생태계 유기체 순환을 활용한 바이오에너지란 (간단정리)

바이오에너지란

바이오매스,  즉 생태계 유기체의 순환 사이클에서 생성되어 활용할 수 있는 에너지를 말한다.

 

바이오에너지는 'Bio'와'Energy'가 결합된 말로, 살아 있는 생물을 활용하여 만든 에너지라는 의미를 가지고 있다.

바이오매스는 원래 생물체 총량을 나타내는 생태학적 용어지만, 최근에는 에너지원으로 이용 가능한 생물체를 의미하고 있다.

 

이런 바이오매스를 직접 또는 생화학적, 물리적 변환과정을 통해 기체, 액체, 고체 형태의 연료로 만들어 이용하거나, 전기 또는 열에너지로 변환하여 이용하는 것을 바이오에너지라고 한다.

유기물은 자연계 순환 주기에 의해 동물의 먹이로, 또 무기물이나 미생물로 변화한다.

따라서 바이오매스란 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체, 균체와, 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체를 모두 포함한다.

 

현재 지구에는 약 2조 톤의 바이오매스가 존재한다고 보며, 이 중 매년 약 2천억 톤이 태양에 의해 생성된다고 한다.

 

바이오매스를 열분해, 부분 산화, 미생물에 의한 발효작용 등의 변환 과정을 거쳐 연소 효율이 높은 연료가스, 메탄, 에탄올 등의 형태로 생산하는 과정이 비교적 쉽고 환경적인 측면에서 우수해 석유의 대체연료 중 하나로 손꼽힌다.

 

바이오에너지 생산기술의 종류 

① 열화학 전환기술

   ⑴ 연소 

       바이오매스를 태워서 열에너지로 이용하는 기술이다.

       개발도상국에서 나무를 직접 태워 밥을 짓거나 난방에 활용하고 있다.

       나무 같은 바이오매스는 어려운 기술이 필요하지 않고 재료를 손쉽게 얻을 수 있다.

       그러나 대량으로 수집하고 소송하는 것이 어려우며, 자연환경이 훼손된다는 단점이 있다.

       목재 연료를 고압에서 압축해 목질 펠릿으로 만들어 에너지 밀도를 높여 효율적으로 사용하기도 한다.

  ⑵ 열분해/가스화

       바이오매스를 산소가 부족하거나 없는 상태에서 고온으로 가열하면 반응 조건에 따라 다양한 생성물이 얻어진다.

      이렇게 만들어진 바이오연료는 짧은 시간에 반응 온도를 급격하게 온도를 높여 필요한 에너지를 쉽게 얻을 수 있다.

 

   ⑶ 촉매 전환

      목질계의 바이오매스를 열분해하여 생성된 바이오 오일이나 합성가스는 열 또는 전기 생산이나 수송용 연료로 사용된다.

      목재뿐만 아니라 동식물성 유지도 화학 촉매를 이용하여 바이오디젤이나 다른 수송용 연료로 전환시켜 활용할 수 있다.

 

② 생물공정 기술

  생물공정 기술에는 크게 발효 과정을 거쳐 바이오연료를 만드는 발효 기술과 박테리아나 미생물을 이용하여 분해 또는 변환시켜 바이오가스를 만들어 사용하는 혐기 소화 기술등이 있다.

  (혐기 소화 : 혐기 상태에서 미생물을 이용하여 폐수를 처리하는 방법)

  바이오매스 중 사탕수수나 사탕무, 밀, 옥수수, 보리, 고구마 등 당이나 녹말이 함유된 작물은 미생물을 이용하여 당을 분해하는 발효 과정을 거쳐 바이오연료로 활용된다.

  곡물에서 추출하는 당이란 일반적으로 우리에게 잘 알려진 포도당을 의미한다.

  산소가 없는 상태에서 포도당을 미생물로 발효하여 에탄올을 얻는다.

 

 이 과정은 마치 술을 만드는 과정과 흡사하다.

   곡물을 발효시켜 알코올을 생성하고, 술을 만드는 것과 같이 발효 방법은 당을 에탄올로 변환시키기 위해 거치는 과정이다.

   발효 후에는 술과 마찬가지로 에탄올이 섞인 수용액 형태가 되는데 그 농도가 25% 내외로 많은 양의 수분을 함유한다.

   이 정도의 농도를 가진 에탄올을 바이오에너지로 활용하려면 나머지 70% 정도의 수분을 제거해야 하므로, 별도의 증류 과정이 필요하다. 

   높은 온도로 가열하여 증류 과정을 거치면 농도를 95% 이상 높일 수 있다.

이렇게 생산된 에탄올은 액체 바이오연료 중 가장 먼저 개발되어 수송 연료로 사용되었다.

 

● 바이오에너지의 장단점

장점 : 석유를 직접 대체할 수 있는 탄화수소 계열 연료이면서 환경오염 물질을 배출하지 않는다.

이산화탄소의 추가적인 배출 업시 단지 순환할 뿐이므로 대기 중 이산화탄소 총량은 유지된다.

 

단점 : 식물들을 채취할 때 발생할 수 있는 자연 환경이 훼손될 수 있다.

세계적으로 식량이 부족한 현실에서 바이오연료를 만들어 사용하는 것이 바람직하지 않다고 볼 수 있다.

 

[간단 정리]

생태계 유기체의 순환 사이클에서 생성되어 활용할 수 있는 에너지는 환경을 오염시키지 않는 장점이 있으면서 동시에 식량이 부족한 현실에 적합하지 않은 단점이 있다.