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ISSN : 2093-2332(Print)
ISSN : 2287-5638(Online)
Journal of Korea Society of Waste Management Vol.35 No.7 pp.571-586
DOI : https://doi.org/10.9786/kswm.2018.35.7.571

Trends of Green Policies of Biogas Renewable Technology using POME in Malaysia

Young Gyu Park
Department of Chemical Energy Engineering, Daejin University

First author and Corresponding author : Young Gyu Park, Prof., Daejin University, ypark@daejin.ac.kr , 031-539-1994
16/06/2018 23/08/2018 30/08/2018

Abstract


The Malaysian biogas upgrading technologies and policies were examined. In Malaysia, the regulation of palm oil mill effluent (POME) has been enforced to reduce the biochemical oxygen demand to 20 ppm and the biogas capture in the palm oil mills have been recently enforced for renewable energy. A huge amount of organic waste is produced from POME, and 80 million tons from palm oil trees, every year. Due to the renewable energy trends, the Malaysian government is modifying the use of biogases as fuels in favor of their conversion into compressed natural gas (CNG) and other chemicals; various green policies are being promoted because of many advantages of the organic substances. The Korean policies for biogas are a good model for exporting environmental plants after upgrading the digestion and purification technologies. Therefore, this article introduces the current status of POME and biogas production in Malaysia, it could encourage creating a new market for biomethane.



말레이시아 팜오일폐수 POME(Palm Oil Mill Effluent)를 이용한 바이오가스 신재생에너지기술 그린정책 동향

박 영 규
대진대학교 에너지환경공학부 화학에너지공학과

초록


    Daejin University

    I. 서 론

    대한민국은 경제성장과 에너지 소비량 증가는 밀접 한 관계가 있는 데, 1990년 이후의 국민총생산량이 연 평균 5.9%씩 증가함에 따라서 에너지 소비증가율은 연평균 6.9%를 기록하였다. 2011년 기준으로 1인당 에 너지소비량은 4.9 TOE이며, 1인당 온실가스배출량의 경우 일인당 2.93탄소톤을 나타나고 있어 1990 ~ 2011 년 사이 평균 4.7%의 증가량을 보이고 있다. 이러한 상황에서 만일 선진국과 같이 온실가스 감축 목표를 받게 되면 에너지 사용규제는 필연적일 것이다. 이는 에 너지 집약형 산업의 비중이 높은 우리나라로서는 경제 발전의 커다란 장애요인으로 작용할 가능성이 높다.

    또한, 온실가스 감축의무를 가진 선진국들은 자국의 산업보호와 에너지 소비량 증가를 막기 위하여 무역규 제형 산업부문에서 국제협회 등을 비관세 무역장벽과 같은 형태를 검토하고 있다. 교토의정서가 발효됨에 따 라 2013년 이후의 온실가스 감축방안이 자연스럽게 논 의 될 것으로 보이며, 이에 따라 우리나라 등 선발 개 도국은 지구온난화를 유발하는 대기 중의 온실가스 농 도를 적극적으로 줄여야 한다. 온실가스의 대부분은 에 너지 사용의 결과로 발생하므로 에너지 사용량을 줄이 기 위한 에너지 절약 및 이용효율 향상이야 말로 기후 변화를 완화시킬 수 있는 기본적인 방안이라 할 수 있 다. 이에 대부분의 선진국들도 기후변화 방지를 위하여 에너지 절약산업과 효율 향상 위주로 정책의 틀을 짜 고 있으며 신재생에너지 및 저탄소연료사용 확대 등에 도 관심을 갖고 적극적으로 추진하고 있다.

    신재생에너지 기술개발도 기후변화협약에 대한 장기 적인 대책으로 동남아시아에서 사업화를 추진할 필요 성이 있으며, 신재생에너지 기술개발 등 기후변화협약 에 능동적으로 대처할 수 있는 대응책이 필요하다. 이 러한 상황에 대비하고 저탄소 정책을 해외국가마다 제 도적으로 보급할 필요가 있다. 국내외 신재생에너지 자 원으로서는 태양에너지, 풍력, 지열, 바이오매스, 일반 폐기물 그리고 유기성폐기물 등이 있다. 이 가운데 개 발 가능 잠재량 대비 잠재량이 가장 높은 것은 태양에 너지, 바이오매스, 폐기물의 순으로 평가되고 있다. 일 반폐기물의 경우 최근 다이옥신과 같은 오염물질의 유 발로 인해 여러 가지 장애요인이 많이 남아 있다. 이와 달리 바이오매스의 경우 농산 부산물, 임산폐기물, 목 초, 동물의 배설물 등으로서 재생가능 한 유기물질은 최근에 이르러 온실가스의 감축 및 환경오염의 방지, 그리고 신재생에너지의 개발이라는 효과를 달성할 수 있기 때문에 실용화를 위한 노력이 경주되고 있다.

    이러한 바이오매스를 적절히 에너지로 전환하는 경 우 산업 및 농업시설에서의 냉난방용 에너지원으로, 더 나아가서는 녹색 마을단위의 에너지원으로 활용하여 농업생산력의 제고 및 국가차원의 신재생에너지개발 및 온실가스 감축의 효과를 기대할 수 있을 것이다. 그 러므로 저탄소 녹색도시의 성패는 신재생에너지 기술 과 그 기술을 저탄소 녹색도시에 어떻게 접목하는 가 가 중요한 이슈가 될 것이다. 그중에서도 바이오 가스 에너지의 경우는 저탄소 녹색도시에서 쉽게 접목이 가 능하고 이를 통해서 탄소중립소재를 활용하여 현재 사 용하고 에너지원에서 발생하는 CO2 배출량을 저감할 수 있는 방안으로 바이오에너지별 적용하고 져 한다. 따라서 향후 말레이시아 지역 내에서 발생하는 바이오 매스인 팜오일 폐기물 등의 바이오에너지원을 재활용 한 신재생에너지 등의 기술적용을 통하여 실제 CO2 배출량을 저감할 수 있는 방안의 일환으로 말레이시아 와 같은 열대국가에 다량의 바이오매스를 발생하기 때 문에 이를 적절히 에너지화하는 연구를 시도하기 위해 서는 본 논문과 같은 유기성폐기물의 현황파악과 기술 수준 및 정책동향을 이해하는 것이 중요하며 이를 위 한 연구조사결과를 논문으로 발표하기에 이르렀다.

    현재 말레이시아 등 바이오가스 시장은 유기성 폐자 원이 무궁무진하며 이를 이용한 재생에너지 정책이 국 가적인 과제이므로 이를 타개하기 위한 연구 및 시장 개척이 중요하다. 말레이시아는 정부를 중심으로 개발 제품의 판매를 시작으로 베트남, 인도네시아 등 동남아 시아 전역으로 확대하기 위한 선도적인 위치에 있기 때문에 이에 대한 기술개발의 판매를 확대할 수가 있 다. 또한, 신재생에너지의 CNG(Compressed Natural Gas) 공정전환은 환경산업의 제품 생산량 및 수출증가 로 이어져 대기오염방제를 통한 지역경제 활성화에 크 게 기여할 것이다.

    II. 말레이시아에서 유기성폐기물현황

    1. 말레이시아의 팜오일 생산현황

    1.1. 말레이시아 내 지역별 팜오일공장 분포 및 팜오일 현황

    말레이시아에서는 팜오일공장은 크게 3지역으로 나 누어 위치하고 있다. 말레이반도, 사바, 사라 이며 그 들의 주요면적 및 팜오일 공장의 수는 Table 1과 같다. 팜오일공장은 다음과 같이 나누어 분류할 수가 있다. 국영기업인 Felda(13%), Felcra(3%), Risda(1%), state Goverment Agencies(6%), 사기업(62%), dependent Smallholders(15%)로 구성되어 있다. 여기서 FELDA, FELCRA, RISDA는 연방정부 업체이며 각 연방정부의 토지를 개발시킬 책임이 있다. 이러한 지방정부의 국영 업체들은 중앙정부의 LEMBAGA KEMAJUAN PERTANIAN PAHANG(LKPP), PERSATUAN PELADANG NEGERI JOHOR(PPNJ)와 다른 기관의 감시 를 받는다. 팜오일공장은 개인사업자가 대부분이며 기 업의 규모별로 다양크기를 갖는다. 대표적인 예로는 Sime Darby, Tradewinds Platation, IOI Plantation, United Plantation, Tabung Haji Plantation 등이 있다1).

