기획특집: 지속가능한 수송용 바이오연료의 개발 · 2014-08-13 · 기획특집: 지속가능한 수송용 바이오연료의 개발 54 공업화학 전망, 제16권

KIC News, Volume 16, No. 2, 2013 49

천연가스 대체 수송용 바이오가스의 연료화 개발 동향: 정제기술

오 광 석†․이 교 성․윤 태 범․김 기 동*․오 영 삼

현대건설 연구개발본부 플랜트 연구팀, *한국가스공사 연구개발원 신에너지연구센터

Biogas as a Transport Fuel : Cleaning & Upgrading Technology

Kwang Seok Oh†

, Kyo Sung Lee, Tae Bum Yoon, Ki Dong Kim*, and Young Sam Oh

Research & Development Div., Hyundai Engineering & Construction Co., Ltd., Yongin 446-716, Korea

*New Energy Technology Research Center R&D Div., Korea Gas Corporation, Ansan 426-150, Korea

Abstract: 유기성 바이오매스에서 발생하는 바이오가스는 화석연료를 대체하는 차량연료로서 각광받고 있으며 전세

계적으로 수송부문의 온실가스 감축 수단으로 바이오가스 사용을 확대하고 있는 추세이다. 국내에서도 바이오가스를

이용하여 차량연료로 활용하는 사업이 진행 중이며 앞으로 꾸준한 수요증가가 예상된다. 바이오가스를 차량연료로

사용하기 위해서는 정제 과정을 거쳐야 하는데 주로 흡수법, 흡착법, 막분리법을 사용하고 있으며 지역적 특성에 맞는

기술을 접목시켜 운용하고 있다. 본 논문에서는 수송용 연료 생산을 위한 바이오가스 정제기술에 대해서 살펴보고

국내외 사례를 통한 바이오가스 정제사업의 현황에 대해서 기술하였다

Keywords: biomass, biogas, vehicle fuel, purification, upgrading

1. 서 론

1)

바이오가스는 신재생에너지원 중에서도 유일하

게 가스연료로서 사용이 가능하다는 장점이 있다.

2010년 시장분석기관인 GIA (Global Intelligence

Alliance)의 보고서에 따르면 바이오가스 비즈니

스분야의 Value Chain에서 가장 매력도 높은 분야

중에 하나로 바이오가스 생산과 고질화(Upgrading)

을 통한 천연가스 배관망주입과 차량연료 공급 분

야를 선정하고 향후 바이오연료 중에서 가장 매력

적인 수송용 연료가 될 것으로 전망하고 있다.

수송용 연료로서의 바이오가스의 중요성을 기

술하면 다음과 같다. 첫째, 바이오가스는 바이오매

스로부터 나온 연료이므로 ‘탄소 중립적’이라는

장점이 있다. 둘째, 가축분뇨, 음식물류폐기물 등

유기성 폐기물의 환경적 처리에 가장 효과적인 대

안이자 해결책이다. 셋째, 바이오가스를 정제하여

저자 (E-mail: [email protected])

96% 이상의 메탄함량을 지닌 바이오메탄을 생산

해 자동차 연료로 이용할 경우 NOx, HC, CO, PM

등 대기오염물질의 배출량이 매우 낮아 대기오염

방지에 큰 역할을 한다. 넷째, 차량용 대체연료 중

에 가장 경제성이 탁월하다. 음식물쓰레기, 축산분

뇨 등 폐기물을 원료로 이용하여 생산하기 때문에

저렴한 원료 공급이 가능하여 경제성을 확보할 수

있다. 이러한 이유로 EU를 중심으로, CNG 차량

연료로 바이오메탄의 사용량이 증가되고 있다.

본고에서는 바이오가스를 수송용 연료로 생산

하기 위한 정제기술 및 국내외 차량연료화 동향을

살펴보고자 한다.

2. 바이오가스 정제 및 고질화 기술

바이오가스는 주성분인 메탄(CH4), 이산화탄소

(CO2) 외에도 암모니아(NH3), 수소(H2), 질소(N2),

그리고 일산화탄소(CO) 등 미량가스(trace gas)를

포함한다. 이러한 바이오가스를 수송용 연료로 사

기획특집: 지속가능한 수송용 바이오연료의 개발


50 공업화학 전망, 제16권 제2호, 2013

Figure 1. 바이오가스 Value Chain.

