캐나다 산림의 바이오에너지

캐나다의 임산업은 오랫동안 목재 잔여물을 재생가능한 에너지원으로 사용해 왔다. 초기에는 주로 설비 난방에 사용됐던 나무껍질, 톱밥, 목재칩, 가지, 우듬지 같은 공장과 산림의 잔여물들이 오늘날에는 정교한 열병합발전 설비, 목재 제조용 건조 가마, 그리고 목재펠릿·합성가스·셀룰로오스 에탄올·바이오디젤·바이오오일·바이오탄소 등을 비롯해 무궁무진한 새로운 바이오에너지 제품의 원료가 됐다.

목재펠릿: 탁월한 바이오에너지 제품

최근 수 년 동안 크게 각광 받은 바이오에너지 제품은 목재펠릿이다. 목재펠릿은 지름 약 0.65센티미터, 길이 2.5센티미터의 작은 원통 모양으로 압축된 고밀도 목재섬유다. 함수율이 낮아(보통 10% 미만) 매우 높은 연소 효율로 연소가 가능하다. 석탄발전소에서 열병합발전에 사용될 때는 석탄에 사용되는 동일한 분쇄기를 거쳐 용광로에 투입될 수 있다. 이미 유럽의 발전소에서 폭 넓게 사용되고 있으며, 수출용은 물론 산업 및 가정에서의 수요 증가에 따른 내수용으로 캐나다의 여러 대규모 공장에서 생산되고 있다.

사진: 2003년 캐나다 천연자원부 산림청 “캐나다의 산림” 컬렉션

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그 선두주자가 캐나다의 펄프·제지 산업이다. 이 분야에서는 이미 일부 지역의 발열 및 발전에 사용되는 연료의 60%가 바이오매스에 의해 공급되고 있다. 대체연료의 비용이 증가하고 산림업체들이 새로운 발전기술을 활용함에 따라 이 비율은 가까운 장래에 상승할 수 있다. 예컨대 많은 크라프트 펄프 공장이 흑액, 슬러지, 수확 잔류물 연소를 활용한 열병합(폐열 회수)으로 더 많은 전기를 생산하기 위해 복수 (復水) 터빈을 설치하고 있다.

산림에서 생산된 바이오에너지는 다른 분야에서도 주목 받고 있다. 현재 석탄이나 천연가스를 연료로 사용하고 있는 일부 지역의 전력업체들이 전력 생산의 일부를 제조된 목재펠릿으로 충당하기 시작했다. 예컨대 온타리오발전소(OPG)는 현재 100% 갈탄에

의존하고 있는 낸티코크와 아티코칸의 발전소에서 석탄과 목재펠릿을 병행 사용하기 위해 설비 전환을 추진하고 있다.

종합병원 등 발전 설비를 보유한 일부 기관들도 재래 연료에 대한 매력적인 대안으로 바이오에너지에 주목하고 있다. 한 예로 리무스키에서 멀지 않은 가스페 반도에 위치한 퀘벡주 암퀴의 한 병원은 130만 달러를 투자해 난방 시스템을 나무로 불을 떼는 바이오매스 보일러로 전환하는 작업에 착수했다. 이 사업에 필요한 연료의 관리·유지·공급은 마타페디아 산림조합이 담당한다. 초기에는 신규 시스템이 병원에만 난방을 공급하지만 장기적으로는 시의 다른 건물들도 시스템에 연결될 수 있다. 중요한 것은 기존 시장의 쇠퇴에 직면한 현지 산림업계에 보일러 연료

캐나다 산림장관협의회

팩트 시트

공급이 새로운 시장을 창출해 줄 것이라는 점이다.

변화의 원동력이처럼 바이오에너지에 대한 관심이 높아지고 있는 이유는 무엇일까? 업계에 정통한 사람들은 세 가지 요인을 꼽는다. 온실가스에 대한 우려, 지속가능한 산림 관리를 위한 집중적인 노력, 경제성이 그것이다.