    현재 말레이시아는 세계에서 두 번째로 큰 팜 오일 공급국으로, 작년 수출액은 495억 링깃(약 150억 달러) 규모이며, 세계 각지 150여 개국에 수출한다. 이는 2015년 수출액인 782억 링깃에서 18% 감소한 수치이 다. 참고로 현재 CPO(Crude Palm Oil) 가격은 톤당 2,500링깃(1링깃 = $0.42: $1,050, 1,1800,000원)으로 2015년 가격인 CPO가격 평균은 톤당 2,856링깃으로 책정되었다. 최근들어 팜 오일 생산량과 주가가 하락하 고 있지만 팜 오일 가격도 톤당 2,500링깃이나 말레이 시아의 CPO가격은 향후엔 더욱 상승할 것으로 예상된 다. 올해 말레이시아의 팜 오일 생산은 1,760만톤으로 줄어들 것으로 예상된다. 이는 세계적인 경제동향으로 인한 오일가격 변동현상과 정부의 재구성프로구램 (Replanting Program)의 영향, 그리고 저생산 주기가 동시에 겹침으로 인해 2015년 10월 재정부가 예측한 1780만톤보다 낮은 수치이다. 특히, 엘니뇨 현상 등으 로 인해 2018 ~ 2019년은 전체 생산량은 전년도에 비 해 10% 이상 줄어들 것으로 예상된다.

    팜 오일과 팜 커널 오일은 세계 식용 오일의 38.2% 를 차지하는 주요한 제품이다. 전세계 식용유시장에서 콩이 차지하는 분율은 27.8%를 기록하며 그 다음을 기 록하고 있다. 팜 오일 농장지역은 세계 농장지역의 5.5%를 차지하며 이는 콩이 44.3%를 차지하는 것에 비해 작은 편이지만, 작은 지역에 비해 생산성이 높으 므로 팜 오일 산업의 지속성 또한 높다고 할 수 있습니 다. 팜 오일과 팜 커널 오일은 세계 식용 오일 생산의 38.2%를 차지하지만 이에 비해 콩은 약 7.8%의 낮은 비율을 차지하고 있다1).

    2. 팜오일 폐기물 현황

    2011년에 발표된 국가 바이오매스전략 2020(National Biomass Strategy 2020)에 따르면 2020년까지 말레이 시아의 팜산업 관련 바이오매스가 순조롭게 증가할 경 우 최대 1억1,000만톤까지 늘어날 것으로 전망된다.팜 산업 관련 바이오매스의 75%가 나뭇잎 및 나무 몸통 으로 이는 팜 농장에서 발생합니다. ‘국가 바이오매스 전략 2020’에 따르면 살균 및 착유과정에서 발생한 부 산물 POME은 2010년 6,000만톤에서 2020년 7,000만 ~ 1억1,000만톤까지 증가할 것으로 예상된다. 여기서 POME은 바이오가스를 만드는 주원료이다.

    팜산업 관련 바이오매스가 현재 8,000만톤에서 2020 년까지 1억톤 수준으로 늘어날 것으로 예상되는 만큼 말레이시아 정부 및 관련 업계에서는 팜산업에서 발생 하는 바이오매스를 효과적으로 활용하는 데 관심이 매 우 높다. 팜산업에서 발생하는 바이오매스를 활용하는 방식은 크게 ▲ 제품으로 활용하는 방식 ▲ 에너지로 활용하는 방식으로 나눌 수 있다. 제품으로 활용하는 방법은 팜산업에서 발생한 바이오매스를 비료, 바이오 플라스틱, 펄프, 사료, 흡착제 등으로 사용하는 방식이 며 에너지로 활용하는 방식은 바이오매스를 펠렛, 바이 오에탄올, 바이오오일, 바이오가스 등으로 전환해 에너 지효율을 높여 사용하는 방식을 말한다. 현재 말레이시 아에서 사용하는 잔유 팜오일을 추출하기 위한 방법은 스크류 프레스를 이용하는 방법이 이용되고 있다. 말레 이시아의 기후조건은 강우량이 연평균 200-250리터이 며 연중 열대기후를 갖고 있으며 바이오매스가 상당히 많은 것으로 보고되고 있으며 그들의 양은 Table 2와 같다2-3). Table 2에서 보듯이 팜오일나무의 경작면적은 매년 줄어 들고 있지만 전체 CPO(Crude Palm Oil)의 생산량은 증가하고 있다. 이는 도시의 팽창으로 경장면 적은 다소 감소하였지만 생산기술의 발달과 생산효율 의 증대로 실제적인 팜오일 생산량은 증가하고 있고 이러한 추세는 지속될 것으로 여겨진다.

    현재 말레이시아 팜유 산업은 말레이시아의 GNI (Gross National Income)에 4번째로 기여도가 큰 산업 이며, 2010년 598억링기트의 팜유 및 팜부산물을 150 여개국에 수출하고 있다. 팜유는 최근 몇년동안 바이오 산업의 주원료로 사용되면서 한국기업들도 현지진출에 관심을 보이고 있으며 최근의 말레이시아에서 발생하 는 팜부산물의 생산량은 Table 3과 같다. Table 3에서 보듯이 대부분의 팜오일나무는 팜오일 생산에 적용되 고 있고 팜오일 생산 후 발생하는 폐기물로서 EFB, 섬 유질, 팜오일껍데기 등이 발생하고 있음을 나타내고 있 으며 이 밖에도 패디, 설탕 등의 팜오일과 관계가 적은 생산품으로 생산되고 있음을 보여 주고 있다.

    III. 말레이시아의 녹색그린 정책

    1. 말레이시아의 녹색그린정책

    1.1. 말레이시아 POME(Palm Oil Mill Effluent) 혐기 소화시 CDM(Clean Development Mechanism)사업에 대한 조사

    말레이시아에서 POME와 EFB(Empty Fruit Bunch) 를 혐기소화하는 경우에 얻어질 수 있는 수익은 전기 생산, 비료 그리고 CER(Carbon Emission Reduction) 일 것이다. 54톤의 EFB를 시간당 혐기소화하는 경우 에 전기생산으로부터 얻어질 수 있는 수익은 일년에 80만불이고 말레이시아에서 전기판매비는 kWh당 0.106$일 경우에 전기생산량 7.5 GWh에서 계산된 것 이다. 비료생산은 질소 579톤, 인 151톤, 칼륨 761톤에 서 계산된 비료값은 1백5만불로 계산되었다. CDM 사 업으로 CER을 판매하였을 경우에 10년에 528만불로 예상되었으며 이는 팜오일 밀공장에서 1년에 37만톤의 이산화탄소를 줄일 수 있다고 생각하였으며 이는 이산 화탄소 1톤당 14.2불의 CER가격을 적용하여 UNFCCC CDM사업에 인증을 통해 계산된 금액이다. 이상의 바 이오가스 사업을 통해 얻어지는 수익은 10년에 IRR (Internal Rate of Return)은 32% 얻어지는 것으로 나타 났다1-3).

    1.2. 2020년까지 전력원의 7.8%를 신재생 에너지로 공급

    2015년 전력공급원의 5.5%를 신재생에너지가 차지 하고, 말레이시아의 5개년(2016 ~ 2020년) 개발계획인 제11차 Malaysia Plan에는 2020년까지 신재생에너지 의 전력공급원 비중을 7.8%(2080MW)로 늘리는 것을 목표로 설정하고 있다. 참고로 제9차 Malaysia Plan 기 간(2006 ~ 2010년)에 신재생에너지가 차지한 전력원 비중은 1.8%이었다. 에너지 녹색기술 수자원부는 현재 신재생에너지 구성을 바이오매스(38%), 고형폐기물 (17%), 소형수력발전(24%), 바이오가스(12%), 태양광 (9%)로 추정하고 있다3-6).

