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재생에너지

재생에너지는 태양과 바람 물, 등 자연의 힘을 전기에너지로 만들어 사용하는 발전 방식이다. 탄소 배출을 하지 않으며 미세먼지 등 대기오염 물질을 발생하지 않는다. 세계적으로 기후변화 대응을 위해 탄소배출을 줄이기 위한 노력이 본격화되면서 재생에너지가 주목받고 있다. 발전단가가 점차 낮아지고 관련 투자가 증가하면서 글로벌 전력시장의 전체 발전량 중 재생에너지 비중은 점점 늘어나는 추세이다.

재생에너지 (2021년 기준) (출처 : 한국전력)

발전비중 : 7.5%
발전량 : 43.085GWh

재생에너지는 다양한 발전방식이 있다. 가장 쉽게 접할 수 있는 태양에너지는 열을 이용하는 태양열 에너지와 빛을 이용하는 태양광 발전이 있다. 태양열 발전은 거울을 이용해 한 점으로 태양빛을 모아서 집중된 열로 물을 끓인 후, 여기에서 발생하는 증기로 터빈을 돌려서 발전한다. 여러 개의 거울을 IT 기술로 제어해 태양빛을 모으기 때문에 넓은 부지와 햇빛이 강한 사막 지역에 많이 건설된다.

태양광발전은 빛의 입자가 특정한 물질에 닿으면 전자가 튀어나오는 ‘광전효과’를 기본원리로 한다. 전자가 튀어나오면서 N형 반도체와 P형 반도체를 결합시켜 만든 태양광 셀이 각각 다른 전하를 지니게 되는데 이 차이를 활용해 전류가 흐르게 하는 것이 태양광 발전이다. 태양광발전의 기본 단위인 태양광 셀은 크기가 작아 이를 타일처럼 배열해서 커다란 판으로 만든 것이 태양광패널, 또는 태양광모듈이다. 여러 장의 태양광패널을 직렬로 연결해서 사용하며 생산된 전기를 필요한 전압이나 주파수로 변환하는 인버터, 전체 전력시스템을 조율하는 컨트롤러로 구성된다. 태양광발전의 장점은 별도의 연료비가 필요 없고, 태양광 이외의 연료를 사용하지 않아 환경에 해로운 오염물질이 나오지 않는다는 점이다. 반면 날씨나 기후의 영향을 크게 받는다는 것은 태양광발전이 해결해야 할 과제다.

풍력발전은 바람으로 돌아가는 회전날개가 직접 터빈의 역할을 한다 간단한 구조로 자연의 힘을 이용할 수 있기에 재생에너지 중 가장 먼저 산업적 규모로 운영되기 시작했다 풍력발전기는 회전날개, 축, 발전기, 전선 외에도 발전기가 일정한 회전수로 돌아가도록 도와주는 기어 박스로 구성된다. 또 바람이 너무 강하게 불면 제동장치가 작동해 과열을 막아준다 풍력은 다른 에너지원에 비해 오염물질이나 온실가스 배출량이 현저히 적고 유지보수가 간편하나 소 음과 부피가 크다는 과제가 있다. 해상풍력발전은 이러한 단점을 해결할 수 있는 방법 중 하 나이다. 영국 등 세계적으로 해상풍력발전 시장이 증가하고 있는 추세이다.

해양에너지는 다양한 종류가 개발되고 있는데 바닷물 이용방식에 따라 조력에너지, 조류에너지, 파력에너지, 해수온도차 에너지로 분류할 수 있다. 조력에너지는 밀물과 썰물의 차가 큰 연안에 바닷물을 막는 댐과 수문을 설치해 수위 차이로 터빈을 회전시키는 방식이다. 연료가 불필요하고 발전량을 정확하게 예측 가능하나 바닷물의 염분에 발전설비가 노출되어 유지관리비가 많이 든다. 조류발전은 밀물과 썰물로 인한 바닷물의 흐름을 직접 이용하며 풍력과 유사한 방식으로 전기를 만든다. 비교적 안정적이나 대량의 조류가 충분한 빠르기로 흐르는 곳이 많지 않다. 파력발전은 파도의 운동에너지와 위치에너지를 이용해 터빈을 돌리는 방식이다. 설치 장소나 발전기의 유형 제약이 덜해서 소규모 발전도 가능하나 출력 변동이 심한 편이며 배의 운항이나 어업에 방해가 되므로 대규모 조성이 어렵다는 한계가 있다. 해수온도차 발전은 해수 표면의 온도와 심층의 온도 차이를 이용해 냉매를 증기로 만들어 터빈을 돌린다. 터빈을 돌리고 난 증기는 찬 바닷물로 다시 냉각, 액화하여 순환 사용이 가능하다.

