미국 바이오가스 산업의 발전 현황과 동향

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미국의 바이오가스 산업 발전 현황과 동향 1. 개요 미국의 바이오가스 관련 기술은 유럽 및 중국에 비해 전반적으로 발전 속도가 느립니다. 70년대에는 석유 가격 상승으로 인해 일부 바이오가스 공정 시설의 건설이 이루어졌습니다.1970년부터 1990년까지, 에너지 생산을 주된 목적으로 약 140개의 바이오가스 공장이 건설되었습니다.하지만 시설이 열악하고, 설계가 표준화되어 있지 않으며, 설치도 적절하지 않고 관리도 부실한 등의 문제로 인해, 이러한 초기형 메탄올 발효 탱크들은 대부분 폐기되거나 사용이 중단되었습니다.지난 5년간 전 세계적인 기후 온난화와 화석연료 부족으로 인해, 바이오가스 기술에 대한 관심이 점점 높아지고 있으며, 관련 연구와 시범 프로젝트의 추진도 점차 활성화되고 있습니다.미국 환경보호청(EPA)의 통계에 따르면, 2007년에 정상적으로 가동되고 있던 바이오가스 발전소는 약 111개였습니다. 이들은 대부분 가축 사육장에서 운영되는 바이오가스 발전소였으며, 매년 2억 1,500만 Kwh에 해당하는 에너지를 생산해냈습니다.2007년에 생산된 바이오가스 에너지는 2003년의 3배였습니다.2. 바이오가스 산업 발전의 주요 동력들
2.1 환경 및 에너지적 이점이 미국 내 바이오가스 산업 발전의 주요 원동력입니다. 미국 환경보호청(EPA)의 조사에 따르면, 1990년부터 2005년까지 에너지 및 산업 분야에서 배출되는 이산화탄소와 같은 온실가스의 양은 감소하는 추세였습니다. 반면, 축산장에서 발생하는 메탄과 같은 온실가스의 배출량은 34%나 증가했습니다.왜냐하면 미국 농장의 축산과 재배가 기본적으로 연계되어 있어, 원래는 축산 폐기물이 대부분 야외 저장탱크에 보관된 뒤 토양에 반입되어 비료로 사용되었으며, 이러한 보관 과정에서 많은 양의 메탄과 이산화탄소와 같은 온실가스가 발생했습니다.바이오가스 공정은 온실가스 배출을 최대한 줄이고, 악취 발생을 억제하며, 분뇨 유출로 인한 수자원 오염을 방지하는 등 다양한 환경적 이점을 제공합니다；동시에 활용 가능한 바이오가스(메탄 50-70%) 에너지와 영양가 있는 과학적 연구용 비료를 생산하여 위생 상태를 개선할 수 있다.이러한 바이오가스 프로젝트의 효과와 점점 더 엄격해지는 환경 규제로 인해, 농장주들과 재생에너지 기업들이 바이오가스 프로젝트를 건설하려는 의지가 높아지고 있습니다. 2.2 인센티브 정책
최근, 가축분뇨를 이용한 바이오가스 생산 시설의 건설을 촉진하고 에너지 절약 및 오염 감소를 실현하기 위해, 미국 농무부(USDA), 미국 환경보호청(EPA), 미국 에너지부(DOE)는 함께 AgSTAR 프로젝트를 추진하고 있습니다. 이 프로젝트를 통해 바이오가스 생산 시설 건설에 필요한 정책적, 법적, 기술적, 장비적, 그리고 시장 관련 정보를 제공합니다.미국 연방정부와 각 주들도 바이오가스 공정 개발을 장려하기 위한 프로그램을 마련하고 재정적 지원을 제공합니다.따라서 대부분의 바이오가스 프로젝트는 미국 연방정부의 지원을 받습니다.예를 들어, 2002년에 제정된 『농무부와 각 주의 다양한 인센티브 정책을 규정한 재정 지원법』의 재생에너지 및 에너지 효율 관련 조항인 9006조에 따라 바이오가스 프로젝트에 대한 지원이 이루어졌습니다. 