미세조류 바이오 연료 생산에 따른 경제・환경에 대한 파급효과 분석/산업연구원 과학기술·학술정책연구소

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미세조류 바이오 연료 생산에 따른 경제・환경에 대한 파급효과 분석

미세조류 바이오 연료 생산에 따른 산업・환경에 대한 파급효과 분석

□ 조사 개요

◦    석유 자원 고갈을 배경으로 환경 부하와 에너지 보안의 관점에서 식량 생산과 경쟁하지 않는 미세 조류를 원료로 하는 제 3세대 바이오 연료의 실용화에 기대가 모아지고 있음.

◦ 항공기용 제트 연료의 대체로는 중량 에너지 밀도와 체적 에너지 밀도가 기존 제트 연료와 동등한 점에서, 환경 부하가 낮고 기술 연속성이 뛰어난 바이오 연료가 유력시되고 있음.

□ 미세 조류를 이용한 바이오 연료 생산 방법

◦    미세 조류를 이용한 바이오 연료 생산은 원료로 하는 미세 조류의 종류뿐만 아니라 배양, 수확, 탈수 · 건조, 추출 · 분리, 정제 등의 공정에서 다양한 기술적 대안이 존재함. 여기에서는 상세히 검토가 이루어지고 있는 간이 포토 바이오 리액터 (Photobioreactor : PBR) 방식과 대규모 개방지(開放池) 방식을 예로 기존의 산업 연관표를 확장하고 경제와 환경에 대한 파급 효과를 분석함.

◦    간이 PBR 방식과 대규모 개방지 방식의 바이오 연료 생산 시설의 면적은 각각 도쿄돔의 4 배와 530배에 해당하는 규모로, 간이 PBR 방식은 플라스틱 파이프 대신 저렴한 플라스틱 필름의 튜브를 이용함. 간이 PBR 방식의 경우, 오염 등의 문제가 발생하기 어렵기 때문에 성장 속도가 빠르며 유지 함량도 비교적 높은 미세 조류가 생산 가능 할 것으로 가정함.

□ 미세 조류를 이용한 바이오 연료 생산에 의한 경제 · 환경에 대한 파급 효과

◦    확장 산업 연관표에 의한 생산 유발액의 산업 부문별 분석

-   간이 PBR 방식에서는 ‘플라스틱 제품’, ‘화학 기계’, ‘펌프 및 압축기’ 등의 장비에 의한 생산 유발액이 크며, 대규모 개방지 방식에서는 ‘기타 토목 건설’에 의한 생산 유발액이 크게 두드러짐. 간이 PBR 방식의 경우 플라스틱 필름 등 소재 산업과 장치 산업에 파급 효과가 크게 있을 것으로 나타난 반면, 대규모 개방지 방식의 경우 토목 공사에 파급 효과가 집중될 것이라는 차이점이 드러남.

-   각종 장치의 운전에 전력을 사용하기 때문에 간이 PBR 방식과 대규모 개방지 방식 모두 사업용 발전 부문의 생산 유발액이 크다는 점이 공통됨. 대규모 개방지 방식에서는 대량의 물을 사용하기 때문에 ‘상수도 · 간이수도’ 부문의 생산 유발액이 크다는 특징이 있음.

◦    확장 산업 연관표에 의한 CO2 배출량 산업 부문별 분석

-   간이 PBR 방식에서는 ‘선철 (pig iron)’, ‘사업용 화력 발전’ 부문의 CO2 배출량이 많고 대규모 개방지 방식에서는 ‘시멘트’, ‘선철’, ‘사업용 화력 발전’ 부문의 CO2 배출량이 많음. ‘선철’의 CO2 배출량은 간접 4차 이후에 나타나기 때문에 철강을 사용하는 다양한 산업 부문의 CO2 배출 요인이 될 것으로 추측됨. 대규모 개방지 방식에서는 ‘기타 토목 건설’ 부문에서 대량의 시멘트가 사용되기 때문에 ‘시멘트’ 부문에서의 간접 2차·3차의 CO2 배출량이 많다는 특징을 확인할 수 있음.

-   간이 PBR 방식과 대규모 개방지 방식 모두 시설 설비는 전력으로 운영되기 때문에 ‘사업용 화력 발전’ 부문의 CO2 배출량이 두드러짐.

-   지속적으로 CO2 배출량 삭감을 중시할 경우, 시설 건설비용은 증가해도 태양광 발전과 풍력 발전 등 신 재생 에너지 발전 시설을 병설하거나 또는 미세 조류로부터 얻어진 잔류 물질을 연료로 이용하는 열에너지 시스템의 도입도 검토 과제라고 할 수 있음.

□ 잔류 물질 이용을 포함한 바이오 연료 생산의 감도 분석(sensitivity analysis)

◦    바이오 연료의 생산량 향상

-   바이오 연료의 생산량을 향상시키기 위해서는 성장 속도가 빠르고, 유지 함유율이 높은 미세 조류의 생산이 적당함. 바이오 연료 생산시 발생하는 잔류 물질은 미세 조류에서 바이오 연료가 되는 유분을 제외한 성분이기 때문에, 유지 함유량이 낮을수록 잔류 물질 생산량 증가

◦    잔류 물질 이용을 포함한 바이오 연료 생산에 의한 생산액 향상

-   바이오 연료 및 잔류 물질로부터 생산된 고형 연료와 사료의 생산액을 비교하면 동일한 성장 속도, 유지 함유율일 경우, 바이오 연료와 사료를 합한 생산액이 큰 것을 알 수 있음.

-   미세 조류의 성장 속도, 유지 함량과 생산액의 관계에서 생산액을 향상 시키려면 유지 함량이 높지 않아도, 성장 속도가 빠른 미세 조류에서 바이오 연료를 생산, 잔류 물질로부터 부가가치 높은 사료를 생산하면 된다는 것을 알 수 있음. 결과적으로 유지 함유율보다 성장 속도가 빠른 미세 조류를 이용한 바이오 연료 생산으로부터 큰 경제 효과를 기대할 수 있음.

◦    잔류 물질을 포함한 바이오 연료 생산에 따른 CO2 배출 감축량의 향상

-   기존의 화석 연료를 바이오 연료로 대체함으로써 CO2 배출량은 감소됨. 바이오 연료 및 잔류물로부터 생산된 고형 연료와 사료에 의한 CO2 배출 감축량을 비교하면 동일한 성장 속도, 유지 함유율일 경우, 미세 조류로부터 바이오 연료와 고체 연료를 생산하는 것이 CO2 배출 감축량이 큰 것을 확인할 수 있음.

-   이러한 감도 분석으로부터 목적에 따라 효과적인 미세 조류 바이오 연료 생산의 잔류물 이용 방법이 선택 가능해짐.

<자료출처 및 원본 바로가기>

과학기술·학술정책연구소

http://www.nistep.go.jp/wp/wp-content/uploads/NISTEP-DP126-FullJ.pdf

2016.01.22

산업연구원