 열부

문은 노동수요가 0.01~1.8% 감소하였고, 석탄과 석유, LNG, 전력의 경

우 노동수요가 증가하는 것으로 나타났다. 한편 자본수요는 전산업에

걸쳐 0.27~2.3% 감소하는 것으로 나타났다. 바이오가스의 경우 노동과

118

자본수요 모두 큰 폭으로 증가하였고, 노동수요 증가폭이 다소 더 높

았다.

한편 수입수요는 전반적으로 국내 생산 감소에 따라 수입수요가

0.04~1.6% 감소하는 것으로 나타났다.

부문 중간재투입수요 노동수요 자본수요 수입수요

AGR -1.74 -1 -1.46 -1.2

LIVE -1.98 -1.54 -1.99 -1.23

COAL -0.21 0.02 -0.44 -0.22

OIL -0.28 0.08 -0.38 -0.25

LNG -0.16 0.19 -0.27 -0.19

MINE -0.33 -0.05 -0.51 -0.33

FOOD -1.18 -1.82 -2.28 -1.57

FLP -0.31 -0.08 -0.54 -0.23

CHEM -0.32 -0.05 -0.51 -0.3

MAC -0.2 -0.02 -0.48 -0.25

TRAN -0.19 -0.01 -0.47 -0.23

MAN -0.23 -0.24 -0.7 -0.39

ELEC -0.1 0.18 -0.28 -0.09

HEAT -0.21 -0.11 -0.57 -0.17

SERV -0.24 0.14 -0.32 -0.04

BIOGAS -0.11 3513.83 3497.2 -

<표 6-17> 식품부문 소비세 부과시 시뮬레이션 결과 3

전반적인 산출과 수입 감소에 따라 생산세와 수입세도 감소하는 것

으로 나타났다. 식품부문의 생산세 감소가 제일 많았고, 이어서 축산

과 농업부문이 그 뒤를 이었다. 바이오가스는 생산세를 내지 않는 것

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 119

으로 가정하였기 때문에 변화가 없는 것으로 나타나 있다. 또한 보조

금 수준도 0.07~2% 내외로 감소하였다.

부문 생산세 수입세 보조금

AGR -1.4 -1.2 -

LIVE -1.98 -1.23 -

COAL -0.22 -0.22 -0.22

OIL -0.27 -0.25 -0.27

LNG -0.26 -0.19 -

MINE -0.34 -0.33 -

FOOD -2.01 -1.57 -2.01

FLP -0.26 -0.23 -0.26

CHEM -0.32 -0.3 -0.32

MAC -0.25 -0.25 -0.25

TRAN -0.21 -0.23 -0.21

MAN -0.37 -0.39 -0.37

ELEC -0.09 - -

HEAT -0.16 - -

SERV -0.07 -0.04 -0.07

BIOGAS - - -

<표 6-18> 식품부문 소비세 부과시 시뮬레이션 결과 4

나. 거시경제적 효과

축산부문에 대한 생산세 시나리오에서는 GDP가 0.14% 감소하고,

가계 총소비는 0.12% 감소하며, 정부 수입은 0.75% 증가하고, 소비자

후생수준은 2조7천억원 감소한다. 한편 식품부문에 소비세를 부과하는

시나리오에서는 GDP는 0.14% 감소하고, 가계 총소비는 0.06% 감소하

며, 정부수입은 0.75% 증가하며, 소비자 후생수준은 3조1천억원 감소

120

한다.

전반적으로 축산물에 대한 생산세와 식품에 대한 소비세에서 GDP

나 정부 수입과 같은 거시경제적 효과는 유사한 것으로 나타났다. 다

만 가계소비에 보다 직접적인 영향을 미치는 식품부문에 대한 소비세

로인해 소비자 후생 감소는 식품에 대한 소비세 시나리오에서 더 크

게 나타났다.

축산부문에 대한 생산세

부과시

식품부문에 대한 소비세

부과시

GDP -0.14 -0.14

가계총소비 -0.12 -0.06

Gov Revenue 0.75 0.75

CV -2707.49 -3096.73

<표 6-19> 시뮬레이션 결과에 대한 거시경제변수 비교

(단위:%, 십억원)

참고로 소비자 후생 변화의 측정은 보상변화에 의해 유도되는데 공

식은 다음과 같다.

소비자의 보상변화 (CVh )는 외생적 충격(정책 시나리오)에 의해 가

격19)변화가 Pa 0i로부터 Pa 1i으로 발생했을 때, 변화된 가격을 기준으

로 한 간접효용함수 (V h )의 차이를 반영한 지출함수 (Mh )를 이용하

여 식 (4)와 같이 도출된다. 이때 간접효용함수는 가격과 소비자의 가

19) 이때 소비자 가격은 모형에서 아밍턴 복합재화의 가격으로 정의되며, 아밍턴 복합

재화는 국내에서 생산된 재화와 해외에서 생산되어 수입된 재화를 포괄한 가상의

재화이다(Ballard et al., 1985).

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 121

처분소득 (HH EXP )의 함수이다.

EXP

EXP

(4-1)

일반적으로는 식(4-1)과 같이 소비자 후생을 측정할 수 있다. 그러나

본 모형은 축산부문 가격 변화가 타 부문의 가격변화를 초래하고, 또

한 부문별 산출 수준 변화에 따라 노동 및 자본 소득에 영향을 미쳐

궁극적으로는 가계의 소득수준에도 변화를 주게 된다. 따라서 소비자

후생변화의 크기도 다부문 가격변화(multimple price change)와 가계

의 소득변화를 동시에 반영하여야 한다. 이러한 변화들을 고려한 보상

변화 지표는 다음과 같이 표현할 수 있다.

EXP

EXP EXP EXP

(4-2)

다. 온실가스 저감 효과

온실가스 저감 잠재량 추정의 기본전제는 2007년 부문별 온실가스

순배출량20)(에너지경제연구원, 2010)을 기준으로 하여 농업, 축산의 연

료이외 발생량 및 흡수량을 제외하고, 탈루성 온실가스 발생량도 제외

하는 것으로 가정하였다.

온실가스 발생원을 중간재 투입수요 및 가계 소비에서 발생하는 연

료연소, 제조, 건설 및 기타 부문의 중재 투입수요에서 발생하는 경우

로 나누어 평균 변화율을 구하였다. 다음으로 온실가스 배출원을 크게

20) 보다 자세한 데이터는 부록 3을 참조

122

에너지 부문 연료연소와 산업공정으로 구분하였다. 전자에는 에너지

산업과 제조업 및 건설업, 광업-농림어업-가정 및 상업-공공 및 기타가

포함되고, 후자에는 광물, 화학, 금속 산업이 포함된다. 이들 각 온실

가스 배출량에 위 표들에서 도출한 평균 변화율을 적용하면 부문별

온실가스 저감율과 저감량이 계산된다.

즉 축산부문에 대한 유기성폐기물세를 신설하고, 여기에서 발생하는

추가 세원을 바이오가스를 생산하기 위한 보조금으로 전환할 경우, 총

1,668천톤의 온실가스 저감효과를 거둘 수 있다. 또한 저감비용을

GDP 손실 기준으로 추정해 보면, 온실가스 톤당 86만원이 소요되고,

소비자 후생기준으로는 톤당 1.62백만원이 소요되는 것으로 나타났다.

연료연소 중간수요 가계 소비

석탄 -0.22 -0.12

석유 -0.27 -0.12

LNG -0.17 -

전력 -0.09 -0.09

열에너지 -0.20 -0.11

평균 변화율(%) -0.19 　

수송 -0.08 0.07

광업 -0.34 -

농업 -1.68 -

축산 -1.87 -

평균 변화율(%) -1.30 -0.07

<표 6-20> 축산부문 생산세 부과시 온실가스 발생원별 변화율

(단위 : %)

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 123

제조, 건설 및 기타 중간수요

식품 -1.30

종이, 제지, 인쇄 -0.32

화학 -0.34

기계 -0.19

제조 -0.08

서비스 -0.23

평균 변화율(%) -0.41

<표 6-21> 축산부문 생산세 부과시 온실가스 발생원별 변화율

(단위 : %)

구분순배출량

(천톤)증감률(%) 감소량(천톤)

에너지부문

연료연소

(부문별)

에너지산업 190,557 -0.19 -362

제조업 및 건설업 159,926 -0.41 -656

수송 100,807 -0.08 -81

광업,농림어업,가정·상업,

공공·기타67,454 -0.69 -462

산업공정

광물산업 29,333 -0.34 -100

화학산업 2,047 -0.34 -7

금속산업 194 -0.08 -0

합계 550,318 　 -1,668

<표 6-22> 축산에 대한 생산세 부과시 온실가스 저감 잠재량 추정

한편 축산부문에 대한 생산세 부과시 온실가스 저감 비용을 추정해

보면, GDP 기준으로 1TCO2의 온실가스를 저감하는 데에 1.89백만원

124

이 드는 것으로 나타났다.