2003년부터 미국 농무부는 혐기성 소화 시스템을 위해 총 3,100만 달러를 지원해왔습니다.미네소타주 농업부의 ‘메탄 생성 혐기성 소화조 대출 프로그램’은 바이오가스 발전 시설을 건설하는 농장주들에게 무이자 대출을 제공합니다.3 미국의 세 가지 대표적인 혐기성 소화 공정 3.1 막을 이용한 혐기성 탱크는 기존의 축분 저장탱크 위에 막을 덮어 메탄가스를 수집하는 방식으로, 유기물 부하가 낮아 일반적으로 0.05-0.2KgCOD/M3.d입니다.수력 체류 시간은 시설의 관리 방식에 따라 60~360일입니다.중온에서 35-40.5℃로 발효하며, 유기물 부하량은 1-10KgCOD/M3·d입니다.수력 체류 시간은 5-20일이며, 분뇨의 TS 농도는 3-10%입니다.현재, 독일에서 개발된 가스 생산 및 저장이 일체화된 혐기성 탱크의 새로운 기술은 미국 위스콘신을 비롯한 농업 지역의 목장들에서 활용되고 있습니다. 저렴한 비용과 신뢰성 높은 성능 덕분에 이 기술은 점차 주류가 되고 있습니다.3.3 셀플로우형 혐기성 소화기는 좁고 긴 형태의 지하 철근콘크리트 구조물로, 온도를 높이기 위한 것입니다. 일반적으로 윗부분에는 단일 막이 있어 메탄가스를 수집합니다.중온인 35-40.5℃에서 발효를 진행하며, 유기물 부하량은 1-6KgCOD/M3.d입니다.수력 체류 시간은 18-20일이며, 분뇨의 TS 농도는 5-13%입니다.소 농장의 분뇨 처리에 자주 사용되지만, 모래가 섞인 분뇨에는 적합하지 않습니다.800두 규모의 젖소 농장용 분뇨 흐름식 혐기성 소화기.공사 비용이 저렴하고 관리가 용이하다는 장점 때문에 이 방식은 미국에서 주로 사용되는 혐기성 처리 공법이 되었습니다. 흐름형, 전혼합형, 막을 씌운 혐기성 탱크는 각각 전체 메탄가스 생산 시설의 58%, 27%, 19%를 차지합니다.다른 곳에서도 일부 농장들이 돼지 분뇨 오수를 처리하기 위해 ASBR과 UASB 공정을 사용하고 있습니다. 4 미국의 바이오가스 산업 발전에 있어서의 주요 장애물들 현재, 미국의 바이오가스 산업 발전은 경제적, 기술적, 정책적, 사회적인 측면에서 여러 가지 장애물에 직면해 있습니다. 4.1 경제적 측면에서: 화석연료를 이용한 발전 비용은 매우 낮습니다(평균 0.09달러/Kwh). 반면, 바이오가스를 이용한 발전의 경우는 투자 수익률이 낮습니다(0.05–0.11달러/Kwh). 또한 투자 규모가 크고, 재정적 인센티브도 부족합니다. 그리고 전력회사와의 계약 기간에 관한 문제도 있습니다. 4.2 기술적 측면에서는: 슬러지를 소우의 바닥재나 퇴비로 재사용할 때 위생 기준을 지속적으로 준수하는 문제가 있습니다. 또한 기술적 위험도 상당합니다(농장주들이 복잡한 메탄가스 시스템을 운영하고 유지보수할 능력이 부족하다는 점, 토양에 투입된 발효액 내의 인 함량 감소 문제, 가스 생산량 증대와 관련된 문제 등이 있습니다).4.3 제도적 측면에서: 미국의 목장들이 분산되어 있고 독립적으로 운영되기 때문에, 효율적으로 운영될 수 있는 집중형 바이오가스 공정을 구축하기가 어렵습니다. 또한, 탄소 및 그린 크레딧 거래 제도도 제대로 시행되지 않고 있습니다.5. 바이오가스 관련 신기술의 발전 5.1 바이오가스의 개발 및 활용을 위한 새로운 방식들.8,600마리의 돼지 분뇨 오수를 처리하는 막입형 혐기성 저수지의 체류 시간은 짧습니다.분뇨 TS 농도 0.5-3.0%.주로 돼지 분뇨 오수 처리에 사용됩니다. 