Figure 2. 바이오가스의 활용 및 바이오메탄의 생산 과정.

용하기 위해서는 CO2, H2S를 비롯한 기타 불순물

을 제거해야 한다. 흔히 원료 바이오가스에 포함

되어 기기의 부식 및 마모를 유발하는 수분, 황화

수소(H2S) 및 실록산을 제거하는 것을 전처리 혹

은 정제(Cleaning)공정이라 하고, 천연가스 수준의

열량을 확보하기위해 CO2를 분리하여 메탄농도를

96 ± 1%까지 함량을 높이는 것을 고질화(Upgra-

ding)라고 한다. 경우에 따라 두 공정을 합쳐 정제

공정이라 통칭하기도 하며, 최종 생산물인 순수한

메탄은 바이오메탄이라 한다.

바이오가스를 수송용 연료로 활용하기 위해서

는 필수적으로 정제공정과 고질화 공정(CH4 함량

96% 이상)이 요구되는데 바이오메탄 생산을 위한

정제공정과 고질화 공정은 다음과 같다.



구분 건식탈황 습식탈황

원리 ⦁탈황제(산화철)에 의한 흡착제거 ⦁세정수에 의한 흡수세정

방법 ⦁펠릿형태의 산화철을 흡착탑에 충진 ⦁20 ℃ 1기압에서 1 m3의 물이 2.8 m

3의 H2S 용해 원리이용

장점⦁초기투자비 적음

⦁비교적 소규모 설치 용이⦁H2S 외에 CO2 일부 제거 가능

단점⦁주기적인 탈황제 교체 필요

⦁폐탈황제 처리시 처리비용 추가

⦁초기 투자비 높음

⦁폐수 재생시 H2S 발생가능

설비구성 ⦁흡착탑(필요시 Lead-lag type) ⦁흡수탑/순환펌프/약품펌프 등

Table 2. 바이오가스 실록산 제거기술

구분 흡착법 흡수법 심냉법

원리 ⦁활성탄 흡착제거 ⦁메탄올 등 세정액 사용 ⦁저온 응축 제거

특징⦁흡착효율 향상을 위해

가스 내 수분제거 필수

⦁휘발성 높은 실록산의

완전제거 불가

⦁효율을 좋으나

초기투자비가 높음

제거율 ⦁99% ⦁60%⦁-25 ℃ : 26%

⦁-70 ℃ : 99.3%

Table 1. 바이오가스 탈황기술

2.1. 바이오가스 정제공정

정제공정에서는 주로 H2S와 실록산을 제거하는

데, H2S 제거 방법은 크게 건식탈황과 습식탈황으

로 구분할 수 있다.

건식탈황은 흡착제의 흡착 특성을 이용하여 황

성분을 제거하는 방식이다. 흡착법은 습식탈황과

는 달리 배수나 배액을 처리할 필요가 없으며, 설

비비가 저렴하고 유지관리가 쉬우며 광범위한 악

취가스 제거에 효과적이라는 장점이 있다. 반면,

흡착제의 주기적인 교체가 필수적이라는 단점이

있다. 습식탈황에는 water scrubbing과 액상 철킬

레이트 방식이 있다. Water scrubbing 방식은 바이

오가스를 세정하는 방법으로써 다량의 세정수가

발생하며 액상 철킬레이트 방식은 철킬레이트 용

액과 바이오 가스를 접촉시켜 고체황을 만들어 제

거하는 방식으로, 용액은 순환사용 가능하며 일부

유실분 만큼만 새로 투입하면 된다.

실록산은 매립지, 하수처리장 바이오가스에 존

재하며 연료로 사용했을 경우 실린더, 밸브 등의

마모를 유발한다. 국내하수처리장의 경우, 실록산

농도는 10∼30 ppm이며 해외 하수처리장은 20∼

60 ppm으로 조사되었다. 국내 바이오가스 수송용

연료 품질기준에서는 별도의 실록산 농도규제를

두고 있지 않으나 2012년 2월에 제정된 도시가스

품질기준에는 10 mg/m3으로 규정하고 있어 반드

시 제거해야 한다.

실록산 제거기술은 크게 흡착법, 흡수법, 심냉

법으로 구분되며 Table 2에 기술별 특징을 기술하

였다.

실록산 제거율은 저온일수록 제거율이 높기 때

문에 효율적인 실록산 제거를 위해 흡착법과 심냉

법을 조합하여 2단으로 구성된 기술을 사용하기도

한다.