다음으로 식품부문의 경우, 총 1,802천 TCO2의 온실가스를 저감할

수 있고, GDP 기준 80십만원, 소비자 후생 기준 1.72백만원의 저감비

용이 드는 것으로 나타나, 축산에 대한 유기성폐기물세에 비해 다소

저렴한 것으로 나타났다.

연료연소 중간수요 HHC

석탄 -0.21 -0.06

석유 -0.28 -0.07

LNG -0.16 -

전력 -0.10 -0.06

열에너지 -0.21 -0.05

평균 변화율(%) -0.19 　

수송 -0.19 -0.12

광업 -0.33 -

농업 -1.74 -

축산 -1.98 -

평균 변화율(%) -1.35 -0.07

<표 6-23> 식품부문 소비세 부과시 온실가스 발생원별 변화율 (%)

제6장 유기성 폐자원의 에너지 전환 잠재력 분석 125

제조, 건설 및 기타 중간수요

식품 -1.18

종이, 제지, 인쇄 -0.31

화학 -0.32

기계 -0.20

제조 -0.23

서비스 -0.24

평균 변화율(%) -0.41

<표 6-24> 식품부문 소비세 부과시 온실가스 발생원별 변화율 (%)

구분순배출량

(천톤)증감률(%) 감소량(천톤)

에너지부문

연료연소

(부문별)

에너지산업 190,557 -0.19 -366

제조업 및 건설업 159,926 -0.41 -661

수송 100,807 -0.19 -192

광업,농림어업,가정·상업

,공공·기타67,454 -0.71 -480

산업공정

광물산업 29,333 -0.33 -97

화학산업 2,047 -0.32 -7

금속산업 194 -0.23 -0

합계 550,318 　 -1801.82

<표 6-25> 식품부문 소비세 부과시 온실가스 저감 잠재량 추정

126

제7장 바이오가스 생산의 경제성 분석

1. 바이오가스 생산량

바이오가스의 경제성 분석을 통해 한국표준산업분류별 평균 생산비

용을 산출하고, 바이오가스 생산량에 대해 곱하면 총생산비용 자료가

얻어진다. 기존의 산업연관표에는 바이오가스와 같은 신산업에 대한

분류가 존재하지 않기 때문에 본 연구에서 이러한 신산업에 대한 투

입산출구조를 기존의 데이터와 참고자료들을 이용하여 새로 생성하였

다. 추후 신산업으로서의 바이오가스 부문이 기존의 투입산출표상에

추가가 되고, 이로 인해 발생하는 차이를 보정하게 된다. 이렇게 상향

식 접근법에 의해 도출된 데이터와 하향식 모형인 CGE 모형을 결합

하여 바이오가스 보급 확대의 경제적, 환경적 효과를 분석할 수 있게

된다.

우선 2008년 기준 바이오가스 및 매립지가스 생산량을 전기생산과

열생산으로 구분하여 보면 아래와 같다.

구분 전기 열 합계

바이오가스 723 44,663 45,386

매립지가스 88,794 31,196 119,990

합계 89,517 75,859 165,376

자료 : 신재생에너지센터(2009), “신재생에너지통계”

<표 7-1> 2008년 바이오 및 매립지가스 생산량 현황

(단위 : TOE)

제7장 바이오가스 생산의 경제성 분석 127

2. 바이오가스의 생산비 추정

바이오가스에 의한 열생산은 고급 에너지가 아니기 때문에 정제공

정을 거치지 않는 것으로 가정하고, 바이오가스에 의한 전기 생산은

정제 공정을 거치는 것으로 가정한다. 또한 매립지가스는 정제되지 않

은 상태의 메탄으로 가정한다. 이렇게 가정하는 것은 추후 바이오가스

의 경제성 분석에 큰 영향을 미치기 때문이다.

바이오가스 생산에 들어가는 비용을 알아보기 위해서 캐나다 및 기

타 국가에서 생산되고 있는 바이오가스 시설 자료를 기초로 하여 정

제비용을 제외한 연간비용을 계산하고, 단위당 비용과 비중을 계산하

였다.21)

21) 이와 관련한 보다 상세한 원자료는 부록을 참조바람.

128

Itemtotal

(CAD$)

unit

(CAD$/TOE)비중

maintenance 33,129 18.60 0.07

energy(electricity) 85,730 48.14 0.17

h2s scrubber(chemical) 63,295 35.55 0.13

chemicals 7,500 4.21 0.02

personal 12,288 6.90 0.02

meterial 12,649 7.10 0.03

utilities(monitoring) 10,500 5.90 0.02

other 34,555 19.41 0.07

total operating cost 259,645 145.81 0.52

capital cost(yearly) 238,727 134.06 0.48

total 498,372 279.88 1.00

<표 7-2> 연간 바이오가스 생산비(정제비용 제외)

한편 바이오가스 정제비용은 캐나다의 바이오가스 플랜트 생산비를

참조하였다.

ItemTotal

(CAD$)unit

(CAD$/TOE)비중

Lab analysis 3,750 2.11 0.01

Electricity 9,800 5.50 0.03

Insurance 5,326 2.99 0.02

Maintenance 21,305 11.96 0.07

Labor 14,600 8.20 0.05

Debt service(capital) 267,711 150.34 0.83

total 322,492 181.11 1.00

<표 7-3> 바이오가스 정제비용

제7장 바이오가스 생산의 경제성 분석 129

캐나다 자료를 이용해서 바이오가스 생산에 들어가는 비용을 계산

하고 이것을 산업연관표에 대응하기 위해서 항목별로 재분류를 하게

되면 아래와 같다.

바이오가스 정제비용 정제비용 외 바이오가스 생산비

단위당 비용 비중 단위당 비용 비중

자본비 154,041 0.48 172,743 0.83

노동비 7,929 0.02 9,421 0.05

전력비 55,318 0.17 6,324 0.03

화학 및 금속투입비 53,843 0.17 2,420 0.01

기계 및 전자투입비 28,152 0.09 13,747 0.07

서비스 및 기타 22,297 0.07 3,437 0.02

합계 321,579 1.00 208,091 1.00

<표 7-4> 산업연관표에 대응한 바이오가스 생산비

(단위 : ￦/TOE)

2008년 바이오가스 생산량과 평균 생산비를 감안한 총생산비를 분

석해보면, 전기를 생산하는 바이오가스는 정제비용이 포함된 것으로

가정하며, 전기를 생산하는 LFG는 정제가 되지 않은 것으로 효율이

매우 낮은 것으로 가정하였다. 또한 열을 생산하는 바이오가스도 정제

비용이 포함되지 않은 것으로 가정하였다.

130

정제비용외 생산비 정제비 총비용

바이오가스전기 150 233 383

열 9,294 - 9,294

LFG전기 28,554 - 28,554

열 6,492 - 6,492

<표 7-5> 생산비 분류

(단위 : 백만원)

바이오가스매립지가스 합계

전기 열

자본비 236 7,715 29,093 37,044

노동비 13 421 1,587 2,020

전력비 45 282 1,065 1,392

화학및금속투입비 41 108 408 556

기계및전자투입비 30 614 2,315 2,960

서비스및기타 19 153 579 751

합계 383 9,294 35,046 44,723

<표 7-6> 산업연관표에 대응한 유형별 생산량

바이오가스 설치비 보조 및 발전차액 지원제도에 따르면 지식경제

부는 바이오에너지 시설의 경우 50% 이내로 지원하고, 발전차액제도

를 통해 SMP +5~15원까지 지원하고 있다. 농림수산부는 자원화처리

시설의 경우 최대 80%이내에서 설치비를 지원하고 있기 때문에 평균

설비 보조율을 65%로 설정하면 자본비가 37,044백만원이기 때문에 보

조금 규모는 24,078.74백만원이 된다.

제8장 바이오가스 활용 확대를 위한 정책적 지원 방안 131

제8장 바이오가스 활용 확대를 위한 정책적

지원 방안

1. 바이오가스 활용 기술개발을 위한 지속적 지원 필요

바이오가스를 에너지화하는데 있어서 가장 중요한 것은 효율을 극

대화할 수 있는 기술이다. 현재 우리나라도 각종 다양한 기술들을 보

유하고 있다. 문제는 시장이 없다는 것이다. 시장이 마련되어야만 보

유기술을 적용, 진화해 나아갈 수 있는데 이러한 것을 해결하기 위한

여건이 마련되어 있지 못하다는 것이다.