    2. 말레이시아의 녹색기술정책

    말레이시아는 2009년 녹색기술정책(National Green Technology Policy)을 제정해 그린산업을 국가 경제의 성장동력으로 키우고 지속 가능한 산업화를 장려하고 있다. 녹색기술정책의 5대 목표는 아래와 같다. 경제성 장에 있어 에너지소비 최소화할 수 있는 기술정책을 펴고 있고 녹색기술산업 육성하고 녹색기술의 세계적 경쟁력 확보를 위한 국가 차원의 기술개발 및 혁신 유 도하고 있다. 더욱이 지속가능한 경제성장과 차세대를 위한 환경 보존을 최대시 하면서 녹색기술에 대한 공 공교육 확대 및 활용 장려를 위해서 2009년에 에너지 녹색기술 수자원부 및 Malaysia Green Techology Corporation 창설하였다6).

    3. 정부장려에너지 지원법

    3.1. 신재생에너지법(Renewable Energy Act)

    2011년에 의결된 말레이시아 신재생에너지법(RE Act 2011)은 말레이시아에서 생산된 신재생에너지 재 구매의 가격확립에 관한 내용을 담고 있다. 동 법안은 신재생에너지를 이용한 전력생산을 늘리고 환경을 보 존하는 방식으로 말레이시아의 에너지독립성확보를 목 표로 한다. 발전차액지원(feed-in tariffs)은 2011년 12 월 1일자로 적용되었다.

    3.2. 말레이시아 팜오일 바이오매스 이니셔티브 프로그램

    2011년 6월 말레이시아 총리 나지브 라자크(Najib Tun Razak)는 첨단기술 민관공사(MIGHT) 산하에 과 학혁신자문위원회(Global Science and Innovations Advisory Council) 신설을 공표했다. 이 기관의 주요목 표 가운데 하나는 바이오 에너지의 재활용을 늘려 2020년까지 1,000억링깃 상당의 추가수익을 창출하는 것이다. 말레이시아 정부는 관련프로젝트를 두고 여러 말레이시아기업들과, 특히 말레이시아 1,2위 팜오일생 산업체인 Sime Darby Berhad, Felda Holdings Berhad 와 긴밀한 협력관계를 제휴하고 있으며 MBI(Malaysia Biomass Initiatives) 프로그램은 이와 같은 정책적 의 지를 잘 반영하고 있다. 말레이시아 바이오매스이니셔 티브는 팜오일을 통해서, 장기적으로 바이오매스 확대 를 꾀하고 있으며 말레이시아 정부는 바이오가스 발생 시설을 증가시키는 시설을 독려하고 있다. 이 경우에 말레이시아 내 정부 조직인 MPOB(Malaysia Palm Oil Board)는 2014년 439개소의 바이오가스 시설을 존재 하는 것으로 파악되고 있다. 그러나 2020년에는 모든 팜오일밀 회사들이 바이오가스 시설을 가지도록 독려 하고 있다. 지금까지 말레이시아 내 팜오일 공장들 중 에 바이오가스시설을 운영하고 있는 공장은 17%에 해 당한다. 약 71개소로 파악되고 있다3-6).

    3.3. 말레이시아에서 POME 바이오가스 분리정제 현황

    바이오가스 생산은 단순히 자체적으로 사용하는 것 보다 바이오가스를 분리정제하여 사용하는 것이 더 유 용한 것으로 나타났다. 말레이시아 보고서에 따르면 바 이오가스를 CNG화하여 이를 차량연료 사용할 것을 권고하고 있다. 현재 실증화된 분리정제방법은 물흡수 법에 의한 분리정제방법으로서 8 ~ 12 bar에서 물흡수 법을 사용하는 경우에 CO2와 H2S가 물에 흡수되는 것 으로 나타났다. 말레이시아에서 메탄을 분리정제하는 방법 중 흔히 사용하는 방법은 PSA방법이다. 아직 분 리막을 이용하여 바이오가스를 분리하는 경우는 아직 없는 것으로 나타났다. Universiti Teknologi Malaysia 의 Seyed et al. 연구보고에 따르면 메탄가스의 농도는 97%, CO2는 3%, 황화수소는 10 ppm 그리고 수분은 32 mg/Nm3 이하여야 한다고 보고하고 있다. 말레이시 아에서는 분리한 메탄가스는 250 bar에서 저장하는 것 으로 보고하고 있다7-9).

    현재 말레이시아 기업 등에서 바이오가스 분리정제 방법은 바이오가스 분리정제기술이 말레이시아에서는 아직은 새롭다. 그러나 Sungai 공장에 위치한 FELDA 에서 분리막방법을 이용한 바이오가스 분리정제를 실 용화하고 있다. 이 방법은 Air Product 분리막을 이용 하여 Sime Darby에서 개발된 프로젝트이다. 또한, 바 이오가스 분리정제 시 습식처리방법이 말레이시아에서 사용하는 가장 흔한 방법이다. 위 방법은 화학약품을 전혀 사용하지 않는 방법이며 박테리아를 이용하게 되 면 용매 등을 전혀 교체하지 않고 신뢰성 있게 사용하 기 때문에 현재 가장 많이 사용하고 있다7-9).

    3.4. 국가 바이오매스 전략 2020(National Biomass Strategy 2020)

    말레이시아가 세계 2대 팜오일 생산국인 점, 말레이 시아에서 발생되는 바이오매스의 85%가 팜산업에서 발생하는 점을 고려해 말레이시아 정부는 팜산업 관련 바이오매스를 활용해 말레이시아의 국부를 창출하는 계획을 수립했다. 이 계획이 국가 바이오매스 전략 2020(National Biomass Strategy 2020)이다. 2011년 발 표된 이 계획에는 말레이시아 바이오매스를 펠릿, 바이 오에탄올, 바이오케미칼, 바이오가스 등으로 만들어 고 용과 GNI를 늘리고 생산된 바이오매스 이용을 확대하 기 위해 전략적으로 고려해야 할 사항이 담겨있다. 이 계획은 다음의 5가지를 팜산업 관련 바이오매스 육성 을 위한 전략으로 제시하고 있다.

    첫번째는 대형 팜농장 소유기업간의 협력체계 구축 (Formation of cooperatives of plantation owners)이다. 바이오매스를 효과적으로 활용하기 위해서는 이해관계 자 간의 협조와 협력이 필요하다. 예를 들어 바이오오 일을 생산하는 기업은 바이오매스가 필요한데 대형 플 랜테이션을 보유한 대기업이 바이오매스를 내놓지 않 을 경우 부가가치가 높은 바이오오일을 생산할 수가 없다. 또한, 대형 플랜테이션 기업은 바이오매스를 농 장에서 직접 확보할 수 있어 바이오매스 이용 사업을 수행할 수 있음에도 대부분의 바이오매스를 비료용으 로만 사용한다면 고부가 바이오매스 제품이나 바이오 에너지를 생산해낼 수가 없다. 협력체계가 원할히 작동 하면 업체 간 협의를 통해 팜산업에서 발생한 바이오 매스가 특정분야에 몰리지 않게 돼 바이오가스 등 주 요 산업 분야에 효과적으로 배분될 수도 있다.