2.2. 바이오가스 고질화 기술

불순물을 제거한 바이오가스는 CO2 제거(고질

화)를 통해서 CH4 함량을 증가시켜 수송용 연료

로 사용이 가능하다. 상용화된 CO2 분리 기술에는

흡수법(물, 흡수제), 흡착법, 막분리법이 있으며 법

적기준, 처리용량, 주변 환경을 고려하여 선정하게

된다. Water Scrubber는 CH4에 비해 CO2의 용해

도가 높은 원리를 이용하여 분리하는 공정으로 일


52 공업화학 전망, 제16권 제2호, 2013

제거방법 활성탄 흡착 열교환 + 활성탄 흡착 심냉법 + 활성탄 흡착

공정구성1단 2단 1단 2단 1단 2단

- 활성탄 열교환 활성탄 심냉 활성탄

바이오가스 유입온도(℃) 35∼40 35∼402 ℃ 냉각 후

10 ℃ 가온10

-30 ℃ 냉각 후

10 ℃ 가온10

제거율(%) 0 99 최대 25 99 최대 90 99.3

적용

범위

실록산 유입농도

(mg/m3)

< 10 < 30 200∼1000

바이오가스

유량(m3/h)

150 > 150 > 500

특징

⦁전처리 기능없음

⦁활성탄 bed가 커짐

⦁활성탄 소비량 높음

⦁활성탄 bed가 작아짐

⦁활성탄 bed 최소화

⦁실록산 제거율 최대

⦁에너지 비용 높음

Table 3. 실록산 제거공정의 구성

반적으로 CO2를 일정 압력조건 하에서 흡수하는

흡수탑과 물에 용해된 CO2를 감압하여 탈기하는

탈기공정으로 구성되며 이때 H2S도 동시에 제거

된다. 흡수액으로 사용하는 물의 온도가 높을수록

CO2의 흡수효율이 낮아지므로 흡수압력을 높이거

나, 흡수액의 온도를 낮추기 위한 냉각시스템이

필요하다. 비교적 연평균 기온이 낮은 스웨덴, 스

위스, 독일, 오스트리아에 주로 적용되고 있다.

화학흡수법(Selexol, Amine Scrubber)은 Water

Scrubber와 동일한 공정이며 CO2 흡수제로서

Amine 계열의 용매가 가장 많이 활용되고 있지만

흡수제 재생에 사용되는 열에너지를 줄이기 위해

Methanol, Glycol 등과 같은 흡수제를 이용하기도

한다. 화학흡수법은 주로 대규로 용량의 천연가스

산업에 활용되었지만 최근에는 바이오가스 분야

에도 적용되고 있다.

흡착법(Pressure Swing Adsoprtion)은 CMS

(Carbon Molecular Sieve), Zeolite와 같은 흡착제

를 이용하여 CO2를 가압 흡착과 감압 탈착을 통

해 분리하는 공정이며 비교적 넓은 범위의 온도와

압력 조건에 사용되기 때문에 다양한 범위에 적용

성이 우수하다. 흡착법은 흡수법과 함께 가장 많

이 보급된 분리기술이다.

막분리법은 멤브레인에 대한 기체의 투과 속도

차이를 이용하여 CO2와 CH4를 분리하는 공정이

다. 생산된 바이오메탄의 순도가 낮고 적용실적이

적은 단점이 있지만 기계 설비가 단순하여 설비비

가 저렴하고 유지보수가 용이한 장점이 있다.

3. 바이오가스 수송용 연료화 해외 사례

전세계 바이오가스 정제플랜트 수는 약 220개

이며 EU에만 180여 개가 설치 운용 중이다. 이중

대부분은 도시가스에 배관망에 연계하거나 수송

용 연료로 활용되고 있다.

바이오가스 수송용 연료화가 활발하게 진행되

고 있는 EU의 국가별 바이오가스 정제플랜트 설

치 현황을 보면 독일, 스웨덴, 오스트리아에서 가

장 많은 고질화 플랜트가 설치되어 운영 중에 있

다. EU 바이오가스 생산량 중 약 2% (1.5∼3 TWh)

정도가 수송용 연료로 사용되고 있지만 점차적으

로 증가하는 추세에 있으며 이중 스웨덴(730 GWh)

과 독일(180 GWh)에서 수송용 연료로 가장 많이

활용되고 있다. 바이오가스 정제를 통해 수송용

연료로 활용되고 있는 대표적인 사례를 살펴보면

다음과 같다.