따라서 우리나라 여건상 바이오가스를 곧바로 에너지화 하기란 그

리 쉽지 않다. 지속적인 지원과 차분한 접근이 요한다. 성급하게 추진

하기 보다는 하나 하나 근간을 마련해 나아간다는 자세가 필요하다.

이를 위해 다음과 같은 몇가지 제안을 한다. 첫째 기술개발 체제의 정

비가 필요하다

둘째, 산학관의 연계를 구축하여 바이오가스에 관한 욕구와 기술간

에 연계고리를 만들어주어 새로운 효율 기술을 높혀 나아가는데 주력

해야할 것이다. 이렇게 하여야만 산업육성의 지름길이 될 것이다.

2. 바이오에너지를 이용한 경제사회 구축을 위한 제도 구비

에너지환경측면에서 바이오가스 에너지화 사업은 중요하다. 선진국

에서의 사례에 보는 바와 같이 장기적 차원에서 실증설비를 구축, 지

132

속적인 지원과 함께 바이오이용에 박차를 가하고 있는 것처럼 우리는

차근차근 준비를 해나아가야 한다. 이를 몇가지 제안을 한다.

가. 사회적 인지도 확산

바이오가스 에너지화를 위해서는 사회적 인지도 확신이 필요하다.

홍보를 극대화하여 국민 각자가 친환경적 생활 습관을 정착시켜 나아

가고 이를 에너지화한다는 인식 확산이다. 이 경우 다소 경제적 측면

에서 불리하더라도 환경적 기회비용이 크기 때문에 충분한 가치를 인

정 받을 수 있다고 본다. 결론적으로 국민적 공감대 형성이 중요하다

는 의미이다. 이를 위해 정부의 노력이 요구된다.

나. 신재생에너지이용 의무화제도 도입에서 파격 인정

바이오가스 매전 수입을 어느정도 수준에 보장하기 위한 제도가

요구된다.

다. 효과적인 보조금의 도입

현재 설비보조 중심에서 그 폭을 확대하여 에너지전환 시스템 전체에

대한 폭 넓은 보조제도를 도입해야 한다. 뿐만 운영 지원금도 고려

하여 운영에 대한 문제점을 다소 해소해주는 방안을 검토해야 한다.

라. 규제완화 및 우대제도 구축

여차할 경우 폐기물 처리시설로서 분류 많은 규제가 뒤따른다. 규제

완화가 요구된다.

제8장 바이오가스 활용 확대를 위한 정책적 지원 방안 133

마. 바이오매스 담당부서의 행정창구 일원화

환경부, 지경부, 농림부로 나뉘어져 있는 기능분산 RD&D행정이 생

산자 또는 개발자에게 번잡함과 혼란을 초래할 수 있으므로, 국무총리

실에서 기능통합 조정을 하는 방안 모색이 요구된다.

134

제9장 결론 및 정책 제언

1. 종합 결론

모형 추정 결과 축산부문에 대한 생산세 부과 시나리오와 식품산업

에 대한 소비세 부과 시나리오를 비교해 보면, GDP나 정부 수입 측면

에서는 양 시나리오 모두 유사한 결과를 보여주었다. 한편 소비자 후

생수준 측면에서는 식품산업에 대한 소비세 과세 시나리오가 더 부정

적인 영향을 미쳤다. 한편 온실가스 저감 측면에서는 축산에 대한 생

산세보다 식품에 대한 소비세가 더 저감량이 높았으며, GDP 기준 저

감 비용 측면에서도 식품 산업이 더 비용효과적인 것으로 나타났다.

즉 경제적, 환경적 측면에서 논의를 종합해 보면, 경제적 측면에서

두 가지 형태의 유기성 폐기물세를 도입했을 때 거시경제적 효과는

두 방식 모두 비슷하였다. 반면에 온실가스 저감 측면에서는 식품산업

에 대한 소비세 부과 방식의 유기성 폐기물세가 더 우수한 것으로 나

타났다.

한편 분배적 측면에서 저소득층 중심인 축산업에 대한 생산세 부과

시 형평성 문제를 야기할 수 있었다. 따라서 영향이 보다 포괄적이고,

분배적 측면의 문제가 더 적은 식품 산업에 대한 소비세 부과가 더

현실적인 대안이라고 볼 수 있다. 따라서 결론적으로 유기성 폐기물세

를 도입한다면, 식품 소비에 대한 소비세 부과 방식이 더 바람직하다.

80년대의 대체에너지관련 연구 및 적용, 90년대에 꾸준한 연구개발,

2000년대에 들어와 기후변화협약과 연계, 이러한 바이오가스화에 대한

제9장 결론 및 정책 제언 135

분류 제기된 현안과제상정 가능한 도입 촉진을 위

해 필요로 되는 대책

사회적

인지도

․바이오매스에 대한 이해 부족

-바이오매스는 유효한 에너지 자원

-바이오매스는 친황경자재

․바이오매스 시설은 환경인프라로

인식되지 않고 있다

․순환형 경제사회의 형성에 바이오

매스가 명확히 평가되지 않고 있다.

(a)보급 계몽

․에너지․환경 교육

․국제 교류

(b)지역에너지 인프라 추진

(c)환경인프라로서의 평가

경제면․매전가격이 싸다

․설비비용이 높다

(a)신에너지 이용 의무 부여제

도입

<표 9-1> 바이오매스 도입 보급을 위한 과제와 도입촉진 방책

관심에 의하며 다수의 현장적용 경험이 있으나, 설치되어진 대부분 혐

기성소화조가 안정적인 운전이 되지 않은 점에서 우리나라에서의 바

이오가스화는 새롭게 시작하는 단계라고 말할 수 있다.

에너지, 환경적인 측면에서는 물론 식량자원의 안전 보장 등을 위해

서도 바이오가스화 플랜트의 보급을 촉진시켜 가는 것이 필요하다고

말해 왔지만, 덴마크, 독일 등의 선진국에서의 대응을 참고로 하면서

장기적인 시점에서 현실적이며 합리적인 실증시험을 통하여 데이터,

정보 축적을 해가면서 우리나라의 실태 상황에 적합한 기술과 소프트

등을 개발해 가는 동시에 플랜트설치 운전에 소요되는 비용을 저하시

키는 것이 요구된다. 여기로 바이오가스플랜트의 보급확대를 촉진해

가기 위해서 중요하다고 생각되는 과제를 도출하고자 한다.

아래 표에는 사회적, 경제적, 제도면, 사업화측면에서 바이오매스의

이용에 있어서 주요한 과제를 추출하고, 이에 대하여 도입촉진을 위하

여 강구해야 할 대책에 대해 정리했다

136

분류 제기된 현안과제상정 가능한 도입 촉진을 위

해 필요로 되는 대책

․운영비용이 높다

․혼합연료에 대한 과세 문제

․화석에너지 이용의 억제에 대한

우대 제도 필요

(b)효과적인 보조금 도입

(c)운영보조금 창설

(d)과세의 재검토

(e)우대제도의 창설

제도면

․도입보급을 저해하는 규제 존재

․바이오매스연료의 국내 규격이 존

재하지 않는다

(a)규제 완화

(b)규격화

사업화

단계

․시스템구축(원료수집→에너지전환

→에너지이용→잔사처리)의 체계

가 미정비

․자원(원료)의 구입비용이 높다

․자원(원료)의 수집이 곤란

․수송비용이 높다

․열의 매각은 곤란

․에너지의 유효이용이 불가능하다

․부산물의 매각이 곤란

․잔사의 처분비용이 높다

(a)시스템의 구축

보조금의 충실

(b)지역내 연계․지자체간의

연계 추진

2. 정책적 함의 및 향후 연구방향

유기성 폐기물의 자원화를 위해서는 보다 근본적으로는 유기성 폐

기물의 관리 정책부터 살펴보아야 한다. 유기성 폐기물 관리 정책상의

주요 문제점은 다음과 같다. 우선 농림부의 가축분뇨 자원화 처리제도

와 환경부의 폐수종말처리장을 이용한 정화처리 정책이 이원화 되어

있다는 점이다. 양 부처가 다른 방식으로 처리하고 있기 때문에 가축

제9장 결론 및 정책 제언 137

분뇨와 음식물류 폐기물이 동시에 처리되어야 하는 경우에 처리업자

및 지방자치단체는 환경부의 폐기물관리법과 농림부의 오분법을 동시

에 만족시켜야 하는 부담을 안게 된다.

둘째 농림부의 가축분뇨 처리시설 지원사업과 환경부의 유기성 폐

기물 처리시설 지원사업의 집행률이 부진하다는 것이다. 예산은 매년

증가하고 있으나 집행률 감소로 예산 이월률은 보통 70~90%에 이르

고 있는 실정이다.

