BIO GAS PLANTS

[Kim byoungil]

1.BIO GAS ENERGY란?

바이오가스(biogas), 생물기체(생물가스)는 산소가 없는 환경에서 유기물이 분해되면서 생산되는 다양한 기체의 혼합물을 가리킨다. 바이오가스는 농업 쓰레기, 두엄, 일반 쓰레기, 식물 물질, 오물, 음식물 쓰레기와 같은 원료로부터 만들어낸다.

생분해성 물질의 발효 과정인 혐기성 박테리아의 혐기성 소화에 의해 만들어진다.

바이오가스는 주로 메테인, 이산화 탄소로 되어 있으며, 적은 양의 황화 수소, 수분, 실록산이 포함될 수 있다.

바이오가스는 천연가스가 CNG로 압축되는 것과 동일한 방식으로 압축될 수 있으며, 전기 자동차를 구동하는데 사용될 수 있다. 이를테면 영국에서 바이오가스는 차량 연료의 17% 정도를 대체할 가능성이 있는 것으로 짐작된다.

Biogas is an environmentally-friendly, renewable energy source produced by the breakdown of organic matter such as food scraps and animal waste. Find out how biogas is produced and and how it can be used to fuel vehicles, heat our homes and to generate electricity.

2. 바이오 연료가 ‘탄소중립 연료’라 불리는 이유!

여기까지 이야기하면 한 가지 궁금한 점이 생길 수 있다. 생명현상을 이용해 만든 바이오 연료 역시 탄소가 포함되어 있기는 마찬가지. 즉, 바이오 연료를 사용해도 이산화탄소가 배출되는데, 화석연료와 무슨 차이가 있느냐는 것이다.

하지만 이 질문은 바이오 연료에 대해 하나만 알고, 둘은 모르는 경우다. 바이오 연료의 의미는‘생산 과정’에서 빛을 발한다. 예를 들어 바이오 연료의 원료 중 하나인 ‘목재’는 나무를 기르고, 그 나무를 베어내면 장작으로 사용할 수 있다. 장작 그 자체는 연료로 사용하면 분명히 이산화탄소를 배출하지만, 나무는 자라는 동안 대기 중에서 이산화탄소를 흡수한다. 결국 나무가 자라나고, 다시 연료로 사용되는 과정을 모두 합쳐서 계산해 보면 배출되는 이산화탄소는 ‘제로’에 가깝다. 이처럼 탄소를 대기 중으로 배출하지도 않고 더 이상 흡수하지도 않기 때문에 바이오 연료를 일컬어 ‘탄소중립 연료’라는 말을 쓰기도 한다.

연료로 쓰일 때는 이산화탄소를 배출할지라도, 그에 상응하는 양의 이산화탄소를 자라는 동안 흡수하는 나무처럼 바이오 연료의 친환경성을 판단하려면 그 ‘생산과정’에 주목할 필요가 있다.

물론, 바이오 연료도 저마다 생산 방식이 다르며, 재처리 및 운송 등의 과정에서 또 다른 에너지가 조금씩 소모된다. 같은 바이오 연료라도 어떤 것은 탄소 배출 면에서 조금 이익을 보기도 하고, 어떤 연료는 손해를 볼 수도 있는 것이다. 그러나, 화석연료를 채굴해 사용하는 것에 비해 친환경적이라는 점은 틀림없는 사실이다.

다시 말해 바이오 연료는 재생이 가능하고 이산화탄소 배출에 중립적이다. 더구나 이렇게 추출한 연료는 성분 조정을 거치게 되면 기존 연료와 사실상 같은 물질이 된다. 예를 들어 기름을 추출할 경우 내연기관 차량이나 선박·항공기 등에 넣어 사용할 수 있다. 주유소 등 기존의 석유 인프라를 그대로 활용하면서도 지구온난화 문제에 대응할 수 있기 때문에 여러 국가도 관심을 나타내고 있다. 특히 온실가스 배출량 감축에 적극적인 선진국, 바이오 연료로 활용할 대량의 식물 재배가 가능한 열대지역 일부 국가들이 중단기적인 목표를 설정하여 이용 확대를 추진하고 있다.