항목

흡수법흡착법

Pressure swing adsorption

막분리법

MembraneWater scrubbing Chemical absorption

기술

원리

· CO2를 압력 조건에서 물에

흡수시키는 방식

· Amine 등 CO2 흡수제를

이용하여 흡수

· CMS(탄소분자체)의 CH4/

CO2 흡착 속도 차이를 이용· 분리막을 통해 기체 분리

장/

단점

· 메탄 Loss: 2∼5%

· 순도 : 98%

· 폐수 발생

· 고온지역 불리

· 안정성 높음

· 실적 다수

· 메탄 Loss: < 0.1%

· 순도 : 99%

· 흡수제 사용으로 비용 증가

· 최근 적용 증가

· 메탄 Loss: 2∼4%

· 순도 : 98%

· O&M이 용이함

· H2S 흡착제 폐기물 발생

· 적용실적 다수

· 순도 : 90%

· 설비비 저렴

· 적용실적 미미

해외

기술

보유사

· Marmberg

· Flotech

· Purac puregas

· MT-Energie

· Xebec

· Cirmac

· Carbotech

· Hyundai E&C

· Air liquide

· Evonik

플랜트

Figure 3. 전세계 바이오가스 정제플랜트 현황.

Table 4. 고질화 기술의 장단점 및 기술보유사

3.1. 스웨덴

스웨덴은 바이오가스 생산 및 사용을 성공적으

로 보급한 국가 중 하나로써, 바이오가스 플랜트

중 약 60%가 하수슬러지를 원료로 하고 있으며,

이 밖에 매립지가스, 가축분뇨, 농업부산물도 이용

되고 있다. 1995년 Trollhättan 지역에 바이오가스


54 공업화학 전망, 제16권 제2호, 2013

Figure 4. Malmberg Water社의 Water Scrubber 정제 시

스템.

Figure 5. Flotech社의 Water Scrubber 정제 시스템.

Figure 6. 바이오가스 차량 충전소.

차량연료화를 위한 200 Nm3/hr급 정제시설을 도

입한 이후 현재까지(2009년 기준) 약 47여 기의 바

이오가스 정제시설을 운용하고 있다. 이 중 약 80%

는 바이오가스를 차량연료로 사용하기 위한 목적

으로 운전되고 있으며, 나머지 약 20%는 도시가

스 배관망 주입을 목적으로 하고 있다. 스웨덴의

경우, 약 70%의 정제시설에서 Water Scrubber방

식을 채택하고 있으며 뒤이어 PSA방식이 18%,

Chemical Scrubber방식이 12% 순으로 적용되고

있다. 스웨덴 내 가장 큰 규모의 바이오가스 정제

시설인 Örebro의 2000 Nm3/hr급 시설은 Water

Scrubber방식을 채택하고 있지만 각 정제 방식에

따른 적용 규모는 Chemical Scrubber방식이 가장

크며, Water Scrubber, PSA 순으로 적용 규모가

작다.

Water Scrubber 방식의 정제 시스템은 Malmberg

Water社, 그리고 Flotech社가 주도적으로 이끌어

가고 있다. Flotech社의 정제 시스템은 우리나라

서남하수처리장에 적용 실적이 있어 국내에 잘 알

려져 있다.

2009년 통계에 따르면 스웨덴에는 약 11000대

이상의 가스 충전 차량이 운행 중이며 연간 약

100만 Nm3의 바이오가스가 차량연료로 소비되는

것으로 알려져 있다. 또한, 이들 차량을 위한 바이

오가스 충전소는 공공 충전소 82개소와 민간 충전

소 27개소가 설치되어 있다. Stockholm과 Gothen-

burg를 연결하는 Biogas Highway에는 2009년에

7개의 충전소가 추가로 설치되어 바이오가스 차량

보급을 장려하고 있으며 Stockholm에 직장을 가

지고 있는 Mälardalen 시민들을 위해 두 도시 간

에 충전소를 추가적으로 구축할 계획이다.

가스 차량은 일반 차량보다 일반적으로 3300∼

5000 € 비싸지만 정부에서 가스차량 구매 시 약

1100 €의 보조금을 지급해주고 있다.