세 번째로는 환경부의 축산분뇨공공처리시설과 음식물류 폐기물자

원화 처리시설의 가동률이 저조하다는 것이다. 즉 신고미만인 축산농

가의 반입량이 지속적으로 감소해왔고, 음식물류 처리시설의 경우 가

동률이 0%인 경우도 다수 있는 것으로 나타났다. 한편 농림부의 가축

분뇨 처리시설의 가동률은 높은 편이지만 유기물질의 총량을 규제하

는 양분규제가 없기 때문에 토양과 수질오염의 악화가 우려되고 있다.

이상과 같은 문제점들을 개선하기 위해서는 농업정책과 환경정책, 그

리고 에너지 정책을 연계할 필요가 있다. 우선 유기물질의 총량을 규제

하는 양분총량제를 도입하는 환경규제가 선행되어야 하고, 자원화를 우

선순위에 둔 에너지화를 추가적인 처리방안으로 삼아야 할 것이다.

특히, 바이오가스 보급을 확대하기 위한 기존의 정부 정책에서는

막대한 재원을 어떻게 확보할 것인지에 대한 논의가 없다. 조세 중립

성의 원칙을 고려할 경우, 추가적인 정부 지출이 있기 위해서는 다른

부문에 대한 지출을 줄임으로써 균형재정(balanced public finance)을

달성하는 수밖에 없다. 그러나 이렇게 되면 지출 감소를 겪는 타부문

에 대한 보상이 필요하게 될 것이다. 따라서 조세 중립성 원칙을 유지

하기 위해서는 유기성 폐기물이라는 비점오염원의 배출량을 감소시키

138

는 환경정책과 더불어, 바이오가스 생산에 대한 지원정책을 병행하기

위한 추가적인 세원 확보가 불가피하다.

본 연구에서는 축산부문에 대한 생산세 혹은 식품 산업에 대한 소

비세를 통해 조세 중립성을 유지하는 것을 전제하였다. 이를 통해 바

이오가스 보급 확대를 위한 지원정책의 재원으로 활용하도록 하자는

것이다. 또한 환경 정책적 측면에서는, 유기성 폐기물세를 부과함으로

써 해당 상품의 가격 상승으로 이들 부문에 대한 소비 감소를 유도하

여 일차적으로 유기성 폐기물 배출의 감소가 가능하다. 또한 이차적으

로 배출된 유기성 폐기물을 바이오가스로 전환함으로써 온실가스 저

감 효과를 기대할 수 있다.

본 연구를 통해 식품산업에 대한 소비세 부과가 유기성 폐기물의

바이오가스화에 필요한 재원 확보에 적절한 수단임을 밝혀내었다. 그

러나 모형에 중간재 투입요소간 대체효과, 인구 변화, 경제성장, 식생

활 변화 등에 따른 유기성 폐기물의 동태적 변화 등을 반영하지 못하

였다. 또한 보다 정확한 온실가스 저감 가능성과 저감비용 추정을 위

해서는 ‘에너지-환경-산업연관표’의 작성이 필요할 것으로 보인다. 아

울러 국내의 바이오가스 산업의 육성을 위해서는 정부 각 부처의 협

력이 필요한데, 지경부는 2020년까지 바이오가스 에너지량을 60만

TOE('06년에는 13만TOE), 2030년에는 120만TOE까지 공급을 확대한다

는 중․장기적 목표의 실현을 위해, 축산분뇨 바이오가스 플랜트의 선

정 및 운영지원 추진과 더불어 인력양성사업에 매진할 필요가 있다.

또한 환경부와 농림식품부는 매립가스 회수, 해양투기 유기성폐자원의

활용, 가축분뇨 에너지화 시설 도입 및 운영지원을 추진할 필요가

있다.

제9장 결론 및 정책 제언 139

특히 축산분뇨의 해양투기가 2012년부터, 음식물쓰레기 및 음폐수의

해양투기가 2013년부터 전면 금지됨에 따라, 해당 자원 에너지화시설

도입지역의 주민합의 및 대체 처리수단의 확보가 불가피하다. 전세계

생활쓰레기에서 얻어낼 수 있는 바이오가스는 천연가스 매장량(140조

㎥)의 25배 정도로 추정된다는 인식 하에, 혐오시설로서 각인되어 있

는 주민의 반대를 극복하기 위한 인센티브를 도입하는 한편, 시설의

효율성 제고를 위한 정책을 개발할 필요가 있다. 또한 바이오가스의

부가가치를 높이기 위한 수송연료, 도시가스 대체 활용기술 개발 및

축산분뇨 C/N balance를 위한 첨가물질 개발, 고형물 가수분해 효율

향상 기술 개발을 통한 에너지 이용 효율화 제고 등의 기술개발 분야

에도 지속적인 지원이 필요함은 물론, 매전 단가 현실화 등의 정부 보

급정책 확대 및 개선 작업도 필요하다.

140

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CADDET Renewable Energy Technical Brochure No.125

142

<부 록 1> 바이오가스 생산시설 운영비용 추정자료

Wonju Case 2010/6 2010/12 2011/12 2012/12

volume ton/year 21,960 62,050 79,205

variable costs -50 -652 -1,157 -1,531

raw materials and consumables

External charges

Staff costs

Other variable costs -50 -652 -1,157 -1,531

Process chemicals -38 -112 -297

Electrical energy -50 -254 -471 -572

LPG consumtions -5 -14 -19

Water -2 -3 -4

Laboratory and process support -50 -52 -54

Other expenses -50 -52 -54

Maintenece -253 -453 -532

Fixed costs 0 -348 -376 -389

Staff costs 0 -251 -260 -269

Labor expense 0 -251 -260 -269

Rents 0 -4 -4 -4

Lease 0 -4 -4.14 -4.28

Other fixed costs 0 -93 -112 -116

Administrative expenses 0 -93 -112 -116

<부록 표1-1> 원주의 바이오가스 생산시설 운영비 현황

부록 143

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 240 assumed

capital cost

upgrading equipment $2,300,000 study 5

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$2,300,000

operating csot (yearly)

maintenance $5,992 study 5

energy $39,452 from assumption

h2s scrubber included

personal $3,000 study 5

material $12,649

$61,094

Methane recovery 98.00% from assumption

Input methane 61.00% assumed

Availability 95% from assumption

Methane output (m3/yr) 1,193,974

Energy ouput (GJ/yr) 45,085

Loan $2,300,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $84,708

Interest $184,000

O&M $61,094

total $329,802

Production cost ($/GJ) $7.32

<부록 표1-2> According to Biomil AB

144

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 800 study 1

capital cost

upgrading equipment $1,984,000 study 1

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$1,984,000

operating csot (yearly)

maintenance included

energy included

h2s scrubber included

personal included

material $358,333 study 2, figure 30

$358,333

Methane recovery 98.50% study 3

Input methane 60.00% study 1

Availability 95% study 2

Methane output (m3/yr) 3934642

Energy ouput (GJ/yr) 148574

Loan $1,984,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $73,070

Interest $158,720

O&M $358,333

total $590,123

Production cost ($/GJ) $3.97

<부록 표1-3> Bromma plant, from study 1, PSA, built in 2001

부록 145

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 250 quote 1

capital cost

upgrading equipment $1,280,000 quote 1

H2S scrubber $154,950 from average and quote 1

installation and odour $243,756 from assumptions and quote 1

feed compressor included

injection, drying $416,000 quote 1

$2,094,706

operating csot (yearly)

human resources $7,500 from assumptions

energy(70kW) $41,636 quote 1

h2s scrubber $50,996 from average

chemicals not needed

other $47,200 quote 1

$147,332

Methane recovery 92.30% quote 1

Input methane 52.00% quote 1

Availability 97% study 2

Methane output (m3/yr) 1019579

Energy ouput (GJ/yr) 38500

Loan $2,094,706

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $77,147

Interest $167,577

O&M $147,332

total $392,056

Production cost ($/GJ) $10.18

<부록 표1-4> Carbotech, Conventional PSA, quoted in 2008

146

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 200 study 5

capital cost

upgrading equipment $1,330,000 study 5

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$1,330,000

operating csot (yearly)

maintenance $21,285 from assumptions

energy $48,443 from assumptions

h2s scrubber $44,596 from average

personal $7,500 from assumptions

$121,824

Methane recovery 99.80% from assumptions

Input methane 61.00% from assumptions

Availability 95% from assumptions

Methane output (m3/yr) 1013253

Energy ouput (GJ/yr) 38261

Loan $1,330,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $48,983

Interest $106,400

O&M $121,824

total $277,207

Production cost ($/GJ) $7.25

<부록 표1-5> kalmar biogas AB, Amine wash (COOAB) Purac AB, being built 2008

부록 147

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 1429 interview 2

capital cost

upgrading equipment $7,500,000 interview 2

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$7,500,000

operating csot (yearly)