바이오에너지 공급 전망. 2050년 바이오 에너지 사용은 100엑사줄(EJ, 최대 에너지 단위)을 넘어 총 에너지 수요의 거의 20%를 충족할 전망이다. (출처: IEA, Net Zero by 2050, 2021)

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바이오 연료도 ‘세대 차이’가 있다?

초창기의 바이오 연료는 각종 식량작물에서 기름이나 당질을 얻고, 이것을 재처리한 것이었다. 대표적으로 ‘바이오 디젤’이라고 부르는 연료가 있는데, 이는 유채, 콩 등에서 짜낸 기름을 재처리해 만든 것들이다. 현재 국내 주유소에서 시판 중인 디젤 연료에도 일정 비율 바이오 디젤이 섞여 있다. 즉, 우리는 이미 1세대 바이오 연료가 실용화된 세상에 살고 있는 셈이다. 이 밖에 남미 등지에서 알코올을 연료로 쓰는 자동차도 적잖이 볼 수 있는데, 이 역시 사탕수수에서 짜낸 당질을 발효 처리해 만든 1세대 바이오 연료다.

다만, ‘1세대 바이오 연료’는 한 가지 단점이 존재한다. 대부분 사람이 먹을 수도 있는 농작물이라는 점이다. 즉, 식량을 연료로 바꿔 사용하는 셈이 되므로 ‘세계적으로 굶주리는 사람들도 적지 않은데, 이런 방식이 과연 올바른가? ’하는 지적이 나왔고, 이를 해결하기 위해 ‘2세대 바이오 연료’가 등장하기 시작했다. 식물 중 사람이 먹을 수 없는, 다시 말해 농업 또는 임업 과정에서 나오는 부산물(예를 들어 톱밥 등)을 재처리해 연료로 바꿔 사용한 것이다. 하지만 이 경우 재처리 과정에서 적잖은 에너지가 다시 들어가야 하므로 효율성이 떨어진다는 단점을 가지고 있다.

화석연료를 대체할 차세대 에너지원 미세조류.

이러한 1~2세대의 단점을 극복하기 위해 현재 3세대 바이오 연료가 연구되고 있다. 이 바이오 연료는 물에서 자라나는 ‘조류(藻類, Algae)’를 원료로 사용한다. 흔히 녹조나 적조라고 부르는 미생물을 뜻하는데, 이런 미생물은 자라나는 과정에서 광합성을 하며 대기 중의 탄소를 흡수한다. 골칫거리인 녹조, 적조로 에너지를 만드는 것이다. 조류를 에너지로 이용한다고 하니 하천이나 바다에 있는 조류를 그대로 수집한다고 생각하는 경우가 많은데, 바이오 연료로 사용되는 조류는 유전자 편집을 통해 에너지 생산확률을 극대화한 새로운 품종으로, 별도의 공장에서 생산하는 시스템을 각국에서 개발 중이다.

3.  How is biogas produced?

Biogas a renewable fuel that's produced when organic matter, such as food or animal waste, is broken down by microorganisms in the absence of oxygen. This process is called anaerobic digestion. For this to take place, the waste material needs to be enclosed in an environment where there is no oxygen.

Biogas can occur naturally or as part of an industrial process to intentionally create it as a fuel.

3.

Why is biogas beneficial as an energy source?

The biological matter that’s used to produce biogas will naturally decay anyway, so capturing the gases produced by this decay, and using them as an energy source, causes less harm to the environment than allowing them to escape into the atmosphere.

The process of producing biogas is also largely cyclical and fits into an overall sustainable cycle of managing agricultural waste. For example, animal waste produced on a farm can be used to produce biogas, which can then be used to fuel the farm machinery.
 

What sort of waste can be used to produce biogas?