에너지 생산에 사용되는 목재 바이오매스는 라이프사이클 전체를 놓고 볼 때 이산화탄소 중립적이다. 나무는 성장기 중 이산화탄소를 흡수한다. 반대로 목재 잔류물이 부패하거나 연소할 때는 이산화탄소를 대기 중에 배출한다. 이산화탄소 재활용 기술이 사용되면 공기 중 이산화탄소가 감소하는

최종 결과가 나온다. 동시에 목재 바이오매스의 사용은 온실가스 발생의 주범인 석탄, 천연가스, 석유 등 탄화수소 사용의 필요성을 감소시킨다. 지구온난화에 대한 우려가 높은 상황에서 산림을 활용한 바이오에너지가 갖는 매력은 자명하다.

지속가능한 산림 관리는 캐나다 공유지에서 행해지는 모든 산림사업의 목적이다. 산림자원의 지속가능한 이용을 촉진하면서 동시에 산림 보전, 야생 서식지, 생물다양성 등 생태학적인 이슈에도 대처하는 것이다. 또한 경제적인 관점에서 지속가능한 산림관리는 비용 절감이나 새로운 수익 창출을 위해 목재 잔류물을 포함한 수확된 모든 재료를 가장 효율적으로

에너지원으로서 목재 폐기물의 가치

재래 방식의 수확 작업에서 발생하는 목재 잔류물은 대체 에너지 솔루션의 중요한 잠재적인 원료다. 캐나다의 대표적인 임업 연구단체 중 하나인 FPInnovations는 캐나다 임산업이 이 잠재력을 활용할 수 있도록, 특정한 산림 관리 구역 내 산림 바이오매스의 공급량과 이를 전환시설로 운송하는 비용을 추산하는 혁신적인 스프레드시트 모델을 개발했다. 이처럼 믿을 만한 숫자를 바탕으로 산림업체들은 정보에 근거한 투자 결정을 내릴 수 있다.

당초 온타리오주에서 사용할 목적으로 개발된 BiOS (Biomass Opportunity Supply)는 이후 지형, 수종, 운송 방법, 비용구조, 기타 요인들이 다를 수 있는 다른 지방에서도 사용되고 있다. 현재는 퀘벡, 앨버타, 서스캐처원, 브리티시컬럼비아에서 사용할 수 있도록 여러 버전의 소프트웨어가 개발되었거나 개발 중에 있다.

BiOS 구조

임분 (林分) 속성

벌목 시나리오

회수시나리

오

인센티브 및 비상사태

공급모듈

비용모듈

결과

0

10

20

40

30

2005 2009

산림 바이오에너지 이용 현황

사용하는 것을 의미한다. 하지만 바이오에너지 생산 같은 용도로 모든 산림 잔류물을 제거하는 것이 언제나 최선의 접근법은 아니다. 지역에 따라 야생 서식지 보존과 토양 영양분의 재생을 위해 임상에 일부 바이오매스를 남겨 두는 것이 중요할 수 있다. 산림 바이오매스의 사용에 대한 지속가능한 산림 관리 결정은 과학에 기반한 접근법을 원칙으로 현장별 특성에 맞게 이루어져야 한다.

경제학은 바이오에너지 개발에 있어 견인차가 될 수도, 걸림돌이 될 수도 있다. 재래 에너지 가격이 낮을 때는 상대적으로 고비용인 바이오연료의 매력도가 떨어질 수 있다. 이 경우 생산업체들은 수확,

생산, 그리고 특히 현재 총 생산비의 약 60%를 차지하는 원료 수송에 대한 보다 효율적인 접근법을 개발함으로써 비용을 최소화해야 하는 적잖은 부담을 안게 된다. 이런 요인들을 성공적으로 관리함으로써 바이오연료가 재래연료에 뒤지지 않는 경쟁력을 갖게 된 경우도 있다. 예컨대 현재 사용되고 있는 한 바이오매스 전환 기술은 유가가 배럴당 17달러(미화) 이하로 떨어지지 않는 이상 경쟁력을 유지한다. 재래 에너지원의 비용이 올라가면 바이오연료의 매력은 대폭 증가할 것으로 예상된다.