전통적인 발전 방식으로 물과 지열을 이용하는 에너지가 있다. 수력발전은 물의 위치에너지와 운동에너지의 전환 현상을 이용한다. 높은 곳에 있는 물을 아래로 떨어뜨려 터빈을 돌리는 발전 방식으로 안정적으로 사용할 수 있어서 전력망을 구축하는 국가가 가장 먼저 고려하는 발전 방식이다. 또한 전력을 생산하는 시간이 5분 이내로 짧아서 전력 수요량 변화에 가장 민첩하게 대응할 수 있다. 우리나라의 경우 대부분의 수력발전소가 하루 4~5시간 정도 수요량이 높을 때만 운전하는 ‘첨두운전’을 하고 있다. 지열발전은 주로 화산활동으로 발생하는 지열을 이용하는 발전 방식으로 난방과 온수 급탕용으로 주로 사용한다.

이밖에도 옥수수, 사탕수수와 같은 전분작물에서 추출한 바이오 에탄올과 식물성 기름이나 동물성 지방을 원료로 만든 바이오디젤을 직접 태우거나 가스로 만들어 발전하는 바이오매스 발전이 있다.

똥으로 에너지를 만든다고? 바이오에너지 재탄생기

똥으로 에너지를 만든다?

- 바이오에너지 재탄생기 -

돼지고기, 소고기 등 축산물은 매우 우수한 고단백 식품으로 평가받습니다. 하지만 축산 농가에서 배출되는 다량의 메탄가스는 지구온난화의 주범으로 여겨집니다. 특히 가축 분뇨는 심한 악취와 하천 오염 등을 유발하여 지역 주민에게 불편함을 안겨주기도 합니다.

ⓒ세계일보

유럽 선진국들에 비해 국내 농·축산업 분야에서의 탄소중립 노력은 다소 더딘 감이 있습니다. 국민들의 서구화된 식생활로 가축 사육의 마릿수는 점점 늘고 있는데 비해, 가축 분뇨를 처리할 곳은 마땅치 않아 환경문제가 대두되고 있기 때문입니다. 한국농촌경제연구원에 따르면 국내 가축 사육 마릿수는 2014년 2억4천만 두에서 2019년 2억9천만 두로 크게 늘었습니다. 한 해 동안 전국에서 쏟아지는 축산 분뇨는 5천만 톤이 넘는다고 합니다. 분뇨를 퇴비로 자원화하고 있지만 그 수요처인 농경지는 점점 줄고 있어 토양의 양분은 과잉 상태가 되고 있습니다.

가축분뇨 발생량 및 축종별 비중 그래프.가축 분뇨 발생량은 2008년 4,174만 톤에서 2019년 5,184만 톤으로 24.2%가 늘었습니다.
축산물 소비 증가에 힘입어 국내 가축 사육 마릿수는 지속적으로 증가하는 추세입니다. 한국농촌경제연구원에 따르면, 가축 분뇨 발생량은 2008년 4,174만 톤에서 2019년 5,184만 톤으로 24.2%가 늘었습니다. 그래프는 가축분뇨 발생량 및 축종별 비중 ⓒ한국농촌경제연구원

이에 가축 분뇨로 인한 환경오염을 막고자 하는 다양한 방법이 시도되고 있습니다. 가축 분뇨를 자원화, 에너지화 하여 에너지 효율을 향상시키는 것인데요, 그 중 가축 분뇨를 퇴비화, 액비화(액체비료화) 하는 것이 대표적입니다. 가축 분뇨를 액비화 하는 것은 퇴비화나 기타 처리방법에 비해 시설이 상대적으로 단순하고 용이해 처리비용을 크게 절감할 수 있습니다. 하지만 액비화 역시 부숙(처리 과정을 거치면서 식물과 토양에 안정적인 반응을 나타내는 정도)과 관련한 기술개발이 필요합니다. 미부숙시 악취가 발생할 수 있고, 퇴비와 마찬가지로 토양 양분 과잉에 대한 부담도 존재합니다.

가축 분뇨의 퇴·액비화에서 더 나아가서 최근에는 분뇨 자체를 에너지원으로 활용하는 방식이 각광받고 있습니다. 이 중 하나가 바이오가스화 처리입니다. 바이오가스는 분뇨 즉, 유기물이 미생물에 의해 분해되면서 나오는 메탄을 주성분으로 하는 혼합가스입니다. 가축 분뇨에서 바이오가스를 추출하고 이 가스를 연소시켜 발전이나 도시가스 등 다양한 에너지원으로 활용하는 방법입니다. 바이오가스 생산은 퇴비화 과정에서 대기 중으로 방출되는 온실가스를 포집해 에너지원으로 이용하기 때문에 화석연료 사용을 줄이는 효과가 있습니다. 기존에는 처리 시설 가동 중에 냄새가 나거나 생산효율이 낮아 경제성이 떨어지는 문제가 있었지만, 최근 많은 부분이 해결되면서 새로운 에너지원으로 부각되고 있죠.