차량 구매 보조금뿐만 아니라 스웨덴 정부는 다

양한 정책으로 바이오가스 차량연료화를 장려하

고 있다. 바이오가스 차량 구매자에게 면세혜택을

주고 있으며, 시내 혼잡 통행료 면제, 시내 공용

주차장 무료 혜택도 제공하고 있다. 차량 연료 자

체에 대해서도 바이오가스 연료에 면세를 적용하

고 있다. 이와 같은 장려정책을 통해 스웨덴 정부



연 료 종 류 세 금 부 과 율

휘발유 0.552 SEK/kWh

경유 0.368 SEK/kWh

천연가스 0.112 SEK/kWh

바이오메탄 0 SEK/kWh

Table 5. 차령 연료별 세금 부과율(SEK: Swedish Krona, 1

SEK ≒ 170 KRW)

Figure 7. 독일의 바이오가스 정제 플랜트 개수의 변화.

는 2020년까지 모든 차량에 화석연료 사용을 전면

금지하도록 규정하고 있다.

3.2. 독일

독일은 총 5000여 개의 바이오가스 플랜트를 보

유하고 있으며, 바이오가스 플랜트의 수는 매년

증가하는 추세에 있다. 대부분의 바이오가스 플랜

트는 에너지 공급회사에 의해 운영되고 있으며,

바이오가스 판매 회사에 의해 소비자에게 운송되

고 판매된다.

2012년 기준으로 바이오가스 정제플랜트는 127

개소이고, PSA, PWS, Amine Scrubber, Genosorb,

Membrane 등 다양한 바이오가스 고질화 기술을

사용하고 있다. 이중 PSA는 32개소, PWS는 40개

소, Amine Scrubber는 47개소, Genosorb는 8개소

의 플랜트에 설치 운용 중에 있다.

Carbotech社와 Bergwerksverband GmbH는 PSA

분야에서 세계적인 경쟁력을 보유하고 있는 업체

로써, PSA의 설계 및 제작에서부터 흡착제인

CMS제조 분야까지 수직계열화를 이루고 있는 것

이 특징이다. 바이오가스 정제에 최적화된 CMS

를 표준화하여 판매하고 있으며 전 세계적으로 많

은 바이오가스 정제 플랜트 적용 실적을 보유하고

있다. 최근에는 Amine계열의 흡수액을 사용한

Chemical Scrubber법의 일종인 MEA법을 개발하

여 사업을 확장시켜 나가고 있다.

자동차 메이커인 Volkswagens社도 바이오가스

차량연료화 사업에 참여하고 있다. 현재 바이오가

스 충천 차량 보급뿐만 아니라 Raiffeisen Waren-

genossenschaft eG社와 함께 바이오가스 차량연료

충전소를 운영하고 있으며, 바이오가스에 대한 자

체브랜드인 SunGasⓇ를 만들어 판매하고 있다.

독일은 그동안 높은 발전차액 보상으로 인하여

대부분의 정제된 바이오메탄이 가스관망을 통해

열병합발전소에서 소비되었지만 최근에는 수송용

연료로의 활용에도 많은 노력을 기울이고 있다.

바이오가스를 차량연료로 사용하는 경우, 2015년

까지 면세가 가능하며 바이오가스 20%에 천연가

스 80%를 혼합하여 사용해도 세금을 면제 해주고

있다.


56 공업화학 전망, 제16권 제2호, 2013

Figure 8. Carbotech社의 PSA 공정도.

Figure 9. Volkswagen社의 천연가스 자동차.

Figure 10. SunGas 충전소.

독일 정부는 2020년까지 60억 Nm3, 2030년까

지 100억 Nm3의 천연가스를 바이오가스로 대체

하겠다는 목표를 세우고 있으며, 이를 위해 향후

100억€를 투자하여 약 1000개의 바이오정제 플랜

트를 새로 도입할 계획을 수립하고 있다.

3.3. 오스트리아

오스트리아의 바이오가스 플랜트는 총 600개이

며 바이오가스는 매년 2억 6천만∼4억 1천만 Nm3

를 생산하고 있다. 바이오가스의 생산원료로 바이

오폐기물, 하수, 퇴비, 에너지 작물을 사용하고 있

으며, PSA, Amine Scrubber, Membrane 기술 등

을 활용하여 5개소의 정제플랜트를 운용하고 있

다. 천연 가스 배관망으로 공급하는 바이오메탄은



매년 80만 Nm3에 달하며, 수송용 연료로는 매년

30만 Nm3을 사용하고 있다. 향후 바이오메탄의

수송연료 사용 비중을 지속적으로 증가시킬 계획

이다.