    3.5. 소형 재생에너지 전력 프로그램(Small Renewable Energy Power Program, SREP)

    말레이시아 정부는 재생에너지 사용을 확대하고 기 존 화석연료에 대한 의존도를 낮추기 위해 2001년 5월 부터 소형 재생에너지 전력 프로그램(Small Renewable Energy Power Program, SREP)을 추진하고 있다. 재생에너지를 이용해 생산된 전력은 분배 전력망(Distribution Grid)을 통해 국가 전력망에 판매할 수 있다. 발전업자는 21년간 유요한 면허를 갖고 안정적으로 발 전사업을 할 수 있으며 현재 2개의 바이오가스 플랜트 와 4개의 바이오매스 플랜트는 전력망에 연결돼 있으 며, 이들 6개 플랜트의 총 발전용량은 43MW이다. 현 재 추진 중인 소형 재생에너지 전력프로그램은 Table 4와 같다. Table 4에서는 현재 추진 중인 재생에너지의 자원은 팜오일나무의 폐기물을 이용해 소각해서 얻어 지는 전력생산이 대부분이고 현재 POME를 이용해서 혐기소화 후 얻어지는 바이오가스를 이용한 전력생산 량은 생산되는 전력량이 미미한 것으로 나타났다. 이는 향후에 바이오가스를 활용한 전력생산의 확대가 이루 어 질 수 있을 것으로 예상된다.

    말레이시아 정부는 바이오매스를 고부가가치를 생산 해낼 수 있는 목적으로 활용하기 위한 정책을 추진하 고 있다. 특히, 바이오에너지 목적으로 활용하기 위한 다양한 정책을 추진하고 있다. 따라서 관련 분야의 산 업협력 기회가 창출될 수 있을 것이며 관심 있는 우리 기업은 말레이시아의 바이오매스 활용 확대를 위한 정 책을 지속적으로 주시해야 할 것이다. 말레이시아에서 POME 바이오가스 분리정제 전기사용 사업성 조사를 하였으며, 혐기소화조를 통해 얻어진 바이오가스를 통 해 얻어진 전기생산은 내용과 경제성 평가내용은 다음 Table 5와 같다. 만일 POME를 이용해서 혐기소화 후 에 바이오가스를 생산하는 경우에 생산되는 전력 생산 량에 대한 데이터를 열거하고 있다. 예를 들면 60톤/시 간의 POME를 생산하는 공장인 경우에 일면에 발생되 는 메탄의 양은 23,872,387 m3이고 이를 전력량으로 환산하는 경우에 1.66MW이고 1년간 전기를 발생하 여 판매하였을 경우에 발생하는 전력판매비는 미국달 러로 $1,893,528으로 나타나고 있다. 이를 수익성으로 환산하면 $1,615,068로서 인건비와 필요경비를 제외한 것으로 수익성이 있는 것으로 나타났다. 다만 이 경우 에 설치된 전기생산설비의 감각상가비와 투자비와 연 계한 회계상 비용 산출은 제외한 것이다.

    3.6. 말레이시아 바이오가스 CNG사업화 가능성

    1) 말레이시아에서 POME 바이오가스 분리정제 CNG사용 정부권고 내용5)

    바이오가스 생산은 단순히 자체적으로 바이오가스를 직접사용하는 것보다 바이오가스를 분리정제하여 사용 하는 것이 더 유용한 것으로 나타났다. 그 이유로는 바 이오가스를 분리정제하지 않으면 다량의 이산화탄소로 인하여 가스터빈이나 발전기의 수명을 단축시킬 수 있 다. 두 번째로는 말레이시아 정부보고서에 따르면 바이 오매스 에너지화를 적극 기업에 권유하고 있으며 이를 통하여 청정에너지를 생산하여 기업체에 사용하게 되 면 세제해택을 유도하고 있다. 세 번째는 팜오일 폐기 물을 이용하여 현재 청정연료로 사용하는 대표적인 것 은 바이오디젤이다. 그러나 바이오가스를 CNG화하여 이를 차량연료 사용하게 되면 지역적으로 외면되고 있 는 외지에서는 바이오가스를 정제하여 차량연료로 사 용할 것을 적극 권고하고 있다. 네 번째는 말레이시아 는 현재 바이오매스를 재활용하여 에너지화하여 전체 화석연료 사용량에 5%을 절감하기 위한 에너지 정책 을 펴고 있기 때문에 바이오가스의 CNG화 하는 사업 은 향후에 탄력을 받게 될 것이다.

    IV. 말레이시아내 POME 폐수처리를 통한 바이오가스 생산 기술

    1. 말레이시아 내 POME 처리를 통한 혐기발효

    1.1. 말레이시아에서 POME 폐수처리를 위해 사용하는 물리화학적 방법5-12)

    말레이시아에서는 기존의 혐기소화조를 이용한 폐수 처리 방법 이외에 물리화학적으로 처리방법을 조사하 였다. 응집침전 처리방법은 일단 처리효과가 있는 것으 로 나타났다. 주요 POME 처리를 위해 사용하는 응집 제로는 ferric chloride, aluminium chloride, aluminium sulphate, polyaluuminium chloride, ferrous sulphate, hydrated lime 등이 사용하고 있다. 이 경우에 POME는 탁도, TSS, COD, TS가 최대 96%, 94%, 63%, 53% 처리되는 것으로 나타났다. FeCl3와 Maganofloc을 사용하였을 경우에 TSS, COD, TS가 최대 53%, 49%, 92% 처리되는 것으로 나타났다. 전기응집 의 경우에는 색도와 COD의 제거효율이 89%로 나타 났으며 이는 전기력 12 V와 반응시간 30분인 경우에 나타난 것으로 보고하고 있다.

    침전과 원심분리의 경우는 TSS와 COD가 각각 100%와 40% 처리되는 것으로 나타났다. 탁도는 14,080 NTU에서 984 NTU로 감소하는 것으로 나타났 다. 공기부상은 TSS와 BOD가 각각 90%와 80% 처리 되는 것으로 나타났다. 흡착방법으로는 치토산을 사용 하는 경우에 오일불순물 등은 97% 제거되었으며 색도 는 88%, 구리와 아연은 88%와 74%가 제거되었으며 COD는 47%되었다. PAC 활성탄은 색도, TSS, COD, BOD, 탄닌, 리그닌들은 각각 95%, 100%, 100%, 97%, 76% 처리되는 것으로 나타났으며 처리효율은 매 우 높은 것으로 나타났다.

    분리막공정으로 역삼투막, 정밀여과막, 한외여과막 등을 사용하였을 경우에 COD가 96% 최대효율로 처 리되는 것으로 나타났다. 0.8MPa 투과압력으로 가하 였을 경우에 막오염은 85%까지 증가하는 것으로 나타 났다. 이 경우에 TSS, 탁도, COD, TDS의 처리효율은 97%, 88%, 57%, 6% 처리효율이 나타났다.

    1.2. POME 폐수처리를 위해 사용하는 소화조 공법

    POME를 이용하여 바이오가스를 생산하는 공정으로 전환하고 있으며 말레이시아에서 보고되는 대부분의 POME가 발생하는 말레이시아와 인도네시아는 처리의 편의성과 높은 기후조건에 맞는 임의/혐기지(facultative/ anaerobic pond)를 비롯한 생물학적 처리를 이용한 처리가 주로 이루어지는 실정이다. 생물학적 처리공정 은 대부분 대기에 노출된 anaerobic ponds에서 이루어 지므로 막대한 양의 메탄가스가 대기로 방출되고 있다. 따라서 효율적인 COD 저감뿐 만 아니라 메탄회수 및 활용까지 도모하는 기술이 요구되고 있다.