과학 연구 Scientific Research 미국의 유기성 폐기물을 이용한 바이오가스 생산의 새로운 방식 undefinedemsp;5.2 재생천연가스 기술 미국의 천연가스 가격은 여전히 바이오가스를 생산하는 데 드는 비용보다 3~5배 더 높습니다. 따라서, 메탄 함량이 50%-70%인 바이오가스를 메탄 함량이 94-98%인 천연가스로 정제·개선하는 것이 상업적으로 수익을 창출할 수 있는 방안이 됩니다.현재 북미에서 가장 큰 재생천연가스 처리 공장인 텍사스주의 허커베이 리지 습지에서 생산된 가스는 정제 및 압축을 거쳐 고순도 메탄으로 전환된 뒤 천연가스 파이프라인에 공급되고 있습니다. 이 공장은 2008년 10월에 가동을 시작했습니다.10,000마리의 젖소 분뇨를 처리하는 데 총 1,200만 달러의 투자가 필요하며, 매년 20만 톤의 탄소 크레딧을 얻을 수 있을 것으로 예상됩니다.5.3 고농도 혐기성 건조 발효 기술: 캘리포니아 대학교 데이비스 캠퍼스의 장루이홍 교수가 연구개발한 이 기술은 하루에 8톤의 식품 폐기물 및 기타 유기성 폐기물을 혐기성 건조 발효 방식으로 처리할 수 있습니다. 이 시험 공장은 2007년 10월에 가동되기 시작했습니다.고농도의 다양한 유기물에 고온 혐기성 단계별 발효 시스템을 적용하면, 가스 생성률이 높고 발효 후 남는 물질의 양이 적다는 장점이 있습니다.현재, 생산적 규모의 혐기성 공정이 개발 중에 있습니다.5.4 습지 가스 연료전지 발전 기술 – 미네소타 대학교의 필립 굿리치 교수는 2005년에 하우벤시엘드에서 소 사육장에서 나오는 습지 가스를 활용하여 5KW급 수소 연료전지 발전기를 성공적으로 개발했습니다.이 발전기는 소음이 적고 오염이 없다는 장점이 있지만, 발전 비용이 높고 크기가 크다는 단점이 있습니다. 6 몇 가지 제언 총괄적으로 볼 때, 중국의 바이오가스 산업 발전의 실제 상황을 고려하여, 우리나라의 바이오가스 산업이 더욱 좋고 빠르게 발전할 수 있도록 하기 위해, 필자는 몇 가지 방면에서 노력할 수 있다고 생각합니다.첫째, 재생에너지 육성 정책을 보완하여, 바이오가스 사업이 가진 에너지 절약 및 온실가스 감축이라는 공익적 효과와 환경적 이점을 고려해 재정 지원과 저리 대출을 더욱 확대해야 합니다.동시에 국내 바이오가스 프로젝트의 탄소 신용 감축 시장 거래 정책을 연구하여 마련한다.둘째, 바이오가스 생산을 위한 새로운 기술과 장비의 연구개발을 강화하여 산업화, 대규모화, 표준화를 실현하고, 발효 탱크의 조립성을 높여 품질을 개선하며 공사 비용을 줄이는 것입니다. 셋째, 다양한 원료를 사용한 고농도 혼합 발효 기술에 대한 연구를 통해 가스를 생산하는 데 필요한 원료를 충분히 확보하고, 설비의 가스 생산 효율을 높이는 것입니다.바이오가스 공정을 집중화되고 대형화된 방향으로 발전시켜, 공정의 경제성과 에너지 효율을 높인다.넷째는 바이오가스의 상품화 능력을 향상시키는 것입니다.메탄가스 발전의 전력 공급 장애를 해소하고, 전기요금 보조금을 실시한다.바이오가스를 정제·압축하여 고순도 메탄으로 만든 뒤 천연가스관에 주입하거나 차량용 연료로 활용하는 기술을 연구개발함으로써, 바이오가스의 고부가가치화를 실현하고 에너지 효율성을 높인다.다섯째는 양식업과 재배업의 산업 구조를 보완하고 합리적으로 계획하여, 재배와 양식의 균형을 이루도록 하는 것입니다. 이를 통해 습지에서 나오는 액체와 고형물을 효과적으로 활용할 수 있으며, 운송 비용을 줄이고 효율성을 높일 수 있습니다.