maintenance $126,734 from assumptions

energy $311,570 interview 2

h2s scrubber not needed

personal $15,000 interview 2

$453,305

Methane recovery 98.00% from assumptions

Input methane 60.00% interview 2

Availability 95% from assumptions

Methane output (m3/yr) 6992577

Energy ouput (GJ/yr) 264043

Loan $7,500,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $276,222

Interest $600,000

O&M $453,305

total $1,329,526

Production cost ($/GJ) $5.04

<부록 표1-6> King county south WWTP, Renton, non-renegerative water scrubbing,

built 1987

148

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 200 quote 6

capital cost

upgrading equipment $1,152,000 quote 6

H2S scrubber not needed

installation and odour $207,906 from assumptions

feed compressor included

injection, drying $100,000 from assumptions

$1,459,906

operating csot (yearly)

maintenance $7,500 from assumptions

energy $23,302 quote 6

h2s scrubber not needed

chemicals not needed

other $21,285 from assumptions

$52,087

Methane recovery 98.50% study 3

Input methane 61.00% assumed

Availability 95% study 2

Methane output (m3/yr) 1,000,055

Energy ouput (GJ/yr) 37,762

Loan $1,459,906

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $53,768

Interest $116,792

O&M $52,087

total $222,647

Production cost ($/GJ) $5.90

<부록 표1-7> Metener system, Water wash without regeneration, 2006, quote

부록 149

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 240 quote 7

capital cost

upgrading equipment $485,000 quote7

H2S scrubber $148,680 from average

installation and odour $207,906 from assumptions

feed compressor $140,000 quote7

injection, drying $100,000 from assumptions

$1,081,586

operating csot (yearly)

maintenance $7,500 from assumptions

energy(142kW) $84,462 quote 7

h2s scrubber $44,596 from average

chemicals not needed

other $21,285 from assumptions

$157,843

Methane recovery 90.00% quote 7

Input methane 61.00% quote 7

Availability 97% study 2

Methane output (m3/yr) 1,119,591

Energy ouput (GJ/yr) 42,276

Loan $1,081,586

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $39,834

Interest $86,527

O&M $157,843

total $284,204

Production cost ($/GJ) $6.72

<부록 표1-8> Molecular gate, Conventional PSA, quoted in 2008

150

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 650 study 5

capital cost

upgrading equipment $2,050,000 study 5

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$2,050,000

operating csot (yearly)

maintenance $57,647 from assumptions

energy $119,574 from assumptions

h2s scrubber $120,780 from average

personal $20,313 from assumptions

$318,314

Methane recovery 98.00% quote 7

Input methane 61.00% quote 7

Availability 95% study 2

Methane output (m3/yr) 3,233,680

Energy ouput (GJ/yr) 122,105

Loan $2,050,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $75,501

Interest $164,000

O&M $318,314

total $557,814

Production cost ($/GJ) $4.57

<부록 표1-9> NSR Helsingborg, water scrubbing with regeneration, being

built 2008NSR Helsingborg

부록 151

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 240 quote 10

capital cost

upgrading equipment $341,000 quote 10

H2S scrubber $148,680 from average

installation and odour $515,350 quote 10 + assumptions

feed compressor $125,000 quote 10

injection, drying $46,000 quote 10

$1,176,030

operating csot (yearly)

maintenance $17,000 quote 10

energy $40,000 quote 10

h2s scrubber $44,596 from average

chemicals not needed

utilities $9,000 quote 10

$110,596

Methane recovery 93.00% quote 10

Input methane 60.80% quote 10

Availability 97% study 2

Methane output (m3/yr) 1,029,126

Energy ouput (GJ/yr) 38,860

Loan $1,176,030

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $43,313

Interest $94,082

O&M $110,596

total $247,991

Production cost ($/GJ) $6.38

<부록 표1-10> QuestAir, rapid cycle 1 stage psa, quoted in 2008

152

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 240 quote 10

capital cost

upgrading equipment $700,000 quote 10

H2S scrubber $148,680 from average

installation and odour $515,350 quote 10 + assumptions

feed compressor $125,000 quote 10

injection, drying $46,000 quote 10

$1,535,030

operating csot (yearly)

maintenance $22,000 quote 10

energy $60,000 quote 10

h2s scrubber $44,596 from average

chemicals not needed

utilities $12,000 quote 10

$138,596

Methane recovery 95.00% quote 10

Input methane 60.80% quote 10

Availability 97% study 2

Methane output (m3/yr) 1,177,916

Energy ouput (GJ/yr) 44,479

Loan $1,535,030

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $56,534

Interest $122,802

O&M $138,596

total $317,933

Production cost ($/GJ) $7.15

<부록 표1-11> QuestAir, rapid cycle 2 stage psa, quoted in 2008

부록 153

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 220 interview 5

capital cost

upgrading equipment $900,000 interview 1

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$900,000

operating csot (yearly)

maintenance included

energy included

h2s scrubber included

chemicals included

other $90,000 interview 1

$90,000

Methane recovery 87.00% interview 1

Input methane 65.00% interview 1

Availability 98% interview 1

Methane output (m3/yr) 1,068,035

Energy ouput (GJ/yr) 40,329

Loan $900,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $33,147

Interest $72,000

O&M $90,000

total $195,147

Production cost ($/GJ) $4.84

<부록 표1-12> Scenic view farm, rapid cycle psa, built in 2007

154

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 500 study 5

capital cost

upgrading equipment $2,000,000 study 5

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$2,000,000

operating csot (yearly)

maintenance $44,344 from assumption

energy $82,872 from assumption

h2s scrubber $92,908 from average

personel $15,625 from assumption

other -

$235,659

Methane recovery 92.30% quote 1

Input methane 61.00% from assumption

Availability 97% from assumption

Methane output (m3/yr) 2,392,089

Energy ouput (GJ/yr) 90,326

Loan $2,000,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $73,659

Interest $160,000

O&M $235,659

total $469,318

Production cost ($/GJ) $5.20

<부록 표1-13> Wrams Gunnarstop biogas plant, Carbothech PSA, built 2006

부록 155

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 200 study 1

capital cost

upgrading equipment $1,376,000 study 1

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$1,376,000

operating csot (yearly)

maintenance included

energy included

h2s scrubber included

chemicals included

other $66,667 study 2, figure 30

$66,667

Methane recovery 98.50% study 3

Input methane 66.50% study 1

Availability 95% study 2

Methane output (m3/yr) 1,090,224

Energy ouput (GJ/yr) 41,167

Loan $1,376,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $50,677

Interest $110,080

O&M $66,667

total $227,424

Production cost ($/GJ) $5.52

<부록 표1-14> Uppsala upgrading plant, Water wash with regeneration,

from study 1, built in 1997-2002

156

Parameter Amount Reference

raw biogas flow (m3/h) 250 study 5

capital cost

upgrading equipment $1,820,000 study 5

H2S scrubber included

installation and odour included

feed compressor included

injection, drying included

$1,820,000

operating csot (yearly)

maintenance $21,285 from assumptions

energy $45,990 from assumptions

h2s scrubber not needed

chemicals $7,500 from assumptions

other -

$74,775

Methane recovery 98.00% from assumptions

Input methane 61.00% from assumptions

Availability 95% from assumptions

Methane output (m3/yr) 1,243,723

Energy ouput (GJ/yr) 46,963

Loan $1,820,000

Interest Rate 8.00%

Amortization 15 years

Expenses year1

Principal $67,030

Interest $145,600

O&M $74,775

total $287,405

Production cost ($/GJ) $6.12

<부록 표1-15> Helsingborg WWTP, Water scrubber, being built 2008

부록 157

<부 록 2> 국내 바이오가스 생산시설 경제성 분석 결과l

항목 자원화

편익

사적

편익자원화 물질(퇴비, 사료, 에너지)의 판매수입

사회적

편익시설을 통해 처리함으로 얻게 되는 환경오염 저감 효과

비용

사적

비용

시설 건설비

시설 운영비

자원화 과정 중의 발생하는 환경오염물질(폐수) 처리비용

사회적

비용

시설을 통해 처리하지 못해 야기되는 환경오염 피해

(악취, 수질 토양오염) 효과

<부록 표2-1> 유기성 폐기물 자원화 비용 편익 항목

본 비용편익분석에서는 분석대상 시설의 종류와 규모, 내구연한, 할

인율에 대해 다음과 같이 가정한다. 분석대상 시설은 현재 음식물류폐

기물 처리사업 및 가축분뇨 처리사업이 이루어지고 있는 시설로 한정

한다. 비용편익분석에서 단가를 크게 유동적이게 하는 주된 요인은 시

설의 규모라 할 수 있다. 시설의 규모는 조사시설의 평균치인 20톤/일

내외의 시설로 한다. 음식물류 폐기물 처리시설 내구연한은 10년, 가

축분뇨 처리시설의 내구연한은 5년으로 한다. 내구연한은 현장 조사

및 담당 공무원의 의견을 참조하여 10년 내지 5년으로 가정하였다. 할

인율은 한국개발연구원(KDI)이 최근 제시한 할인율 6.0%를 적용하여

비용과 편익을 계산한다. 민감도분석을 통해 처리시설의 규모 및 할인

율의 변화에 따른 비용 편익 결과가 어떻게 달라지는가를 살펴 본다.