캐나다의 산림 바이오매스캐나다의 임산업 활동은 바이오에너지 생산에 적합한 재료를

풍부하게 제공하지만, 산림에서 바이오에너지의 실용화로 향하는 경로는 급속한 변화를 겪고 있다. 과거에는 다수의 펄프 및 제조공장에 호그연료(hog fuel, 열과 전기 생산에 사용 가능한 나무껍질과 기타 목재 잔류물)라고 불리는 부산물을 생산하는 목재실이 있었다. 80년대와 90년대 들어 많은 제지공장이 제재소와 통합되고 목재칩들이 제재소에서 트럭으로 실려오게 되면서 목재실은 자취를 감췄다. 그런데 지난 10여 년의 경제 상황이 이 관계에 변화를 가져왔다. 문을 닫는 제재소들이 늘어나면서 목재칩과 호그연료의 공급이 대폭 감소했고, 이로 인해 산림에서 직접 바이오매스를 취집하는 것에 대한 관심이 높아졌다.

캐나다의 주(州)별 바이오에너지 생산능력

(2008년)

주(州) 메가와트(MW)

뉴펀들랜드 -

프린스 에드워드 아일랜드 2

노바 스코샤 -

뉴브룬스윅 437

퀘벡 267

온타리오 2,021

매니토바 35

서스캐처원 246

앨버타 276

브리티시컬럼비아 1,601

캐나다 4,885

사진: 2003년 캐나다 천연자원부 산림청 “캐나다의 산림” 컬렉션

에너지 생산이 가능한 산림 바이오매스는 다양한 형태로 존재한다. 수송비가 높기는 하지만 벌목 작업 중 회수가 가능한 우듬지, 가지, 솔잎, 나무껍질 등 수확 잔류물이 인기가 높다. 그 밖에도 육림을 위한 간벌, 공공설비의 보호·관리를 위한 수목 제거, 물이끼 토탄 수확, 산불·질병·곤충으로 손상된 산림의 잔류물 등 바이오매스의 원천으로서 가능성이 있는 임산물은 많다. 공장 잔류물은 일반적으로 가장 저렴한 바이오매스의 원천이지만, 보다 효율적인 새로운 처리방법들이 등장해 바이오매스의 장거리 수송비용을 더해도 비용경쟁력이 생기기 시작했다.

현재 목재나 제지에 사용되고 있지 않지만 바이오에너지 생산에 전적으로 적합한 아메리카 낙엽송이나 낙엽송 등 수종의 수확에 대한 관심도 높아지고 있다. 또 다른 방법으로, 전략적 위치의 농장에서 생장이 빠른 수종을 생육하는 것이 언젠가 지속가능한 에너지 바이오매스 생산의 경제적인 방법을 제공할지도 모른다.

비용 문제의 해결산림 바이오매스에서 나오는 바이오에너지를 비용 측면에서 매력적으로 만들기 위해서는 밀도가 낮고 함수율이 높은 재료를 장거리 운송하는 데 소요되는 높은 비용 문제가 해결되어야 한다. 유망해 보이는 3개 전략으로는 분쇄, 압밀 (壓密), 액체연료나 바이오탄소로의 전환이 있다.

분쇄는 깎고 잘게 부수는 과정을 통해 목재 잔류물을 보다 미세한 크기의 입자로 줄이는 것을 의미한다. 압밀은 입자들을 함께 압축해 밀도를 높인다. 좋은 전략은 현장에서 먼저 깎고 부수고 압축한 다음 수송 트럭에 싣는 것이다. 이런 식으로 밀도를 높이면 수송비가 크게 낮아진다. 목재 잔류물을 작은 입자로 줄이고 수송비를 낮출 경우 합성가스와 에탄올 생산, 목재펠릿 제조와 같은 2차 공정의 타당성이 대폭 증가한다.

이동식 바이오 리파이너리를 통해 원료를 액체연료로 전환하는 (탄화공정) 방식으로 보다 큰 폭의 비용 절감이 가능할 수도 있다. 트럭에 장착하는 이 바이오 리파이너리는 열분해 (산소 없이 열에 의한 바이오매스의 분해)를 이용해 에너지 밀도가 높은 액체를 생산하고 이 액체는 처리시설로 수송되어 추가 공정을 통해 다양한

연료 제품으로 전환될 수 있다. 탄화는 열량을 높이고 보다 먼 거리로 에너지를 경제적으로 수송할 수 있는 방법이다. 산림 바이오매스로부터 얻은 에너지가 미래를 위한 엄청난 기회를 제공한다는 점은 분명하다.

다양한 상태의 바이오매스의 부피

출처

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Bulking Factors

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