바이오에너지 생산기술 동향_71

바이오에너지 생산 기술 동향

한양대학교 | 상병인 교수

Ⅰ. 개 요 ··········································································· 73

1. 바이오에너지의 개요 ················································ 73

Ⅱ. 동향 분석 ··································································· 73

1. 국내 동향 ··································································· 73

2. 해외 동향 ··································································· 76

Ⅲ. 향후 전망 ··································································· 78

<참고문헌> ········································································· 79

바이오에너지 생산기술 동향_73

바이오에너지 생산 기술 동향

한양대학교 | 상병인 교수

Green Technology Trend Report

Ⅰ. 개 요

1. 바이오에너지의 개요

가. 바이오에너지

바이오에너지는 곡식, 과일, 나무, 가축의 배설물 등의 생물 유기체를 가스나 알코올 등으로

변환하여 얻는 에너지이며, 바이오에너지 생산 과정은 원료 생산 공정과 액상, 기체 및 고형

바이오연료를 생산하기 위한 에너지 변환 시스템으로 구성된다.

바이오에너지 생산을 위한 주요 핵심요소 기술은 차세 바이오매스 원료(해양 조류) 양산

기술 및 비식용 원료 기반의 차세 바이오에너지 생산 공정 기술을 들 수 있으며, 주요 핵심

기술의 국산화 및 바이오연료 생산 플랜트 패키지화 기술을 확보하는 것이 중요하다.

나. 바이오연료

재생 가능한 다양한 바이오매스로부터 수송용 체연료를 생산하는데 적용되는 기술은 다양

하다. 화학 촉매를 적용하여 동식물성 기름을 경유 체연료로 전환하는 기술, 미생물 발효에

의해 당 성분을 포함하는 바이오매스를 가솔린 체연료로 전환하는 기술, 목질계/섬유소계/

조류 바이오매스를 가솔린 또는 경유나 항공유 체연료로 전환하는 생물학적 또는 열화학적

공정 기술, 유기성 폐기물을 천연가스 수송연료로 전환하는 기술 등이 포함된다.

Ⅱ. 동향 분석

1. 국내 동향

국내 바이오에너지 전체 시장 규모는 2007년 이후 점차 증가하고 있으며, 특히 수송용 바이오

연료인 바이오디젤과 소규모 난방과 발전을 위한 고형 바이오연료 시장이 빠르게 성장하고

있다.

74_녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

자료 : 신재생에너지센터, “바이오에너지 현황”, 2012

<그림 1> 국내 바이오에너지원별 시장 현황

국내 바이오연료 시장은 바이오디젤 중심으로 형성되었다. 2007년부터 바이오디젤이 전국적

으로 보급되기 시작하였으며, 2011년 기준 국내 바이오디젤의 보급량은 40만 kL로, 국내에는

15곳의 바이오디젤 업체가 있다.1) 바이오디젤의 유통은 정유사를 통해 소비자에게 공급되는

BD5(바이오디젤 5% 이하 혼합경유)와 자가 주유 시설을 갖춘 운수사업자에게 판매되는 BD20

(바이오디젤 20% 혼합 경유)으로 이원화되어 있다. 현재 바이오디젤은 정유사를 통해 BD2(2%

바이오디젤 혼합경유)로 보급되고 있으며, 2010년 39만kL의 바이오디젤이 시장에 공급되었다.2)

바이오디젤 제조업체는 수입 두유 및 팜유를 바이오디젤 원료로 사용하고 있으며, 생산 비용을

낮추기 위해 국내에서 발생한 일부 폐식용유를 바이오디젤 생산원료로 활용하고 있다. 국내에서

발생한 폐유지에 의한 바이오디젤 생산량은 50만 8천톤 정도로 예상된다.3) 정부는 바이오디젤을

포함한 재생연료 의무혼합제도(Renewable Fuel Standards, RFS)의 입법화를 추진 중이며,

2014년부터 재생연료 의무혼합제도가 시행되면 수송용 바이오연료의 사용량은 지속적으로 증가

할 것으로 예상된다. 또한, 바이오디젤 시장은 식용유를 원료로 활용하고 있지만, 폐유지를 활용

한 바이오디젤이나 수소를 첨가하여 물성을 개선한 바이오디젤 생산이 증가할 것으로 예상된다.

향후 셀룰로오스계(Cellurose) 바이오매스 또는 해양 바이오매스 원료를 사용하는 바이오디젤

시장이 확 될 전망이다.

국내 바이오가스 시장은 유기성 폐기물의 감량 처리 필요성과 맞물려 급격하게 성장하고 있다.