    혐기성처리는 높은 유기물 농도를 가지는 POME와 같은 폐수처리에 안정적인 제거효율을 보이는 것으로 알려져 있어 널리 사용되고 있으며, 낮은 슬러지 생산 량과 CH4를 포함한 에너지화 할 수 있는 바이오 가스 를 채취할 수 있다는 가능성으로 각광 받고 있다. 1985년부터 가장 단순한 형태의 소화조(digestion) 공 법에 대해서 연구가 시작되었고 5일 이상의 높은 체류 시간을 통해 유기물을 제거하는 방법과 2 stage로 산발 효조와 메탄생성조의 분리를 통해 오염물질을 제거하 는 방법 등 다양한 적용방법이 연구가 되어 85% 이상 의 높은 유기물 제거능력을 보였고5-6), 이후 부착성장 을 통한 공법과 슬러지상을 통한 방법으로 발전하여 각각의 변법들이 개발되고 있다6). 상향류 흐름에 대한 부착성장공법을 연구하여 체류시간과 유기물부하량 (organic loading rate, OLR)에 따른 다양한 적용을 수 행하였고 그를 통해 최대 98% 이상의 COD 제거효율 을 달성하였다. 또한, 슬러지 상을 이용한 공법에 대해 서도 baffle을 추가한 변법과 팽창 입상슬러지상 공법 (expanded granular sludge blanket, EGSB)에 대해 연 구를 수행하여 최대 60 kg/m3·day의 높은 OLR을 적 용하는 등 POME에 대한 혐기성 변법 적용에 대한 연 구를 수행하였다. 최근 연구들은 공정효율 개선을 위해 공정 내에 슬러지상과 부착성장 공법등이 공존하는 혼 합반응기에 대한 연구들이 수행되고 있으며, 막 여과 (membrane)를 전·후에 조합하여 운전부하를 줄이는 방법들에 대하여 논해지고 있다5-6).

    1) 혐기지 공법(anaerobic pond)

    혐기지 공법은 POME 폐수를 석호(lagoon)에 유입 시켜 자연 상의 토착 미생물을 통해 오염물질을 처리 하는 생물학적 공법이다. Fig. 1에서 나타냈듯이 혐기 지 공법의 장점은 고형물, 유류 성분을 포함한 넓은 범 위의 오염물질 처리가 가능하며 건설비용이 경제적이 며 오염물질 부하에도 높은 안전성을 보인다. 하지만 이에 반해 처리하는데 타 공정에 비해 많은 소요부지 가 필요하다. 또한, 혐기지에서 발생하는 바이오가스 중 CH4: CO2의 비는 65 : 35이며 1톤의 POME 처리 시 28 m3의 가스가 발생하는 것으로 보고하고 있는 데6,13) 이는 온실가스가 별도의 처리 없이 대기 중으로 방출되므로 지구온난화를 유발한다. 이를 해결하기 위 해 혐기조의 표면을 HDPE cover를 씌워 상부의 바이 오 가스를 포집하는 변법들이 개발되었다5-6,16).

    2) 상향류 슬러지상 공법(up-flow anaerobic sludge blanket)

    넓은 부지에서의 긴 체류시간으로 오염물질을 처리 하는 혐기지의 원시적인 처리 방법에서부터 단위면적 당 처리 효율을 높이는 공법으로 개발된 것이 상향류 슬러지상 공정(up-flow anaerobic sludge blanket, UASB) 이다. UASB는 1970년대 후반에 의해 제안되었고, 상 향유속을 통해 입상화된 고밀도 슬러지(granulated sludge)의 기질 접촉 면적을 증가시켜 높은 COD 용적 부하를 유지할 수 있도록 설계되었다. 높은 밀도의 입 상 미생물을 반응기 내에서 유지하기 위해서는 일정 농도 이상의 수소 분압이 확보되어야 하고 기질 소비 에 따라 미생물로부터 생성되는 체외고분자물질(extracellular polymer, EPC)이 입상화 형성에 관여하는 것 으로 알려져 있어 충분한 체류시간 확보가 필요한 것 으로 보고되고 있다. UASB의 기술적 발전은 anaerobic digester의 기본적인 구조에 유입 폐수를 상향으로 주입하는 기본적인 UASB 공법부터, 미생물의 손실을 막기 위해 고형물 분리시스템을 둔 형태와 상부 충진 물로 삼상분리가 가능한 형태, 반송을 통한 상향유속을 증가시키는 구조, 높은 체류시간 확보를 위해 높이를 증가시키는 등 구조적인 개량을 통한 다양한 변법들이 개발되고 있다. POME를 대상으로 한 UASB 연구는 이미 다양한 방법으로 수행되고 있다. 예를 들면, 500 L 규모의 UASB를 중온조건에서 운전하여 90%의 COD 제거효율을 얻었으나 3.5 ~ 6.0 kg/m3·day의 낮은 유기 물 부하율에서만 운전효율이 유효한 것으로 밝히고 있 다5-14).

    3) 초고효율 혐기폐수처리 공정(high rate anaerobic reactor, HRAR) 기술

    혐기 조합 공정을 통해 고농도 유기폐수 처리와 바 이오 가스 회수의 극대화를 목표로 수행되었다. 혐기성 미생물을 이용한 유기폐수 처리는 호기성 처리에 비해 폐수 처리에 낮은 에너지가 소모되며 혐기성 미생물의 생산계수는 호기성 미생물에 비해 5 ~ 10배 낮은 것으 로 알려져 있어 슬러지 폐기에 대한 비용이 낮은 것으 로 평가된다. 또한, 혐기 조합공정은 후단 반응기를 통 한 선단 반응기의 유출수의 추가 처리와 유실 미생물 의 양을 최소화할 수 있는 장점을 갖고 있으며, 전·후 단 모두 혐기이므로 바이오 가스 회수를 극대화할 수 있다.

    기존에 POME를 대상으로 조합공정으로 수행된 연 구로는 2단 혐기소화조를 반송이 없는 상태에서 31 일 의 긴 체류시간을 통해 85%의 COD 제거효율을 달성 하였고, 이후 Suksong et al.(1995b)은 산 생성 반응 UASB와 메탄 생성 반응 UASB를 독립한 2단 공정을 통해 OLR 15 kg/m3·day에서 90%의 COD 제거효율을 달성하였다. 예를 들면, 선단 반응기를 상향류 슬러지 상 공법의 변법 중 하나인 혐기 혼합 반응기(anaerobic hybrid reactor, AHR)로 구성하였으며, 후단 공정은 혐 기성 부착성장 공법(anaerobic attached growth process) 을 기본으로 baffle을 두어 유체 흐름의 변화를 꾀 한 혐기 압출류 반응기(anaerobic plug-flow filter, APF)로 선정하였다5-6,12-16).

    4) 혐기 혼합 반응기(anaerobic hybrid reactor, AHR)

    기존의 UASB는 낮은 유기물부하에서 운전이 가능 하며 충격부하에 민감하다는 단점을 가지고 있다. POME를 위하여 이러한 이전 UASB의 단점을 극복하 기 위한 목적으로 수행되었다. 그러한 방법으로 상 분 리(phase separation)를 통해 공정 효율을 높일 수 있는 방법에 대한 논의가 이루어졌고, 이를 위해 fixed film 을 더해 하부의 슬러지상(sludge bed)과 상부의 filter로 구분된 형태인 anaerobic hybrid reactor(AHR)에 의해 서 OLR 18 kg/m3·day에서 최대 85%의 COD 제거효 율을 달성하였다.

    POME를 이용해서 AHR의 중요한 설계요소로는 하 부 슬러지 상에 따른 반응기의 유효부피와 상분리를 위한 충진 담체(media)의 선정과 충진량의 결정이 중 요하다. 상 분리시 담체의 부착능과 미생물의 비중이 높아질수록 담체 층의 미생물량 축적에 따른 폐색현상 (channeling)이 발생하고 미생물의 기질 소비가 제한되 어 운전효율을 저하시킬 수 있다. 응기를 완전 혼합시 켜 입상화 미생물(granule)에 의한 dead volume을 줄이 고 폐수 독성에 의한 효율 감소를 제어하기 위해서는 적정한 상향유속을 설정하는 것이 중요하다. POME를 대상으로 수행된 AHR의 연구로는 직경, 높이 각각 16 mm의 palling을 5 L 반응기에 20% 충진하여, 유입 유량 대비 47배의 높은 반송비를 통해 OLR 23 kg/m3· day에서 90%의 COD 제거효율을 달성하였다5-6,14-16).