158

가. 비용편익항목

공법별 호기성퇴비화 습식사료화 건식사료화 혐기성소화 하수병합

10톤 1,615 981 953 1,562 1,424

20톤 3,072 1,778 1,728 2,961 2,519

30톤 4,293 2,672 2,596 4,197 3,778

50톤 6,505 3,754 3,086 6,179 6,930

70톤 8,009 4,560 3,108 7,509 6,132

100톤 9,090 5,088 4,430 8,279 7,118

150톤 9,332 5,095 4,943 9,301 8,570

자료 : 수도권매립지공사(2005)

<부록 표2-2> 음식물류 폐기물 처리공법별･처리용량별 시설비

(단위 : 백만원)

공법별 호기성퇴비화 습식사료화 건식사료화 혐기성소화 하수병합

10톤 294 181 258 310 168

20톤 510 350 470 477 311

30톤 696 515 665 590 444

50톤 918 821 969 545 662

70톤 1,143 1,128 1,275 682 881

100톤 1,402 1,576 1,687 908 1,183

150톤 1,857 2,327 2,389 1,280 1,695

자료 : 수도권매립지공사(2005)

<부록 표2-3> 음식물류 폐기물 처리공법별･처리용량별 연간 운영비

(단위 :백만원/년)

부록 159

처리시설규모

(두)

시설비(원) 운영비(원)

시설 기계 운반 계감가

상각노력

수분

조절

경상

비용계

퇴비화신고 534 16,000 16,000 6,000 38,000 3,447 6,935 3,298 3,978 17,688

허가 2,895 21,000 18,000 3,000 42,000 3,840 4,062 4,033 1,281 13,215

퇴비+

액비화

신고 426 37,000 6,000 6,000 49,000 3,398 9,121 12,776 1,068 26,363

허가 2,482 21,000 14,000 2,000 37,000 3,142 2,629 9,894 2,660 18,325

퇴비+

정화허가 2,260 24,000 14,000 2,000 40,000 3,148 2,267 3,819 2,736 11,970

액비화 허가 1,733 19,000 3,000 2,000 24,000 1,562 1,526 231 2,960 6,281

액비+

건조

신고 465 8,000 3,000 10,000 21,000 2,205 3,708 0 2,217 8,131

허가 1,175 21,000 15,000 6,000 42,000 3,895 1,729 7,428 5,080 26,263

평균 2,007 22,000 14,000 4,000 39,000 3,325 3,911 5,976 2,331 15,542

표준편차 2,690 24,000 13,800 3,800 33,000 2,600 4,921 8,723 2,400 10,329

주 : 시설비 산정기준에 있어서 구축물의 내용년수는 20년을 적용하였으며 그 외에 기계,

기구류는 내구년수 5년을 적용하여 감가상각을 하였고, 단 이의 이자는 계산치 아니

하였다.(감가상각비 =(구입가-잔존가액(구입가의 5%))/내구년수)

자료 : 한국농촌경제연구원(2000)

<부록 표2-4> 돼지분뇨의 처리방법별 두당 처리 시설비 및 운영비

시설 기계 운반 계

퇴비화 1,162 374 99 1,635

퇴비+액비화 1,822 220 88 2,219

퇴비+정화 1,508 308 44 1,859

액비화 1,508 308 44 1,859

액비+건조 911 198 176 1,285

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-5> 가축분뇨(돼지분뇨) 처리공법별 시설비(20톤 : 2004년 기준)

(단위 : 백만원)

160

노력 수분조절 경상비용 계

퇴비화 17 12 8 37

퇴비+액비화 18 36 6 60

퇴비+정화 7 12 9 28

액비화 5 1 9 15

액비+건조 9 12 11 44

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-6> 가축분뇨(돼지분뇨) 처리공업별 톤당 연간 운영비(20톤 기준)

(단위 : 백만원/년)

1) 음식물류 폐기물 편익항목

퇴비 및 사료 등 자원화산물의 판매가액은 실제 판매가격과 자가이용

분을 시장가치로 평가하여 포함한 수치이다. 민감도분석에서는 실제 가

동률(수도권매립지관리공사, 2005), 퇴비 및 사료 등의 활용 여부로 유상

인 경우는 실제 활용한 것으로, 무상인 경우는 처리분의 50%만 활용한

것으로 한다.

자원화 톤당

판매수입(원/톤)

자원화 판매수입

(천원 : 20톤 기준)

외부적

비용/편익

호기성 퇴비화 11,842 71,052 +

습식 사료화 59,693 358,158 +

건식 사료화 59,693 358,158 +

혐기성 소화 9,247 55,484 +

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-7> 음식물류 폐기물 자원화 편익수입

부록 161

퇴비를 생산하는 호기성 퇴비화 방식의 경우 음식물 쓰레기를 활용하

여 퇴비를 생산하게 되며, 이를 전량 판매한다는 가정 하에 잠재적 수입

을 산정하였다. 퇴비의 가격은 제조자와 질에 따라 차등이 심하지만

20kg 기준 유기성 퇴비가 2,000~2,600원이고(정재춘 외, 2003), 톤당 가격

으로 환산하면 100,000~130,000원이어서, 본 연구에서는 115,000원/톤을

일종의 평균가격으로 보고 차용하였다. 그러나 음식물 쓰레기 1톤이 원

료로 투입되어 각종 부재료가 혼합된 후 제품으로 나오는 양은 약

240kg(24%)이며, 음식물 쓰레기를 원료로 생산된 퇴비의 품질을 현재 시

판되는 유기질 비료의 질과 동등한 것으로 보기 어려운 관계로, 질적 저

하 비율 30%을 적용(김광임 외, 1997)하게 되면 결국 톤단 잠재적 퇴비

수입은 11,842원/톤22)이 된다. 한편 음식물 쓰레기를 투입해 생산되는

사료가 축산농가에서 구입하는 사료를 대체하여 사용된다고 가정할 경

우에도 퇴비 가격 산정과 마찬가지로 실체 축산농가의 사료가격(150,000

원/톤~220,000원/톤)에 음식물 쓰레기 1톤에서 사료로 전환되는 비율

(50%, 정재춘외, 2003)과 가치 저하율(30%)을 적용하여 톤당 잠재적 사

료수입액을 59,693원/톤으로 산정하였다. 이를 습식이든 건식이든 생산

된 사료는 동질적이라 가정하여 두 방식 모두에 동일하게 적용하였다.

혐기성 소화 방식에서 발생하는 재생 자원을 소화 과정에서 발생하는

가스로 보고, 가스 판매 수입을 산정하였다. 이때 혐기성 소화에 의해

발생하는 가스를 현재 시판되는 사례가 없는 관계로 가장 유사한 연료

라 할 수 있는 부탄가스로 환산하였다. 우선 부탄가스로 환산한 혐기성

소화 바이오가스량(kg/일/톤)은 음식물 쓰레기 1톤당 1일 바이오가스

발생 열량(2,580,000Kcal/일/톤)을 단위 무게당 부탄가스 열량(11,800Kcal/kg)

22) 2004년 불변으로 물가수준을 보정하여 준 가격임

162

으로 나누어 산정하였다. 이와 같이 산정된 바이오가스량에 부탄가스

단가(420원/kg)을 적용하여 음식물 쓰레기 1톤에서 1일 동안 발생하는

바이오가스의 판매수입을 산정하였다. 한편 이와 같이 산정된 판매 수입

은 발생하는 모든 가스를 100% 회수, 판매를 상정한 것이지만 100%

회수가 현실적으로 어렵다는 점을 감안하여 70%만을 회수, 판매할 것으

로 적용할 때, 음식물 쓰레기 1톤당 9,247원23)의 가스 판매수입이 발생

할 수 있을 것으로 보았다. 이와 같이 산정된 각 공법별 톤당 편익을

공법별 톤당 편익×20톤×300일을 적용 각 공법별 자원판매수입을 산정하

였다.

2) 가축분뇨 편익항목

퇴비의 판매가액은 실제 판매가격과 자가 이용분을 시장가치로 평가

하여 포함한 수치이다. 퇴비의 판매수입은 양돈 분뇨 처리 1톤당 퇴비

판매단가×20톤×300일로 한다. 양돈 분뇨 처리 1톤당 퇴비 판매단가(원/

톤)는 양돈 두당 퇴비수입(원/두)/두당 분뇨 배출량(톤/두)으로 산정한다.