3.4. 스위스

스위스는 2009년 기준으로 총 130여기의 바이

오가스 플랜트가 가동 중에 있으며, 연간 생산량

은 약 630만 Nm3로 추산되고 있다. 이 중 총 17개

소에서 바이오메탄 생산 시설이 운영되고 있고,

최대 규모는 300 Nm3/hr급으로써 모두 중소형 규

모 위주로 적용이 이루어졌다. 바이오메탄 생산

시설의 85%는 차량연료 생산하고 있으며 나머지

15%는 천연가스 배관망 공급용으로 사용되고 있

다. 고질화 기술로는 PSA방식 약 70%를 차지하

고 있고, Genosorb Scrubber가 약 25%, Chemical

Scrubber가 나머지 5%를 차지하고 있다. Zurich에

만 모두 5기의 플랜트가 있으며, 1200대의 차량을

운용할 수 있는 바이오메탄을 생산하고 있다.

3.5. 미국

미국의 경우, 2009년까지 정제시설이 적용된 곳

은 총 10개소이며, 이 중 9개소가 매립지 가스를

대상으로 하고 있고 대부분 대용량의 고질화 시설

이 설치되었다. 최대 규모의 시설은 Staten Island

(NY)에 설치된 13000 Nm3/hr급 시설이다. 정제시

설 10개소 중 9개소는 차량연료를 생산하고 있으

며, 1개소만 도시가스 배관망주입을 하고 있다.

PSA법, Membrane법, Selexol법, Krysol법 등 다

양한 정제법이 적용 및 운전되고 있는 것이 특징

이다. 최근에는 Altamont Landfill, 그리고 SWACO

Landfill에서 각각 LNG, CNG 연료를 생산하여

차량연료로 사용하는 실증프로젝트가 진행 중이

며 경제성 확보가 가능한 소규모 바이오가스 정제

및 고질화 시스템에 대한 연구도 병행하고 있다.

3.6. 영국

영국은 기후변화 방지를 위한 온실가스 감축에

적극적으로 대응하기 위하여 바이오메탄을 가정

용 천연가스의 50%를 대체하기로 하였다. 이를

위해 BG (British Gas)사는 2010년에 5개의 바이

오메탄 생산 및 도시가스 배관망 주입 실증사업에

착수하였고, 원료 바이오가스 확보를 위해 템즈강

수처리 기관과 공동사업 협력을 체결하였다. 한편,

영국 기후변화담당 부처는 영국 내 폐기물을 이용

하여 전체 영국 가스수요의 최대 15%를 바이오메

탄으로 대체할 수 있을 것으로 전망하고 있다. 그

리고 영국 민간부문에서도 정부의 이러한 정책에

발맞추어 매립가스를 정제하고 이를 액화한 액체

바이오메탄(LBG)를 생산하여 대형 트럭 연료로

활용하고 있다. 그러나 영국은 천연가스 자동차

보급률이 매우 낮아 바이오연료의 활성화를 위해

서는 천연가스 자동차 보급률 확대가 함께 수반되

어야 할 것으로 보인다.

4. 바이오가스 수송용 연료화 국내 사례

국내에서도 4∼5년 전부터 해외기술을 도입하

여, 서남하수처리장 차량연료화 사업(2010), 수도

권매립지 차량연료화 사업(2011) 등 바이오가스

정제플랜트 사업을 추진하고 있다. 바이오가스 정

제사업은 2009년 대체천연가스에 바이오가스를

포함시키는 법령을 제정하고 2011년 차량연료로

서의 바이오가스 품질기준을 마련하는 등 법적인

기반이 마련되고 있으며 한국가스공사, 현대건설

이 국내 기술로 상용급 바이오가스 정제플랜트 개

발 및 수송용 연료 생산에 대한 실증을 진행하고

있다.