순천 축분바이오가스 발전시설
가축 분뇨는 불순물 처리 공정을 거친 뒤 혐기성 소화조로 보내집니다. 유기물 원료는 혐기성

미생물에 의해 한 달 가량 발효하는 과정을 거칩니다. 사진은 순천 축분바이오가스 발전시설

ⓒ한국에너지공단 신·재생에너지센터

가축분뇨를 고형화하는 방법도 있습니다. 기존 비료처럼 가루가 아닌 알갱이(펠릿) 형태로 만드는 것인데요, 처리과정에서 수분을 줄여 발효과정에서 발생하는 악취를 크게 줄일 수 있습니다. 고형화 퇴비는 냄새와 수질오염은 적고 양분이 오랫동안 유지되는 효과가 있습니다. 실제로 전북 남원의 민간 퇴비시설은 가축 분뇨를 활용해 양질의 입상퇴비를 생산하여, 국내 최초로 작년 기준 140톤의 퇴비를 베트남에 수출하는 성과를 거두기도 하였습니다.

고형화 퇴비는 미생물을 섞어 발효와 숙성 과정을 거쳐 만들어집니다. 수분을 없애고 오랜 시간 숙성해 냄새가 덜 한 장점이 있습니다. ⓒYTN 뉴스 캡쳐https://news.nate.com/view/20210612n02252

가축 분뇨를 생분해성 플라스틱으로 탈바꿈하는 기술도 등장했습니다. 바이오매스(생물자원) 플라스틱은 가축 분뇨 퇴비 분말에 생분해성 접착제를 첨가한 뒤 원료 간 결합력을 높이기 위해 방사선을 쪼여 만들었습니다. 이에 따라 국내에서 버려지는 축산 분뇨 퇴비를 단기간에 대량 재활용할 수 있는 길이 열렸습니다.

플라스틱 소비가 갈수록 급증하는 가운데, 바이오매스 플라스틱은 자연에서 완전 분해가 가능해 친환경적입니다. 플라스틱의 강도와 탄성도 또한 기존에 비해 크게 향상되어 지속가능한 축산 분뇨 처리의 가능성을 제시하고 있습니다.

축분으로 만든 바이오매스 플라스틱 ⓒ농수축산신문

지금까지 처치곤란의 이미지로 박혀있던 가축 분뇨가 새로운 에너지원으로 재탄생하는 몇몇 방법들을 살펴보았는데요, 에너지 순환 경제를 이루려는 다양한 시도를 통해 국내 농업분야에서도 지속가능한 친환경 농업이 더욱 활성화되기를 바라봅니다.

*참고자료

http://library.krei.re.kr/pyxis-api/1/digital-files/7fa10338-cc73-4c42-b661-b8d2a76d349f KREI 현안분석_가축분뇨 자원화 여건 변화와 대응과제

https://www.korea.kr/news/pressReleaseView.do?newsId=156469665

정책브리핑_가축분뇨 에너지화 등 처리방식 다양화를 통해 탄소중립 추진

http://www.chukkyung.co.kr/news/articleView.html?idxno=6482

가축분뇨 액비화 추진 무엇이 문제인가

https://www.amnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=48616

‘골칫거리’ 가축분뇨가 신소재로 재탄생 하다

http://www.aflnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=170765

[창간특집] 기술로 변화하는 미래농업 ⑤축산 미래를 여는 ‘순환농업’

https://www.domin.co.kr/news/articleView.html?idxno=1349678&sc_section_code=S1N1남원서 생산 가축분퇴비 국내 최초 올해까지 720톤 베트남 수출

관련 링크 : https://blog.naver.com/energyinfoplaza/222638566899

출처 한국에너지정보문화재단

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정책

재생에너지3020 이행계획

국내 에너지정책은 2008년부터 ‘재생에너지 중심의 청정에너지 체제로 전환’을 추진해왔으며, 이에 대한 구체적인 시행 방안과 달성 시점을 확정하고자 2017년 10월 ‘에너지전환 로드맵’을 발표했습니다. 2030년까지 재생에너지 비중을 20%로 높이겠다는 큰 윤곽을 제시한 후 2017년 12월, ‘재생에너지 3020 이행계획’을 발표해 계획을 구체화했습니다.