이를 통해 산정된 가축분뇨 퇴비편익은 톤당 2만7천원으로 나타났다.

3) 음식물류 폐기물과 가축분뇨 혼합 처리 : 메탄가스

음식물류 폐기물과 가축분뇨 혼합 처리 시설에 대한 경제성 분석은

파주시 축분혼합 공공처리시설을 대상으로 실시하였다. 우선 시설비는

처리시설 설치에 소요된 총사업비용으로서 104억 3천7백만원으로 산정

하였다(파주시, “음식물 처리시설 및 축분혼합시설 현황자료” 참조). 운

23) 2004년 불변으로 물가수준을 보정하여 준 가격임

부록 163

영비의 경우 2004년 기준 해당시설 용역원가계산 자료를 활용했으며, 이

에는 노무비, 보험료, 복리후생비 등과 약품비, 차량비, 용수비, 농축수처

리비, 슬러지처리비 등 경비, 일반관리비 등이 포함되었으며, 이윤과 감

가상각비, 부가가치세는 제외하여 1,410백만원으로 산정되었다. 반면 음

식물류 폐기물과 가축분뇨 혼합 처리에서 생산되는 자원화 산물은 처리

과정에서 발생하는 메탄가스로 보고, 이를 활용하여 발전 후 처리시설의

전력 공급 방안과 난방용 열원으로 공급활용하는 방안을 상정하였다. 우

선 전력 공급의 경우 2005년 현재 250kW/h 발전기가 해당 시설에 가동

중이며, 이를 활용하여 시간당 총 전력 사용량의 60~70% 정도를 대체하

여 전력비를 절감하고 있다. 본 연구에서는 이러한 전력비 절감액을 메

탄가스를 활용한 전력 생산의 판매수입 편익으로 산정하였다. 산정방법

은 시간당 발전기 발전량(250kW/h)×발전기가동시간(24시간)×300일×전

기단가(63.4원/kw)로서 114,120천원으로 산정되었다. 또한 메탄가스를

난방열원으로 활용할 경우에는 이를 부탄가스로 환산하여 판매수입을

산정하였는데, 연 열 발생량(20,140Mcal)에 부탄가스 열량(11,800Kcal/kg),

부탄가스 판매 단가(600원/kg), 열회수율(70%)을 적용 7,168천원의 자원

화 편익을 발생하는 것으로 나타났다.

164

나. 경제성 분석 결과

항목비용현재가치

(백만원)

편익현재가치

(백만원)

B/C

비율

NPV

(백만원)

호기성 퇴비화 6438 493 0.077 -5,945

습식사료화 6,109 2,467 0.605 -1,622

건식사료화 4,895 2,487 0.508 2,409

혐기성소화(메탄가스화) 6,107 385 0.063 5,721

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-8> 음식물류 폐기물 처리시설별 경제성 분석결과

B/C 10톤 20톤 30톤 50톤 70톤 100톤 150톤

호기성퇴비화 0.0692 0.0766 0.0833 0.0986 0.1115 0.1347 0.1705

습식사료화 0.5695 0.6052 0.6120 0.6726 0.7173 0.7898 0.8897

건식사료화 0.4622 0.5080 0.5277 0.6449 0.7387 0.7823 0.8777

혐기성소화 0.0531 0.0631 0.0717 0.1002 0.1141 0.1365 0.1636

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-9> 음식물류 폐기물 처리공법별 규모를 고려한 경제성 분석 결과

B/C 4% 5% 6% 7% 8%

호기성퇴비화 0.0800 0.0783 0.0766 0.0750 0.0734

습식사료화 0.6289 0.6170 0.6052 0.5936 0.5822

건식사료화 0.5242 0.5160 0.5080 0.5000 0.4921

혐기성소화 0.0659 0.0645 0.0631 0.0617 0.0604

하수병합 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-10> 음식물류 폐기물 처리공법별 민감도 분석 결과(할인율 변동)

부록 165

항목비용현재가치

(백만원)편익현재가치

(백만원)B/C 비율

NPV(백만원)

퇴비화 1,689 47 0.028 -1,642

퇴비화 + 액비화 2,247 20 0.009 -2,227

퇴비화 + 정화 1,864 62 0.033 -1,801

액비화 1,288 1 0.007 -1,288

액비화 + 건조 1,388 50 0.037 -1,338

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-11> 가축분뇨 처리시설별 경제성 분석결과

B/C 4% 5% 6% 7% 8%

퇴비화 0.0296 0.0289 0.0282 0.0275 0.0268

퇴비화 + 액비화 0.0092 0.0090 0.0088 0.0086 0.0084

퇴비화 + 정화 0.0351 0.0342 0.0334 0.0325 0.0317

액비화 0.0007 0.0007 0.0007 0.0007 0.0006

액비화 + 건조 0.0383 0.0374 0.0365 0.0357 0.0349

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-12> 가축분뇨 처리공법별 민감도 분석 결과(할인율 변동)

항목비용현재가치

(백만원)

편익현재가치

(백만원)

B/C

비율

NPV

(백만원)

혐비성소화 + 퇴비화 15,449 935 0.0606 -14,514

자료 : 국회예산정책처(2006)

<부록 표2-13> 메탄가스 처리시설 경제성 분석결과

분석결과유기성 폐기물 자원화 사업은 어떤 시설도 경제성이 없는 것

으로 나타났다. 현행 유기성 폐기물 처리사업의 우선순위는 다음과 같

다. 음식물류 폐기물 처리시설은 사료화 시설이 퇴비화나 혐기성소화시

설보다 경제성이 있고, 가축분뇨 처리시설은 액비화시설이 퇴비화시설보

다 경제성이 있다고 결론지을 수 있다.

166

구분 단위 A 시설 B 시설 C 시설 D 시설 E 시설

투입

폐기물음식물

음식물,

하수슬러지

음식물,

하수슬러지

음식물,

하수슬러지

음식물 30%,

축분 70%

시설용량 톤/일 150 40 120 20 5

내구연한 년 15 15 15 20 15

시설비

단가

백만원

/톤78.00 87.00 66.53 79.07 177.51

가동일수 일/년 288 312 280 365 365

가스소내소

비율% 100 5 44 47 18

가스

판매단가원/㎥ - 28 - - -

쓰레기

처리량톤/년 42,521 15,920 29,187 6,247 1,825

폐기물처리

서비스수수

료

원/톤 45,000 24,650 14,000 52,920

주 : E 시설은 파일럿플랜트

자료 : 환경부(2008), “폐기물에너지화 사업의 경제성 분석 연구”

<부록 표2-14> 바이오가스 이용시설 기초자료

외부로 가스를 판매하고 있는 B시설의 외부 가스공급 판매단가는 28

원/㎥으로서 ‘07년 지역난방공사의 가스매입평균단가인 120원/㎥의 1/4

수준이며 A시설은 생산된 바이오가스를 전량 자체소비하고 있으나 C,

D, E 시설의 경우 소비 후 남는 바이오가스를 연소처리하고 있다.

부록 167

세부기술항목선진국 대비

국내수준

유기성폐기물 전처리 기술 65%

바이오가스 생산 공정 모니터링 및 운전 최적화 기술 60%

메탄/수소생산 공정기술 70%

슬러지 전처리 및 연료화 기술 60%

자료 : 서울시립대학교(2007), “폐자원 에너지화 및 non-CO2 온실가스 사업단 사전기획

서”

<부록 표2-15> 유기성폐기물 바이오가스화 기술 수준

구분 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

유기성

폐기물

에너지화

계 68 103 2,497 3,627 4,477 4,812 5,089 5,681

타운 0 0 2,261 3,028 3,621 3,831 3,898 4,280

개별 68 103 235 598 856 982 1,191 1,401

매립가스

회수

정제발전

계 71 222 353 481 566 566 566 566

타운 43 137 137 137 137 137 137 137

개별 28 85 217 345 429 429 429 429

주1 : 기대효과는 완공 다음해, 즉 운영시점부터 발생 전제. 예를 들어 ‘13년 완공되는 시

설에 의한 효과는 시설 운영 시점인 ’14년부터 발생

주2 : ‘09~’13년 사업 착공 시설 일부는 ‘14~’16년 기간 중 완공

자료 : 환경부(2008), “폐기물 에너지화 종합대책 실행계획 마련 연구”

<부록 표2-16> 연차별 경제효과

(단위 : 억원/년)