    5) 혐기 압출류 반응기(anaerobic plug-flow filter, APF)

    POME를 대상으로 수행된 ABF를 통해 16 kg/m3· day의 OLR에서 84.6%의 COD 제거효율을 달성하였 다13). 또한, 상향흐름의 단과 하향흐름의 단의 용적비 를 변형하여 상향유속을 감소시킨 5단 구성의 수정된 ABF를 이용하여 기질 접촉시간과 미생물 손실률을 낮 추도록 하였고 이를 통해 최대 95%의 COD 제거효율 을 보였다. 하지만 이에 반해 UAFB 및 APF 에 대한 POME를 적용한 연구는 미비한 것으로 보인다. 본 POME 공정에 사용한 APF는 UAFB와 마찬가지로 선 단 AHR의 유출된 미생물로부터 충진된 담체에 부착 성장이 가능하도록 고안되었고, 담체를 상부로부터 70%를 충진하여 하부 30%에 담체로부터 성장한 고밀 도 입상화 미생물에 의해 슬러지상이 유효하도록 설계 되었다. 또한, baffle을 통한 U자형 흐름은 상부의 유입 구와 상부의 유출구를 가지므로 흐름을 위한 펌프 소 모와 유출수의 수두손실이 없어 안정적인 운전이 가능 하다5-6,14-16).

    2. 말레이시아의 바이오가스 발생현황

    2.1. 팜오일 공장 바이오가스 조성 및 발생량

    말레이시아의 팜 오일 제조 공장에서 팜 오일 공장 폐수(POME) 처리 시에 발생하는 메탄가스의 방출량 을 측정했다. 조사 대상 시스템은 전단 처리로서 2개의 산 생성 lagoon(오수 처리용 인공 못), 후단의 2개의 혐기 lagoon으로부터 시스템 전체의 COD 제거율은 96.7퍼센트였다. 전단 처리의 산 생성 lagoon에서는 당 류 등 역 분해성 유기물을 저분자화 및 지질 등의 결점 분해성 유기물의 분리가 확인되었다. 후단 처리의 염증 성군에서는 유기물 분해에 따른 메탄이 생성되어 그 생성 속도는 6,710 Nm3/d가 되었고 산 생성 lagoon의 19배 속도였다. 염증성군의 메탄 생성 속도는 폐수 유 입구 근방에서 높고 폐수의 흐름에 따라 떨어졌다.

    팜 오일은 말레이시아와 인도네시아에서의 주요 수 출 농산물이며 이 2개국에서 세계 생산량의 약 85%를 차지하고 있다. 1톤의 조팜오일(CPO: Crude Palm Oil) 생산량당 약 2.5 m3의 팜 오일공장 폐수(POME: Palm Oil Mill Effluent)로 배출되는 POME는 고형성 유기물 및 지방분을 많이 포함한 고농도 유기성 폐수이며 현 재 말레이시아 및 인도네시아에서는 800개 이상의 팜 오일 공장이 가동되고 있다. 그러나 그 대부분은 혐기 성군에 의한 처리로 긴 수리학적 체류 시간(HRT: Hydrophilic Retention Time)이 필요하기 때문에 광대 한 설계 면적이 필요하다.

    Fig. 1에서 보듯이 일반적인 lagoon 시스템은 개방형 못이기 때문에 POME의 염증적 분해에 따라 온실 효 과를 일으키는 메탄이 대량으로 대기 중으로 방출된다. POME를 혐기성 처리했을 경우 1톤의 POME 중 28m3 의 바이오 가스가 생성되고 바이오 가스 중에 65%의 메탄가스를 포함한다는 보고가 이루어진 바 있다. 2010년 말레이시아, 인도네시아 양국의 CPO 생산량은 3,930만톤이다. 이 과정에서 발생하는 POME의 처리가 모두 염증성군에서 열린 경우의 대대적으로 방출되는 메탄 가스의 양은 지구 온난화 지수(GWP: Global Warming Potential)인 CO2의 25배로서 계산할 경우, 1 년당 CO2 환산으로 약 3,000만 t이다(3,930만 tonnes CPO/year × 2.5 tonnes POME/tonne CPO × 28m3 Biogas/ tonne POME × 0.65m3 CH4/m3 Biogas × 16 × 10−3 tonnes CH4/22.4 m3 CH4 × 25 tonnes CO2/tonne CH4). 이 값은 2015년도의 일본 국내에서의 온실 효과 가스 방출량 (13억 700만 t)의 2.3%에 해당한다5,15).

    메탄가스의 발생량은 공장마다 다르며 계절과 공장 별 적용하는 혐기소화조 시스템에 따라 다르다. 동남아 시아 내 팜오일공장의 팜오일 열매의 처리능력별로 나 누면 30 MT/hr, 45 MT/hr, 60MT/hr 그리고 90 MT/hr 으로 나눈다. 그러므로 가공 처리하는 처리량에 따라 발생하는 폐수의 양이 다르고 따라서 발생하는 바이오 가스의 양도 다르다. 또한, 팜오일 경작지마다 팜오일 원료를 생산은 1년 내내 계속되지만 크게 시즌마다 POME 생산량이 시즌마다 크게 나눈다. 이러한 계절별 에 따라 생산하는 바이오가스양이 다르다. 팜오일 열매 의 처리능력별 발생하는 잠재에너지량과 전기생산량을 Table 6에 나타냈다. POME를 이용한 바이오가스의 성 분 중 메탄의 조성은 55 ~ 65%로서 우리나라와 비슷하 며 바이오가스 생산량은 38 m3/m3 정도이다. 이를 이 용해서 POME 60 ton/hr를 처리하는 경우에 1.8MW를 생산하는 것으로 Table 7에 나타냈다. 현재 말레이시아 에서 팜오일공장에서 FFB기준 60 ton/hr 기준으로 생 산하는 바이오가스의 양을 기초로 일년에 생산가능한 에너지 생산량 및 전기생산량을 나타낸 데이터가 Table 7에 나타냈으며 이를 현재 말레이시아 전국에 적 용하였을 경우에 전체 에너지 생산량을 환산하여 발생 되는 전기생산량을 Table 8에 나타냈다. 일년에 발생하 는 6,600,000 m3의 바이오가스를 이용해 일년 300일기 준으로 가동하였을 경우에 생산되는 전기생산량의 총 량은 268MW인 것으로 나타났다.

    2.2. 말레이시아 환경규정

    말레시아내 폐수처리 규정은 과거 폐수처리 기준으 로 5,000 ppm으로 방류가 가능하였다. 그러나 환경부 의 폐수처리규정이 강화되어 2016년에는 BOD 20 ppm 기준으로 강화되었으며 강화된 폐수처리 환경규 정은 Table 9와 같이 나타내며 유출수의 폐수처리 농 도를 규정하고 있다. 팜오일 공장에서 방출되는 POME폐수는 현재 아주 심각한 폐수로서 문제가 발생 하고 있다. 이러한 심각성은 최근에 증가하는 팜오일 밀공장 숫자에 비하면 더욱 심각한 사실로 나타나고 있다. 현재 가동 중인 팜오일 공장은 410개로 지난 1960년에 10곳에 비하면 비약적으로 증가한 숫자이다. Fig. 2는 말레이시아 POME의 대표적인 폐수수질을 나 타낸 그림이다. 흔히 팜오일 폐기물은 5%의 shell, 12% mesocap, 23% EFB로 구성되며 말레이시아의 전 체 팜오일 폐기물생산량 5,300만톤/년에 해당한다. 현 재 말레이시아에서 배출되는 POME의 양은 4,400만 m3/년이 발생하며 이들의 폐수가 말레이시아 강 오염 원으로 나타나고 있다. Fig. 2에서 보듯이 말레이시아 팜오일공장의 POME의 폐수는 말레이시아 팜오일 공 장내 현장에서 POME의 폐수처리 전 단계에서의 폐수 처리 성상에 대한 그림이다. Fig. 3은 소화처리 전과 소화처리 후의 COD와 BOD 및 pH 변화에 대한 결과 를 그림에 나타났다.