국내의 유기성폐자원 중 바이오가스는 연간 31만 toe에서 최 98만 toe에 달하는 잠재적

에너지 공급 가능성을 보유한 에너지원으로 평가되고 있다. 소규모로 또는 외진 지역에서 독립

적인 에너지원으로 활용되는 현재의 기술 단계에서 다양한 유기성 폐자원이 통합적으로 혐기

소화(Anaerobic digestion)되거나 규모 공정을 통하여 바이오가스가 생산된다면 국내 바이오

가스 시장은 더욱 확 될 것으로 전망된다.4) 또한, 폐기물 매립지에서 발생하는 매립가스를

활용하는 바이오가스화 공정은 현재 수도권 매립지와 같은 규모 매립지에 한해 단순히 전기를

생산하는 에너지원으로 활용되는 기술 수준이지만, 국내에 산재된 중간 규모의 매립지를 상으로

바이오에너지 생산기술 동향_75

매립가스 증산기술인 바이오리엑터 기술과 바이오 가스 액화 기술이 적용될 경우, 관련 시장은

더욱 확 될 것으로 전망된다.1)

신재생에너지 공급의무화제도(Renewable Portfolio Standard, RPS)가 2011년부터 시행됨에

따라 발전 부문에서 고형 바이오연료 수요가 빠르게 증가하고 있으며, 고형 바이오연료 시장의

성장세는 지속될 것으로 전망된다. 국내 고형 바이오연료 시장은 우드 칩, 펠릿 및 폐목재 등으로

형성되어 있으며, 공공과 민간 부문을 합쳐 총 21개소의 우드 펠릿 제조 설비가 국내에서 가동

중이다. 2011년 국내산 우드 칩 및 펠릿 생산 및 사용량은 16만 톤과 5.1만 톤으로 시장에서

전량 소비된 것으로 조사되었다.1) 2011년 신재생에너지 공급의무화제도가 시행됨에 따라 발전소

들이 우드 펠릿을 연료로 사용하는 방안을 적극 추진 중이므로 고형 바이오연료 시장은 발전소

및 지역난방공사 등 규모 수요처 위주로 폭 증가할 것으로 예상된다.

<표 1> 국내 바이오에너지 관련 업체 현황

업체명 사업영역 및 주요내용

SK 케미칼 ·바이오디젤 생산 및 판매 중

GS ·바이오디젤 생산 공정 준공 및 운전 중 (연 10만 톤)·중국에 30MW급 바이오매스 발전소 및 우드 펠릿 사업 진행 중

대상 ·인도네시아에서 바이오디젤 생산 원료인 팜 플랜테이션 사업 진행 중

엠에너지 ·국내 최초 바이오디젤 상용 공정 운전 및 현재 사업 중

창해에탄올·바이오에탄올 업체·창해베트남을 설립하여 베트남에 에탄올 공장 설립 추진 중 (연 6만KL급)

무학·바이오에탄올 업체·캄보디아에서 바이오에탄올 생산 원료인 카사바 농장 사업 진행 중

동부한농·단위면적당 생산성이 높은 에너지 작물 종 개발 ·해외 시범 경작 연구사업 경험

한라산업개발 ·유기성 폐기물(음식 쓰레기)의 처리 및 바이오가스 생산 설비 공급

한솔이엠이·바이오가스 정제 및 액화(LBM)설비 실증화 사업 진행 중·음식물류폐기물의 바이오가스화 설비 구축

한국종합기술 ·매립가스 증산을 위한 Biorector 형 매립기술 설계 및 현장 적용기술

서희건설 ·바이오가스화 설비 구축 및 운영

엑사이엔씨 ·음식물류페기물의 바이오가스화 설비 운영

에코에너지 ·매립가스 및 소화가스 설비 운영

바이오에너지개발 ·바이오가스화 설비 구축

리클린 ·바이오가스화 설비 운영

대우건설 ·축산 분뇨의 처리 및 바이오가스 생산 설비 판매

리텍솔루션 ·LFG 포집 및 에너지화 사업

거신양행 ·매립지 진단 및 LFG 포집, 에너지화 사업

건조기술 ·우드 펠릿 제조업체

자료: 지식경제부, “산업기술로드맵 2013”, 2013

76_녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

2. 해외 동향

바이오에너지는 2010년 전 세계 재생에너지 공급량의 72%를 차지하고 있으며, 2035년에는

전체 공급량의 약 52%로 증가하여 재생에너지 중 가장 핵심적인 역할을 할 것으로 전망된다.