4.1. 한라산업개발

한라산업개발은 수도권매립지 관리공사가 2009

년 8월에 발주한 600 Nm3/hr 용량의 바이오가스

자동차 연료화 사업자로 선정되면서 바이오가스

정제분야에 적극적으로 참여하고 있다. 수도권매

립지에 설치되는 바이오가스 정제 시설은 Xebec

(캐나다)社의 R-PSA (Rapid-PSA)기술을 도입하

였다. 기존 PSA와 달리 하나의 로타리밸브를 채

용해 컴팩트한 것이 장점이다. 메탄 고질화 공정


58 공업화학 전망, 제16권 제2호, 2013

시공사최종

생산물

바이오가스 사용량

(Nm3/hr)

설치지역 CO2/CH4 분리공정 기술공급선 수요처

한라산업개발 CNG 600 수도권 매립지Rapid pressure swing

adsorptionXebec

CNG버스/

천연가스

배관 연결

에코에너지

홀딩스CNG 210

서울

서남하수처리장

Water

scrubbingFlotech CNG 버스

현대건설/한국가스공사 CNG 250 원주하수처리장 VPSA 자체 CNG 차량

Table 6. 국내 바이오가스 수송용 연료 프로젝트 현황

Figure 12. Flotech社의 PWS 공정도.

Figure 13. 서남하수처리장의 정제플랜트.

Figure 11. 수도권매립지 차량연료화 시설.

의 1단에서는 회수율이 80% 초반으로, 회수율을

95% 이상 높이기 위해서는 2단의 R-PSA를 두는

것이 단점이었으나, 최근에는 Vacuum 시스템을

적용하여 1단으로 사용하고 있다.

4.2. 에코에너지홀딩스

국내 최초로 하수슬러지에서 발생하는 소화가

스를 연료(도시가스, CNG 버스)로 전환하는 바이

오메탄 사업을 진행하고 있다. 서울시 서남하수처

리장의 하수슬러지 혐기성 소화조에서 발생하는

바이오가스를 정제 및 고질화하여 차량연료로 이

용하는 사업을 진행하고 있으며, 바이오메탄 서울

(에코에너지홀딩스 70%, SBI 15%, 서남환경 5%,

Greenlane Biogas 10%)의 설립을 통해 2009년 5

월 상업운전을 개시, 하루 2940 m3의 바이오메탄

을 현재 생산하고 있다. 고질화 기술은 Flotech社

의 PWS (Pressurized water scrubber) 방식이 도입

되었다.

4.3. 현대건설

현대건설은 2009년부터 바이오가스의 연료화를

위한 정제 및 고질화기술의 국산화 개발을 목적으

로 바이오가스 정제 플랜트에 대한 시장성 및 기



(A)

(B)

Figure 15. 250 Nm3/h급 상용 바이오가스 정제 플랜트(원

주 하수종말처리장).

(A)

(B)

Figure 14. 20 Nm3/h급 바이오가스 파일럿 플랜트 전처리

시스템(A), VPSA 장치(B).

술수요 조사에 착수하였다. 조사결과를 기반으로

VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption) 방식

의 20 Nm3/h급 바이오가스 정제 파일럿 플랜트를

제작하여 인천청라사업소에 설치, 음폐수에서 발

생하는 바이오가스를 대상으로 2010년부터 운영

을 시작하였다. CO2 분리 공정으로 Xebec社의

R-PSA 장치를 도입하였으나 바이오가스 정제 기

술의 핵심을 외국기술에 의존함으로써 발생하는

문제점(기술의존, 가격경쟁력 저하, 유지보수 관

련 문제)으로 인해 국산 PSA 장치의 개발의 필요

성이 대두되었다. 이에 따라 한국가스공사, 강원

도, 현대건설, 맑은서울자동차의 4개 기관이 공동

으로 2010년에 “바이오가스 차량 연료화 연구”에

착수하였고, 현대건설은 국산 VPSA 장치 및 흡착

제 개발 분야의 연구를 수행하였다.

20 Nm3/h 급 바이오가스 정제 파일럿 플랜트에

서 도출한 설계인자(온도, 압력, 시간)와 시스템을

보완하여 국내 최초로 원주 하수종말처리장에 국

산화된 250 Nm3/h급 바이오가스 정제 플랜트를

건설, 운용 중이다.