    Fig. 2와 Fig. 3에서는 유입 COD는 44,000 ppm COD 에서 60,000 ppm COD로 변동하면서 평균적으로 50,000 ppm COD의 폐수가 유입되어 혐기소화 후에 평균적으로 1,500 ppm COD로 낮아지고 있음을 나타 내고 있다. 이와 같이 99%의 처리효율을 나타내고 있 으며 이는 기존의 타시설에 비해서 처리효율이 현저히 좋게 나타나고 있음을 보여주는 것이다. 유입 BOD는 18,000 ppm에서 30,000 ppm으로 평균적으로 BOD 22,500 ppm인 것으로 나타났고 평균적으로 유출 BOD 150 ppm으로 현저히 낮아지므로 혐기소화는 상당히 이루어지는 것으로 나타났다. 처리효율도 99%로 기존 의 팜 오일공장에서 처리되는 BOD 제거효율보다 월 등히 나은 조건에 처리되고 있음을 나타내고 있다. pH 도 POME의 유입수에서 4.5가 유출수에서 7.5로 바뀌 었음을 나타내고 있다.

    말레이시아 환경부는 강화된 폐수처리 규정을 2016 년 부터 신규공장부터 적용하고 있고 단계적으로 기존 공장의 폐수처리 규정도 강화하려 하고 있다. 이러한 폐수처리 환경규정이 강화되고 있으므로 POME 처리 를 위해 사용하는 혐기처리 방법을 통해 말레이시아 정부는 바이오가스 발생시설을 설치하고 시설을 증가 시키기 위해 업체에 독려하고 있다. 이 경우에 말레이 시아 내 정부 조직인 MPOB(Malaysia Palm Oil Board) 는 2014년 439개소의 현존하는 POME 처리장에 2020 년부터는 모든 팜오일밀 회사들이 바이오가스 시설을 가지도록 독려하고 있다. 지금까지 말레이시아 내 팜오 일공장들 중에 바이오가스시설을 운영하고 있는 공장 은 17%에 해당한다. 약 71개소로 파악되고 있다. 지난 30년간 말레이시아에서 팜오일 공장에서 배출되는 폐 수처리 규정은 다음과 같은 추세를 가지며 처리규정이 강화되고 있고 변화하고 있으며 Table 10은 지난 과거 1978년에서부터 현재 2018년까지 폐수처리 규정이 변 하고 있음을 보여주고 있다.

    2.3. POME를 이용한 바이오가스 발생량

    Fig. 4에서 보듯이 POME의 메탄의 농도는 55%이고 바이오가스 발생속도는 1.5 liter/min m2이다. POME를 이용하게 POME 1 m3 당 20 ~ 28 m3/m3POME의 바이 오가스가 생산되는 것으로 보고되고 있다16). 이 같은 데이터는 말레이시아 71개 팜오일 공장에서 얻어진 데 이터이다. 그러나 건조 발효나 EFB 등을 이용한 혐기 발효의 경우는 아직 데스트하는 단계이나 대학 등에서 얻어진 실험결과를 토대로 하는 경우에 액 0.32 ~ 0.36 m3/kg of VS인 것으로 나타났다. 또한, EFB 등을 이용 하는 경우에 전처리 방법을 통해 바이오가스 발생량을 증가시키는 방법에 대해서는 아직 실증화단계는 없는 것으로 나타났다14). 그러나 첨가시키는 방법과 체류시 간 및 온도 등에 따라 바이오가스 발생량을 주기 위한 연구가 진행되고 있는 것으로 나타났다. Table 11은 말 레이시아 팜오일 공장에서 POME 생산량 대비 발생하 는 바이오가스량에 대한 데이터를 kg COD 등으로 환 산한 데이타이며, Table 12는 현재 말레이시아 팜오일 공장에서 분출되는 바이오가스 조성을 나타내고 있다. 바이오가스의 조성을 보면 메탄과 이산화탄소의 조성 은 우리나라의 바이오가스 조성과 유사하나 황화수소 의 농도는 국내 음식물쓰레기와 비교해서 낮은 것으로 나타났다.

    흔히 팜오일 폐기물은 5%의 shell, 12% mesocap, 23% EFB로 구성되며 말레이시아의 전체 팜오일 폐기 물생산량 5,300만톤/년에서 1,300만톤/년에 해당한다. 현재 말레이시아에서 배출되는 POME의 양은 4,400 만m3/년이 발생하며 이들의 폐수가 말레이시아 강 오 염원으로 나타나고 있다. 이를 타개하기 위하여 최근에 는 POME를 이용하여 바이오가스를 생산하는 공정으 로 전환하고 있으며 말레이시아에서 보고되는 바이오 가스의 양은 Table 11과 같다. Table 11은 POME의 톤 당 및 kg COD당 발생되는 메탄의 양은 0.57 ton CH4/ kg COD로 나타났다. 이와같이 POME를 혐기소화처리 하는 경우에 Fig. 3에서 보듯이 BOD는 22,500 ppm에 서 100 ppm 미만으로, 그리고 COD는 55,000 ppm에 서 1,500 ppm 미만으로 99% 이상 처리되는 것으로 나 타났다.

    V. 말레이시아내 바이오가스의 경제성

    1. 말레이시아에서 바이오가스 고도화를 통한 경제성

    말레이시아에서 CNG차량 교체비용은 대략 RM 3,000($1,260)에서 RM 5,000($2,100) 가격으로 비교적 경쟁력이 있는 것으로 나타났다. 위 가격은 차량의 종 류별로 차이가 크지만 말레이시아 정부는 현재 택시 사업자부터 CNG 차량 운행을 허용하고 있다. 말레이 시아 정부가 CNG 차량을 적극 권장하고 았음에도 몇 가지 제한사항으로 적극적이지 않다. 그 이유는 첫째는 높은 구릉지를 차가올라 갈 때 CNG 차량의 성능이 감 소하는 문제, 두번째는 도심을 벗어났을 경우에 가스 충진소 부족이 문제이고, 셋째는 차량 내 가스실린더 부착시 차량내부 협소로 인한 차량 뒤편 면적의 40% 감소시키는 문제, 넷째는 초기 투자비용이 크고, 다섯 째는 교체차량이 종류가 제한적이라는 데 있다.

    Table 13은 말레이시아 현지에서 분리정제한 바이오 가스을 연료로 하는 경우에 연료의 유형과 차량의 종 류에 따른 CNG 차량의 개조비용에 대한 데이터을 나 타내고 있다. 데이타의 독자 이해를 돕기 위해서 말레 이시아 링겟과 달라를 동시해 표시했으며 국내보다는 개조비용이 저렴하다. Table 14는 FFB 60톤/일을 기준 으로 하여 말레이시아 팜오일공장에서 POME를 이용 하여 바이오가스를 분리정제하여 분리정제된 이산화탄 소와 메탄가스를 재이용하는 경우에 대한 투자대비 ROI를 나타낸 표이다. 동남아시아 국가들은 현재에도 도시나 산업개발이 한창이기 때문에 이산화탄소를 용 업용으로 전환사용하는 경우에 수요처가 많고 생산량 도 적기 때문에 경제성이 있다. 더우기 현재 말레이시 아는 전력비가 다른 동남아시아 국가들에 비하여 저렴 하기 때문에 차라리 바이오가스를 분리정제하여 차량 연료나 이산화탄소를 공업용으로 판매하는 경우 수익 성이 있으며 이를 통한 경제적인 ROI는 5년이내 인 것 으로 Table 14에 나타냈다.