자료 : IEA, “World Energy Outlook”, 2012

<그림 2> 세계 바이오에너지 시장 규모 전망

향후 바이오에너지 시장은 수송용 바이오연료 중심으로 성장할 것으로 예상된다. 수송용 바이오

연료 시장은 2010년 약 6천만 toe(석유환산톤)에서 2020년 1.5억 toe, 2035년 4억 toe로 증가

할 것으로 예상된다.1) 2011년 세계 도로 수송 연료의 3.7%를 바이오연료가 차지하고 있으며,

국가별 바이오연료 점유율은 브라질(28.6%), 프랑스(6.9%), 독일(6.0%), 미국(5.6%)이 상 적으로

높은 것으로 나타났다.

수송용 바이오연료(바이오에탄올, 바이오디젤)는 국제사회에서 지구 온난화 문제의 응수단

으로 바이오연료의 중요성을 인식한 2000년 중반 이후부터 보급이 활성화되기 시작하였다. 전

세계적으로 지구 온난화 응이 중요 이슈로 등장함에 따라 2010년 국제에너지기구

(International Energy Agency, IEA)는 2050년까지 온난화 문제를 해결한다는 Blue map

시나리오를 발표하였다. Blue map 시나리오에 따르면 수송 부문에서 저감해야 할 이산화탄소량이

전체 이산화탄소 저감 요구량의 약 37%로 가장 클 것으로 나타났다.1) 중장기적으로 수송 부문

에서 바이오연료는 이산화탄소 저감 수단으로 매우 중요한 역할을 수행하여 2050년 기준 총 수송

연료의 약 27%를 바이오연료가 차지할 것으로 분석되었다.

유럽연합(EU)은 바이오매스 열병합발전, 혐기성 소화 및 매립가스(Land Fill Gas, LFG)를

이용한 소규모발전을 장려하고 있으며, 유기성 폐자원의 혐기소화에 의해 발생된 바이오가스를

연료로 활용하는 전력생산 시장을 육성하기 위해 다양한 지원 정책을 시행하고 있다.1) 독일, 그리스,

룩셈부르크, 포르투갈, 스페인은 발전차액지원제도(Feed-in-tariff, FIT)를 실시하고 있으며,

프랑스와 아일랜드는 입찰 제도를 실시하고 있다. 벨기에, 이탈리아, 네덜란드, 스웨덴, 영국은

신재생에너지 공급의무화제도를 실시하고 있으며, 오스트리아는 2003년 신재생에너지 공급

의무화제도에서 발전차액지원제도로 전환하였다. 탄소세 등의 환경세를 부과하고 있는 국가는

환경세 면제 또는 환급을 보조지원책으로 실시하고 있다.1)

바이오에너지 생산기술 동향_77

미국은 온실가스 저감효과와 환경개선 효과를 동시에 확보하기 위해 축산분뇨 액체 및 슬러지

로부터 바이오 메탄가스 회수기술을 보급할 계획이며, 이를 위해 미국 환경청, 농무성, 에너지성이

공조하여 ‘The AgSTAR Program’을 마련하고 관련 기술 보급을 장려하고 있다. 2013년 혐기성

소화조의 수는 미국 내 각 주의 적극적인 장려, 비용분담 및 신뢰성 있는 소화조 시스템 보급으로

인해 2000년 비 두 배 이상으로 증가하였다. 매립가스 자원화 사업의 경우 미국 전역에 산재한

약 2,200여개의 매립지를 상으로 주정부 단위의 사업을 중앙정부에서 적극 지원하는 LMOP

(Landfill Methane Outreach Program) 프로그램의 LFGTE(Landfill Gas-to-Energy)을 운영

하고 있다. 매립가스 재활용을 포함하는 바이오가스 시장은 2000년 15억 달러에서 2010년 60억

달러, 2015년 80억 달러로 지속적으로 성장할 것으로 예측된다.1)

고형 바이오연료 시장의 경우, 유럽연합을 중심으로 이산화탄소 배출 규제가 강화됨에 따라

에너지 다소비업체인 발전소와 집단에너지 시설 등에서 고형 바이오연료(우드 펠릿) 수요가 증가

하여 유럽연합은 세계 최 목재 펠릿 시장으로 부상하고 있다. 현재 세계 최 펠릿 생산 능력을

보유한 미국은 연간 400만 톤이 넘는 펠릿 생산 시설을 보유하고 있으며, Green Circle

Bioenergy사는 단일 설비로 가장 큰 규모인 연간 56만 톤 용량을 생산할 수 있는 설비를 보유

하고 있다.1)

목질계 자원이 풍부한 독일, 스웨덴, 캐나다, 러시아는 고형 바이오연료 주요 생산 국가이며,

2009~2010년 총 생산 용량이 2,000만 톤을 상회하여 2007~2008년 생산 용량인 1,000만 톤

보다 2배가량 증가하였다. 아시아 지역에서는 일본이 가장 먼저 우드 펠릿을 도입하였으나 경제

성이 낮다는 이유로 시장이 활성화되지 못하였다. 그러나 최근 온실가스를 저감하기 위해 발전소

중심으로 펠릿 사용을 적극 권장함에 따라 혼소 발전을 위한 펠릿 수요가 증가할 것으로 전망된다.