5. 맺음말

EU 등의 선진국에서는 바이오가스를 고순도로

정제한 바이오메탄을 천연가스의 일부로 대체할

수 있음을 인식하고 이에 대한 많은 기반연구, 개

술개발 및 실증프로젝트를 통해 현재는 사업 성숙

기에 접어들고 있다. 이에 따라 국내에서도 바이


60 공업화학 전망, 제16권 제2호, 2013

오가스가 정부의 온실가스 감축을 위한 유력한 수

단임을 인식하고 관련법령 제정 등을 통해 확대

보급을 장려하고 있다. 이러한 바이오가스 정제산

업을 활성화 하기 위해서는 첫째, 수송용 연료로

서 바이오메탄의 품질기준을 현실적으로 적용 할

필요가 있다. 국내 수송용 바이오메탄 품질기준

(11년 3월 고시)은 CH4 95% 이상, 불활성가스

(CO2, N2 등) 5.0% 이하, 수분 32 mg/Nm3 이하,

그리고 황분 10 ppm 이하를 만족하여야 하는데

국내에서 운영되는 혐기조의 경우, 노후화 및 미

숙한 운영으로 인해 바이오가스 성분에는 함량의

차이는 있지만 공기가 포함되어 있는 경우가 많

다. 이는 생산된 바이오메탄의 품질저하 요인으로

작용하여(특히 N2 성분) 바이오가스 정제플랜트의

사업성을 약화시키는 원인이 될 수 있다. 따라서

개선 공사 전의 하수(음식물)처리장에서 생산되는

바이오메탄이라 할지라도 차량연료로서 문제가

없다면 바이오메탄 품질기준을 탄력적으로 적용

하여 수송용 연료로서의 활용을 극대화시켜야 한

다. 둘째, 바이오가스 정제사업에 대한 인허가 절

차는 안전성 확보 및 원활한 사업진행을 위하여

체계적으로 구성되어야 한다. 셋째, 사업 확대기에

있는 국내 바이오가스 정제산업에 민간기업이 적

극적으로 참여할 수 있는 여건이 조성되기 위해서

정부는 바이오가스 이용에 대한 인센티브를 도입

하여 협력자, 감시자의 역할을 해야 한다.

이외에도 관련 사업자는 경쟁력 있는 플랜트를

구축, 운영을 통해 정제플랜트의 신뢰성 및 실적

을 확보하여 해외진출의 발판으로 삼을 수 있도록

노력해야 한다.

참 고 문 헌

1. Environmental ministry, UK (2010).

2. J.K. Lee, KGU News, Autumn, 32 (2009).

3. P. Tobias and S. Mattias, IEA Bioenergy Con-

ference (2012).

4. M. J. Torressani, 5th AgSTAR National Con-

ference (2010).

5. M. Christian, Energie-Cités (1999).

6. M. S. Bae, 9th Biogas Forum (2011).

7. Y. K. Lim, Appl. Chem. Eng., 23, 125 (2012).

8. Environmental Ministry, Korea (2011).

9. M. J. Torresani, 15th Annual USEPA LMOP

Conference (2012).

10. D. Fenn, 6th Annual AgSTAR National Con-

ference (2011).

11. P. Erikson, volvo (2007).

12. L. Iriarte, 6th Framework Programme (2007).

13. T. Persson, IEA Bioenergy Conference (2012).

14. NSCA (2006).

15. P. Weiland, Digestate and Biogas Utilization

(2010).

16. DENA (2010).

17. Focus on Biomathane (2012).

18. K. S. Oh, C.H Chang, K.S. Lee, K.D. Kim,

and J. D. Jung, Mechanic Journal, 50, 39 (2010).



오 광 석

2000 중앙대학교 화학공학과 학사

2002 연세대학교 화학공학과 석사

2008 KAIST 화학공학과 박사

2008∼현재 현대건설 연구개발본부

선임연구원

이 교 성

1995 충북대학교 환경공학과 학사


책임연구원

윤 태 범

2006 서울시립대학교 화학공학과

학사

2009 서울대학교 화학생물공학부

석사


선임연구원

김 기 동

1992 한양대학교 화학공학과 학사

1994 POSTECH 화학공학과 석사

1994∼1996 대림엔지니어링 기술연구소

1996∼현재 한국가스공사 연구개발원

책임연구원

오 영 삼

1992 아주대학교 대학원 에너지학

석사

1999 아주대학교 대학원 에너지학

박사

1993∼현재 한국가스공사 연구개발원

책임연구원

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기획특집: 지속가능한 수송용 바이오연료의 개발 · 2014-08-13 · 기획특집: 지속가능한 수송용 바이오연료의 개발 54 공업화학 전망, 제16권