168

구분 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016

유기성

폐기물

에너지화

계 983 4,475 3,863 2,339 1,226 837 570 380

타운 641 3,893 3,106 1,645 719 440 290 250

개별 342 582 757 694 507 397 280 130

매립가스

회수

정제발전

계 136 129 151 144 149 0 0 0

타운 92 42 0 0 0 0 0 0

개별 44 87 151 144 149 0 0 0

주1 : ‘09~’13년 사업 착공 시설 일부는 ‘14~’16년 기간 중 완공

자료 : 환경부(2008), “폐기물 에너지화 종합대책 실행계획 마련 연구”

<부록 표2-17> 연차별 건설부문 일자리 창출효과

(단위 : 개/년)

구분 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

유기성

폐기물

에너지화

계 69 104 1,314 2,446 3,300 3,636 3,880 4,277

타운 0 0 1,118 1,886 2,481 2,691 2,725 2,992

개별 69 104 196 560 819 945 1,155 1,285

매립가스

회수

정제발전

계 32 85 144 219 250 250 250 250

타운 19 44 44 44 44 44 44 44

개별 13 41 100 175 206 206 206 206

자료 : 환경부(2008), “폐기물 에너지화 종합대책 실행계획 마련 연구”

<부록 표2-18> 연차별 운영부문 일자리 창출효과

(단위 : 개/년)

부록 169

구분 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

총계

에너지화 물량(톤/년) 32,340 48,840 939,240 1,473,840 1,876,440 2,034,840 2,160,240 2,411,040

폐기물 처리비 절감

(억원/년)57 86 1,959 2,904 3,615 3,895 4,128 4,633

원유대체

만배럴/년 1 1 45 55 62 64 66 71

TOE/년 0 0 6 7 8 9 9 10

억원/년 6 9 460 553 624 652 674 718

온실가스

감축

소계 2 3 24 51 72 81 87 100

(CO2)

만TCO2/년0 0 19 23 25 27 27 29

(CH4)

만TCO2/년1 2 5 29 47 54 60 71

바 이

오 가

스화

에너지화 물량

(톤/년)32,340 48,840 108,240 642,840 1,045,440 1,203,840 1,329,240 1,580,040

폐기물 처리비 절감

(억원/년)57 86 197 1,141 1,852 2,132 2,365 2,871

원유대체

만배럴/년 1 1 2 11 18 21 23 27

TOE/년 0 0 0 2 2 3 3 4

억원/년 6 9 19 113 184 211 233 277

온실가스

감축

소계 2 3 6 34 55 63 69 82

(CO2)

만TCO2/년0 0 1 5 7 9 10 11

(CH4)

만TCO2/년1 2 5 29 47 54 60 71

하 수

슬 러

지 고

형 연

료화

에너지화 물량

(톤/년)0 0 831,000 831,000 831,000 831,000 831,000 831,000

폐기물 처리비 절감

(억원/년)0 0 1,763 1,763 1,763 1,763 1,763 1,763

원유대체

만배럴/년 0 0 43 43 43 43 43 43

TOE/년 0 0 6 6 6 6 6 6

억원/년 0 0 441 441 441 441 441 441

온실가스

감축만TCO2/년 0 0 18 18 18 18 18 18

자료 : 환경부(2008), “폐기물 에너지화 종합대책 실행계획 마련 연구”

<부록 표2-19> 유기성폐기물 에너지화 기대효과

170

구분 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

에너지화물량

(㎥/년)11,880,000 35,640,000 57,499,200 78,883,200 92,188,800 92,188,800 92,188,800 92,188,800

원유

대체

만배럴

/년4 12 18 25 29 29 29 29

만TOE

/년0 2 3 3 4 4 4 4

억원

/년37 118 187 253 298 298 298 298

온실

가스

감축

소계 10 32 51 69 81 81 81 81

(CO2)

만TCO2

/년

2 5 8 10 12 12 12 12

(CH4)

만TCO2

/년

9 27 43 59 69 69 69 69

<부록 표2-20> 매립가스 회수, 정제･발전 기대효과

부록 171

구분 단위 A시설 B시설

시설규모 MW 2.0 0.06

투입폐기물 음식물 100% 축분 100%

시설용량 톤/일 200 20

내구연한 년 20 15

시설비단가 백만원/톤 76.68 70.80

소내소비율 % 50 20.35

가동율 % 53 100

가동일수 일/년 310 365

설비이용률 톤/년 26.06 62.50

쓰레기처리량 톤/년 38,641 7,300

폐기물처리서비스수수료 원/톤 55,940 0

연간운영비 백만원 4,255 29

전기/가스 판매수익 백만원 199 26

폐기물처리수익 백만원 2,591 0

총운영비 백만원 1,871 3

순운영비 백만원 3,551 131

톤당 비용 원/톤 91,906 25,006

자료 : 환경부(2008), “폐기물에너지화 사업의 경제성 분석 연구”

<부록 표2-21> 바이오가스화를 통한 전력생산･판매 시설의 경제성 분석결과

환경부(2008)의 연구에 따르면 매립가스 발전시설의 경우 전력가격(발

전차액지원 포함)의 수준, 연료 공급시설의 경우 수요처의 존재 및 거리

여부 등에 따라 경제성이 민감하게 영향을 받는 구조이며, 최근 매립가

스의 발생량 감소 등의 영향으로 경제성이 다소 약화되는 경향을 보이

고 있다.

172

구분LFG 발전시설 연료공급시설

A B C D E F G H

시설비단가백만원

/㎥203 152 94 224 174 217 153 177

연간운영비 백만원 1,090 507 264 483 590 384 497 2,162

순운영비 백만원 -1,159 -228 93 -276 117 -45 164 -2,096

자료 : 환경부(2008), “폐기물에너지화 사업의 경제성 분석 연구”

<부록 표2-22> 매립가스 회수･이용시설의 경제성 분석 결과

기술구분 국내기술수준

발전 이용 95%

직접연료 이용 95%

자동차 연료화 80%

자료 : 한림대학교(2008), “non-CO2 온실가스 저감기술 개발 타당성 및 사업화 방안 연구”

<부록 표2-23> 매립가스 활용기술의 국내 기술 수준

부록 173

항 목순배출량

(천tCO2eq.)

온실가스 배출 및 흡수 총량 583,670

에너지부문 소계 525,430

연료

연소

(부문별)

소계 518,743

에너지산업 190,557

제조업 및 건설업 159,926

수송 100,807

광업, 농림어업, 가정·상업, 공공·기타 67,454

기타 0

탈루성

배출

소계 6,687

석탄생산 810

석유 및 천연가스 시스템 5,877

산업공정

소계 60,886

광물산업 29,333

화학산업 2,047

금속산업 194

기타산업 0

HFCs, PFCs, SF6 생산 0

HFCs, PFCs, SF6 소비 29,312

기타 0

<부 록 3> 부문별 온실가스 배출량 자료

174

항 목순배출량

(천tCO2eq.)

솔벤트 및 기타제품 소비 NE

농업 축산

소계 18,398

장내발효 3,647

분뇨분해 2,728

벼논경작 6,252

농업용 토양 5,638

Prescribed Burning of Savannas 0

Field Burning of Agricultural Residues 134

기타 0

토지이용

변경 및

임업

(흡수원)

소계 -36,329

산림 및 기타 목질계 바이오매스 저장량 변화 -40,984

산림 및 초지 전용 370

경영토지의 방치 0

토양의 CO2 배출및흡수 4,286

기타 0

폐기물

소계 15,285

고형폐기물 매립 4,530

생활하수 처리 1,241

산업폐수 처리 67

폐기물 소각 8,998

기타 449

권 혁 수

現 에너지경제연구원 선임연구위원

<주요저서 및 논문>

『연료가격 불확실성하의 발전용 유연탄 조달 기법 개발 연구』,에너지

경제연구원, 2007

『석탄산업 지원정책 로드맵 기획 연구』,지식경제부, 2008.

『경상남도 신재생에너지 이용보급계획 연구』,경상남도, 2009.

『강원도 목질계 바이오매스 실용화 전략 연구』, 강원도, 2009.

『경북혁신도시 산학연 클러스터발전방안(에너지산업부문) 연구용역』,

경상북도, 2009.

『경상남도 그린에너지산업 마스터플랜 수립연구』, 경상남도, 2010.

기본연구보고서 2010-30

바이오에너지 산업 육성을 통한 FTA 대응전략 연구:

유기성 폐자원의 에너지화에 따른 기후변화 대응 잠재력 연구

2010년 12월 29일 인쇄

2010년 12월 31일 발행

저 자 권 혁 수ㆍ조 상 민

발행인 김 진 우

발행처 에너지경제연구원- 경기도 의왕시 내손순환로 132

전화: (031)420-2114(代) 팩시밀리 : (031)422-4958

등 록 1992년 12월 7일 제7호

인 쇄 상문상사

ⓒ 에너지경제연구원 2010 ISBN 978-89-5504-297-9 93320

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