목표

재생에너지 발전량 비중을 20%까지, 누적 설비용량을 64GW까지 보급
신규 설비용량의 95% 이상을 태양광ㆍ풍력 등 청정에너지로 공급

주요국가 재생에너지 발전 비중

(단위 : %. 2015년 기준)

덴마크
31.1
스페인
14.6
독일
13.8
프랑스
9.2
미국
7.0>
일본
5.7
한국
2.4

자료 : 국제에너지기구 (IEA)

주요 이행 계획

1 국민참여 확대
- 도시형 태양광 보급 사업을 확대하고, 생산한 전력 중 소비하고 남은 잉여 전력은 현금 정산을 하는 등 상계거래제도를 개선
- 제로 에너지 건축물 인증 의무화 등을 통해 재생에너지 기반 건축물 확산
- 협동조합이 참여한 사업, 시민참여 펀드가 투자된 사업 등에 REC 가중치 추가 부여 등 인센티브를 제공
- 농업진행구역 내 염해 간척지, 농업진흥지역 이외 농지, 농업용 저수지 등에 태양광 설치를 활성화하여
  30년까지 10GW 규모의 태양광을 보급하는 등 농촌 태양광 확대
2 지자체 주도의 계획입지 도입
- 수용성, 환경성을 사전에 확보하고 부지를 계획적으로 조성하기 위해 계획입지 제도 도입을 추진
- 광역지자체 주도로 발굴한 부지는 관계 부처 협의를 통해 입지 적정성 검토 후 재생에너지 발전기구로 지정하는 등 사업자의 원활한 추진 지원
3 대규모 프로젝트 추진
- 수용성 및 환경성을 고려하여 단계적 추진
  - 1단계2018~2022년
    
    민간과 공공기관이 제안한 프로젝트 가운데
    5GW 규모의 프로젝트를 집중 추진
  - 2단계2023~2030년
    
    대형발전사의 재생에너지공급의무화(RPS) 비율을 단계적으로 상향 조정하여 대규모 프로젝트 추진 유도
4 재생에너지 확대를 위한 보급여건 개선
- 농업진흥구역 내 규제 완화, 공유재산 제도 개선 등 입지규제 및 사업 수익성을 저해하는 각종 제도 개선 추진
- 지역별 보급계획 수립, 전담조직 보강 등 지자체 역량 강화 지원
- 중앙정부와 지자체 간 재생에너지 정책협의회 상시 운영
5 환경을 고려한 재생에너지 확대
- 폐기물·우드펠릿 등에 대한 REC 가중치를 축소하고 국제기준 및 국내여건을 감안하여 비재생 폐기물을 재생에너지에서 제외 추진
- 태양광 폐모듈 재활용센터 건립 및 관리체계 구축, 풍력 대형블레이드 등에 대한 폐기지침 개발 등 재생에너지 폐기물 처리기반을 구축

주요국가 재생에너지 정책 동향 및 시사점

중국
- 재생에너지 목표 상향 조정 전망, FIT 기준가격 인하와 RPS 비중 확대를 통해 경제성 확보와 보급목표 달성 추진
  - - 재생에너지 13·5 계획(’16년)에서 ’20년 15%, ’30년 20%의 달성 목표 비중을 발표했으나,
    ’18년계획 수정안 초안에서 ’30년의 달성 목표를 35%로 상향한 것으로 확인되어 공식 목표가 조만간 조정될 전망
일본
- 보급 단가를 낮춰 경제성을 확보하고, 해상풍력 도입을 적극적으로 추진
- FIT 기준가격 인하 및 경매를 통해 태양광 시장의 가격 경쟁력 강화를 도모하고, 매년 FIT 기준가격을 고시하여 점차 FIT 기준가격을 인하하는 추세
- ’18년 3월 『해양재생에너지발전설비 정비 관련 해역 이용 촉진 법률안』을 각의 결정하며, 해상풍력 보급 촉진 정책 도입
미국
- 주정부를 중심으로 재생에너지 확대정책을 활발하게 추진하고 있으며, 각 지방정부에서는 재생에너지 목표 발전 비율을 상향
  - - 코네티컷 주 : ’30년 48%
  - - 뉴저지 주 : ’30년 50%
  - - 캘리포니아 주 : ’45년 100%
  - - 워싱턴 D.C. : ’40년 100%
EU
- ’30년까지 최종에너지 소비 중에서 재생에너지가 차지하는 비중을 27%에서 32%로 확대하는 재생에너지지침의 목표를 ’18년 6월에 상향 확정
- 재생에너지 보급 확대를 위해 허가 절차를 간소화하여 정기 프로젝트의 경우에는 최대 2년, 기존설비 현대화(Repowering)는 1년,
  10.8kW 이하의 소규모 프로젝트는 간단한 통지절차로 가능하도록 하여 보급 확대 전망