고형 바이오연료는 열에너지 생산 목적으로 부분 이용되었지만, 향후 2020년을 전환점으로 열

에너지 시장에서의 역할은 점차 축소되고 발전 시장에서 점유율이 높아질 것으로 예상된다.1)

78_녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)

<표 2> 해외 바이오에너지 업체 현황

업체명 사업영역 및 주요 내용

Dupont

·사업 분야는 에너지 작물 육종, 생물촉매, 바이오연료 생산 등 바이오에너지 전 분야 참여

·셀룰라아제 전문 생산 회사인 Genencore 인수, 목질계 바이오알콜 연료 사업 지출·영국 BP와 합작으로 부탄올 생산 회사 설립

POET·농부산물(옥수수대)를 활용하여 바이오에탄올 생산하는 상용화 데모 공정 건설 및

운전 중 ·미국 최대의 바이오에탄올 업체

Novozymes·목질계 당화 효소인 셀룰라아제 전문기업이며 세계 최대의 효소 생산업체임 ·자사 셀룰라아제 제품의 세계 공급망 구축을 위해 미국, 중국 등에 생산 시설 구축

Choren·목질계 원료의 열분해에 의한 경유 대체 바이오연료 생산 데모 공정 건설 및 운전 ·2011년 파산

Dynamotive ·목질계 바이오매스의 열분해에 의한 바이오오일 기술 개발 선두 기업 ·현재 바이오오일 생산 데모 공정 운전 중

SchmackBiogas AG ·독일, 일본 등에 약 60여 개소 바이오가스 플랜트 건설 실적

Linde AG Wies - baden

·습윤 폐기물과 건조 폐기물을 바이오가스화 하는 기술 보유·총 24곳의 바이오가스 플랜트 시설을 가동 중이며, 연 100만 톤 유기성 폐기물

처리

Valorga International·프랑스 건조 폐기물 바이오가스화 기술 보유 업체로 연 100만 톤 유기성 폐기물

처리

Flotech·바이오가스 고순도 정제 기술 보유·국내 서남 물 재생센터에서 시설 도입 시범 운영 중

Fulghum Fibrefuels·캐나다의 연산 12만 톤 고형 바이오연료(펠릿) 제조 설비 보유·제조 펠릿은 유럽으로 수출

자료: 지식경제부, “산업기술로드맵 2013”, 2013

Ⅲ. 향후 전망

정부는 “환경과 개발의 조화를 통한 지속발전”을 국가전략과제로 선정하여 2020년까지 이산

화탄소 배출량 30% 저감 및 2030년까지 총 에너지 소비의 3.3%를 바이오에너지로 보급할 계획

이다. 이러한 목표 실현 시 바이오에너지 수요는 2013년 비 10배 정도 증가할 것으로 전망된다.

또한 “자원순환 사회전환 촉진법(가칭)”을 제정하여 법적 기반을 마련하고 “신재생에너지 융합기술

촉진지구”를 조성하여 미래형 에너지 생산기지를 구축하는 등 환경 친화적 에너지 보급 확 를

위한 구체적 방안이 마련되고 있다. 더불어 “이용 가능한 신재생에너지 자원지도” 재작성, 신재생

에너지 보급 국가목표 및 달성전략 수립을 통한 실효적 에너지 관리를 위한 기반을 다지고 있다.

바이오에너지 생산기술 동향_79

이러한 범정부적 노력을 기반으로 국내 바이오에너지 산업계의 기술 경쟁력이 확보된다면 해외

바이오연료 플랜트 시장 진출을 통한 사업화 실현도 가능할 것으로 예상된다.

<참고문헌>

1. 지식경제부, “산업기술로드맵 2013”, 2013

2. 지식경제부, “바이오디젤 정책간담회자료집”, 2011

3. 에너지경제연구원, “국내 바이오디젤 원료 수급 체계 구축 방안 자문회의”, 2011

4. 지식경제부, “바이오·폐기물 산업발전전략”, 2012