RPS 법의 시행을 계기로 전기 사업은 석탄 화력 발전에 목질 바이오 매스 혼합을 비롯해 화력 발전소의 CO2 배출 삭감에 노력해왔다. 2012년에는 태양광이나 풍력 등 재생 가능 에너지의 고정 가격 매입 제도가 시행되어 온실 가스 배출 감축과 국산 에너지원의 확보라는 두 가지 과제 해결을 위한 노력이 가속화되고 있다. 그러나 원전 사고 이후 가동이 중단된 원자력 발전 전력량을 보완하기 위해 전원 구성에서 차지하는 석탄 화력 발전의 비중은 증가 추세에 있다. 저품위 석탄의 이용과 고효율 발전 기술의 개발을 목표로 하고, 바이오 매스 혼합 비율을 증가시키는 노력이 진행되고 있다. 기후변화 협약 제20차 당사국 총회 (COP20)에서 2020년부터 시작하는 새로운 틀이 모색되는 가운데, CO2 배출 삭감의 관점에서 바이오매스 혼합 역할이 더 중요하다고 생각된다.
바이오매스를 혼합하는데 있어서 원료인 바이오 매스 확보는 가장 중요한 과제이다. 동남 아시아에서 식용으로 생산되는 팜 기름을 포함한 과일을 고체 연료로 활용하는 시도가 있다. 그러나 과일 회수 과정에서 수증기 처리되므로 연료화에는 건조 처리가 필요한 강한 섬유질이기 때문에 전단 분쇄도 빼놓을 수 없다. 대량으로 처리되지만 처리 비용 절감이 과제라고 할 수 있다. 한편, 유채, 대두, 해바라기 등 일반적인 지방 식물과 최근 바이오연료 원료 식물로 주목 받는 자트로파 등은 기름을 포함하는 씨앗를 가지고 있어 기계적인 압착으로 착유가 이루어지기 때문에 착유 찌꺼기는 전처리 없이 이용 가능하다. 또한 동남아시아에서는 벼농사가 활발하다. 정미 과정에서 배출되는 쌀겨는 유분을 포함하고 있기 때문에 착유 찌꺼기뿐만 아니라 높은 칼로리 연료로 이용 가능하다. 함유성 농업 잔류물은 바이오매스 연료로 높은 잠재력을 가지고 있지만 지금까지 연료 이용은 거의 진행되지 않았다.
한편, 재래식 발전 연료인 석탄은 석유 등 다른 화석 연료에 비해 매장량이 풍부하고 세계에 널리 분포되어 지역적인 편재가 적기 때문에 신흥국을 중심으로 앞으로도 수요가 예상된다. 2013년도 통계에 따르면, 가채 매장량은 8,915 억 톤, 가채 연수는 113년으로 추산되고 있지만 절반 이상은 저품위 석탄이라는 아역청탄 · 갈탄이 차지하고 있다. 갈탄 매장량이 많지만 수분 함량이 높기 때문에 발열량이 낮고 건조하면 자연 발화성을 발현하기 때문에 그 이용은 주로 채굴 지역에 한정되어왔다. 그러나 회분 및 유황분이 낮은 등 좋은 성질을 갖는 것도 많고 채굴 깊이도 비교적 얕아 경제적인 조건에서 생산할 수 있는 가능성도 높기 때문에 탈수 개질 기술 개발을 중심으로 발열량의 개선과 자연 발화성에 대한 대책이 진행되어 왔다. 저품위 석탄 개질 기술은 이미 실용화 단계에 있으며 상용화 계획도 진행되고 있지만, 많은 기술이 경제적인 이유로 상용화에 이르지 않았다. 갈탄은 염가로 입수가 가능하지만, 일반탄도 비교적 저렴한 가격이기 때문에 전처리 비용이 절감하지 못하면 경쟁력을 잃게 된다. 반대로, 저렴한 저품위탄을 유통시키면 양질의 석탄도 가격 하락이 전망된다. 실용 가능한 갈탄 개질 기술의 개발은 석탄 가격에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.
이러한 배경에서 바이오매스 잔여물의 유효 이용과 갈탄의 저비용 처리 기술 개발을 목적으로, 갈탄 바이오매스 잔여물과 혼합한 펠렛(이하, 갈탄 혼합 펠렛)의 제작을 시작하였다. 일반적으로 탈수 · 건조 처리에 따른 에너지 부하는 높기 때문에 이러한 처리를 가하지 않고 갈탄보다 함수율이 낮은 바이오매스 잔여물을 이용하여 최종적으로 얻어진 펠렛의 수분 함량 저감을 도모한다. 또한 혼합하는 바이오 매스는 갈탄 채굴 지역에서 사용 가능한 착유 찌꺼기 등의 폐기물을 이용하여 조달 비용 절감을 도모함과 동시에 함유 잔재물을 이용하여 연료의 발열량 향상을 지향했다. 저장과 처리의 관점에서 연료 펠렛화하는 것이 바람직하다고 생각하지만, 일반적으로 목재 펠릿 성형성 리그닌의 작용에 의한 것으로 생각되고 있기 때문에 리그닌을 포함하지 않는 갈탄과 바이오매스 잔여물의 혼합물은 펠렛 성형성이 과제가 된다. 따라서 갈탄 혼합 펠렛 성형성에 주목하여 원료 혼합 비율이 펠렛 성상과 발열량에 미치는 영향을 밝히는 동시에, 또한 수송 · 저장시 심각한 문제가 되는 자연 발화성에 대해서도 공정 시험법에 따라 안전성을 확인했다.
저렴한 비용에 갈탄의 에너지 효율을 개선하는 것을 목적으로 갈탄 바이오 매스 잔여 물을 혼합한 갈탄 혼합 펠렛을 시작하여 펠렛 성상을 평가했다. 그 결과, 쌀겨와 자트로파 착유 찌꺼기 등 함유성 바이오 매스 잔여 물을 이용하여 갈탄보다 발열량이 높은 연료 펠렛을 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다. 지금까지도 갈탄 바이오매스를 혼합하는 시도가 보고되고 있으나, 연료의 질을 향상시키기 위해 고온 · 고압 처리가 필요하기 때문에 제조 비용의 상승이 우려되었다. 이 프로토타입은 탈수 · 건조를 위한 열 에너지를 필요로 하지 않기 때문에 생산 비용이 상대적으로 저렴하게 억제되는 것으로 전망된다.
발열량을 유지하기 위해 갈탄 혼합 비율을 50% 정도 줄이는 것이 바람직하지만, 바이오매스 잔여 물의 혼합 비율을 증가시키면 CO2 배출 삭감 효과도 증대한다. 쌀겨 : 갈탄 = 50 : 50의 혼합 펠렛의 경우 발열량은 갈탄의 2배 정도이지만, 갈탄 · 갈탄의 CO2 배출 계수 참고치에서 CO2 배출량은 갈탄의 4분의 1정도까지 감소된다. 혼합 비율을 제어하는 것으로, 저장 및 수송 시에 문제가 되는 자연 발화에 대해서도 개선이 보였다. 채굴 지역에 제한되어 있던 갈탄 이용 영역을 크게 확장할 수 있는 성과이다.
출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』