A wide variety of waste material breaks down into biogas, including animal manure, municipal rubbish or waste, plant material, food waste or sewage.
 

Which gases does biogas contain?

Biogas consists mainly of methane and carbon dioxide. It can also include small amounts of hydrogen sulphide, siloxanes and some moisture. The relative quantities of these vary depending on the type of waste involved in the production of the resulting biogas.
 

What can biogas be used for?

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Biogas: 6 fascinating facts1. Biogas is a gas of many names

Biogas is most commonly also known as biomethane. It’s also sometimes called marsh gas, sewer gas, compost gas and swamp gas in the US.

Biogas is a naturally occurring and renewable source of energy, resulting from the breakdown of organic matter. Biogas is not to be confused with ‘natural’ gas, which is a non-renewable source of power.
 

2. Biogas and biomass: the similarities and differences

Biomass and biogas are both biofuels; they can be burnt to produce energy. But biomass is the solid, organic material. Biomass has been used as an energy source since humans first discovered fire and burnt wood, plants and animal dung to create energy.

Today, many power stations run by burning a biomass of compressed wood pellets – a by-product of timber and furniture-making. By replacing fossil-fuel coal, biomass enables renewable electricity to be produced.

When biomass decomposes naturally, or at industrial scale in an anaerobic digester, biogas is produced.

Another way to think of the differences is that biomass is the raw material and biogas is the end product.

3. Biogas is not a new discovery

The anaerobic process of decomposition (or fermentation) of organic matter has been happening in nature for millions of years, even before fossil fuels, and continues to happen all around us in the natural world. Today’s industrial conversion of organic waste into energy in biogas plants is simply fast-forwarding nature’s ability to recycle its useful resources.

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4. Today China leads the world in the use of biogas

China has the largest number of biogas plants, with an estimated 50 million households using biogas. These are mostly in rural areas and small-scale home and village plants.
 

5. In the UK there are 109 biogas plants currently in operation, while the US has over 2,200 sites producing biogas

The first UK biogas plant was built in 2011, with the introduction of the government’s Renewable Heat Incentive scheme. Growth saw its first peak in 2016 when 33 new plants were built, according to the Anaerobic Digestion and Bioresources Association.

In 2020, a Somerset dairy farm owned by Biocow was the first to plug its biogas production directly into the national transmission system.

The US has over 2,200 operational sites producing biogas in all 50 states – 250 anaerobic digesters on farms; 1,269 water resource recovery facilities using an anaerobic digester; 66 stand-alone systems that digest food waste; and, 652 landfill gas projects – according to the American Biogas Council.

They believe the potential for growth in the US biogas industry is huge, calculating that 103 trillion kilowatt hours of electricity could be produced each year; while reducing the emissions equivalent of removing 117 million passenger vehicles from the road.
 

6. Holiday food waste is enough to heat 25,000 homes with biogas

WRAP estimates that UK households, hospitality and food service, food manufacture, retail and wholesale sectors produce around 10 million tonnes of food waste per year. If this was all treated through anaerobic digestion, the industry could generate 11 TWh of biogas – enough to heat 830,000 homes – and cut emissions by 8.8 million tonnes of CO2 equivalent, or 2% of the UK’s annual emissions.

In the Christmas season alone, the UK wastes 270,000 tonnes of food. These leftover mince pies, roast vegetables and Christmas puddings would generate 300 GWh of biogas – enough to heat 25,000 homes – and cut carbon dioxide emissions by 236,000 tonnes.

The United States Environmental Protection Agency (EPA) estimates that over 70 billion pounds (5000000000 stones) of food waste are discarded in landfills each year. 24% of all landfills solid waste is food, which is more than any other material in everyday trash. American waste increases 23% during the holiday season alone and this largely includes food waste. Landfills are the third-largest source of human-related methane emissions in the US, so reducing food waste is an important factor in contributing to reducing biogas emissions.

7. BIO GAS PLANTS?