    2. 말레이시아의 신재생에너지산업(한국과의 협조 사례)

    최근 한국과 말레이시아 양국은 원자력과 신재생에 너지 등 기타 에너지 분야로 협력을 확대해 가는 추세 이다. 2009년 6월, 한국전력공사는 말레이시아 국영전 력회사인 TNB와 원전 사전타당성 조사용역을 체결하 여 2010년 6월 말 말레이시아에서 연구결과 발표회를 가졌다. 2012년 7월부터는 한국전력기술이 TNB의 자 회사인 TNBR과 원전 부지선정 조사용역 계약을 체결 함으로써 말레이시아 내 원전 부지선정 작업에 참여하 고 있다. 또한, 한국의 친환경 전문기업 에코프론티어 와 한국중부발전은 2010년 9월부터 동말레이시아 사 바(Sabah) 주에 바이오매스를 활용한 열병합발전소를 건설하여 최초로 한국-말레이시아 청정개발체제(CDM, Clean Development Mechanism) 사업을 추진하고 있 다. 이 사업이 2014년에 완공되면 연간 30만톤의 탄소 배출권 획득이 기대된다. 말레이시아 POME을 이용한 신재생에너지 중 바이오가스 에너지를 이용한 예상되 는 전력생산량은 Table 10과 같다. 산유국인 말레이시 아는 현재 오일가격에 정책의 변동이 매우 심하기 때 문에 오일가격이 오르면 바이오가스 사업의 기회가 커 질 수 있다고 생각한다.

    VI. 말레이시아에서 바이오가스 사업화를 위한 향후 추진방향

    1. 발주국에 미치는 영향

    말레이시아에서는 기술적으로 바이오가스 분리정제 사업은 아직 충분히 기술개발이 안 된 상태이기 때문 에 이를 발판으로 활용하게 되면 동남아시아 내에서 바이오가스 분리정제 후 CNG사업은 독점적인 지위 하에 사업을 영위할 수가 있다.

    2. 수출파급효과

    말레이시아에서는 바이오가스 대체에너지를 활용하 기 위한 분위기는 조성되었지만 산업체별 대체에너지 전환공정에 따른 에너지 절감 및 CO2 배출량 저감에 대한 구체적인 정부 정책방안이 없기 때문에 이를 바 탕으로 한 기술적인 데이터 및 기술을 제공하여 지자 체와 산업체들이 자발적으로 참여 의지를 불러 일으키 게 하여 동기부여를 불러 일으킬 수 있는 계기가 될 수 있다. 분위기 조성을 통한 바이오가스 분리정제 시장을 선점하기 위한 최초 사업화를 구상하여야 한다.

    3. 환경개선 효과 등

    말레이시아에서는 전과정평가인 LCA에 대한 의식은 인지되고 있지만 에코대체에너지의 공정전환을 통한 공정개선 및 에너지 절감에 따른 이산화탄소 저감방안 에 대한 환경설계는 기존의 환경처리와는 성격이 다르 기 때문에 이들의 전과정 평가의 차이점을 보여 줌으로 써 지구환경 현안인 온실가스 처리 문제가 해결되는 계 기가 될 수 있으며 환경개선효과가 90% 이상 처리효율 을 갖게 될 것이다. 특히 POME 등의 혐기발효조를 이 용하게 되면 BOD 20의 정부 폐수처리규정 및 PM 150 의 대기오염규제를 맞춰나갈 수 있을 것이다.

    4. 말레이시아에서 바이오가스 혐기발효조 건설을 위해 설치가격 타당성 조사

    POME 처리를 위해 현지 공장 내 바이오가스 혐기 발효조는 다음과 원인에 의해 가격의 다양성을 갖는다. 그들의 원인인자들은 혐기발효조의 크기, 사용되는 재 료(HDPE, 콘크리트), 디자인방법(교반방법, 열전열방 법, 설계요소), 기계적인 요구사항, 전기적인 요구사항, 토목구조방법 등에 따라 건설비의 차이가 크다. 일반적 으로 POME를 원료로 사용할 경우에 50 m3/day 규모 의 크기로 POME를 혐기소화 처리하는 경우에 가장 기본적인 설치 비용은 대략 RM 5 ~ 6,000,000(한화로 15 ~ 20억원)이며 이 가격은 전혀 자동화장치 등이 포 함된 가격이 아니다. 경험적으로 보면 현지 업체마다 다르지만 자동화시설과 유해물질제거 시설 등을 잘 갖 추어 제대로 투자해서 설치하는 공장도 있기 때문에 단편적으로 언급하기는 적절치 않다.

    VII. 결 론

    본 투고논문은 정책적인 논문으로서 국내에서 진행 되었던 유기성 폐기물 재활용 기술을 동남아시아 국가 중 선진화된 말레이시아에 먼저 시장을 선점함으로써 향후에 다른 타국가에서도 유사한 프로젝트를 선점하 기 위함이고 다음 사항들로 요점 정리하였다.

    1. 1년에 발생하는 팜오일 바이오매스가 1년에 1억 톤으로 이러한 말레이시아에 발생하는 유기성폐 기물(POME)은 이용한 이상혐기발효생산 시스템 을 제조하고 이를 바탕으로 생성된 바이오가스를 분리정제하여 268MW/yr의 전력을 생산하기 위 한 시스템에 대하여 말레이시아에서 사업수주를 위한 것이다. 현재 말레이시아가 추진하고 져하는 바이오가스를 분리정제 기술은 흡수공정과 분리 막공정 등으로서 국내개발제품을 이용한 프로세 스 개발 등으로 사업성을 분석한 Table 14 결과 ROI가 5년으로 해외진출이 충분히 가능하다.

    2. 현재 말레이시아에서 팜오일나무로부터 발생 예 상되는 폐기물은 1년에 8천만톤으로 향후 5년이 내에 1억톤 이상으로 증가할 것으로 예상하고 있 다. 말레이시아를 비롯한 동남아시아 등은 기후와 유기물폐기물 발생량이 국내와 비교가 안 되기 때문에 말레이시아 등은 이러한 유기성폐기물을 이용한 자원화사업 및 신재생에너지 기술개발에 적극적이기 때문에 본 기술의 판매를 통해 향후 시장 선점의 기회를 잡을 수 가 있다.

    3. 바이오가스 분리정제 기술제품의 파급 효과는 1,000 m3/hr 이상 발생하는 바이오가스를 CNG (compressed natural gas)공정을 이용, CNG 제조 판매하기도 하지만, 말레이시아 산업현장에서 분 리정제 후 제조된 CNG를 활용하여 말레이시아 농가 및 제조업체에 200MW 이상의 발전전기를 보급하려고 한다.

    4. 말레이시아 환경부는 강화된 폐수처리 규정을 2016년 신규공장부터 적용하고 있고 단계적으로 기존 공장의 폐수처리 규정도 강화하려 하고 있 다. 이러한 폐수처리 환경규정은 POME를 BOD 20 ppm 이하 수준으로 폐수수질이 강화되고 있으 므로 POME 처리를 위해 사용하는 혐기처리 방 법을 통해 말레이시아 정부는 바이오가스 발생시 설을 설치하고 시설을 증가시키기 위해 업체에 독려하고 있다. 이 경우에 유입폐수의 COD는 50,000 ppm의 폐수가 혐기소화 후에 평균적으로 1,500 ppm COD로 낮아지고 있음을 나타내고 있 다. 이와 같이 99%의 처리효율을 나타내고 있으 며 유입 BOD는 BOD 22,500 ppm인 것으로 나타 났고 평균적으로 유출 BOD 150 ppm으로 현저히 낮아지므로 혐기소화는 상당히 이루어 지는 것으 로 나타났다. 처리효율도 99%이다. POME의 혐 기처리 후 메탄의 농도는 55%이고 POME 1 m3 당 20 ~ 28 m3/m3 POME의 바이오가스가 생산되 고 있다.

    5. 신재생에너지를 활용한 공정전환은 환경산업의 제품 생산량 및 수출증가로 이어져 대기오염방제 를 통한 동남아시아 전지역경제 활성화에 크게 기여할 것이다.

    사 사

    본 연구는 2018년 대진대학교 교내연구사업에 의해 연구비 지원을 받아 수행하였으며 이에 감사드립니다.

    Figure

    KSWM-35-571_F1.gif

    Picture of Lagoon-typed digester.

    KSWM-35-571_F2.gif

    Wastewater status in the Malaysian POME.

    KSWM-35-571_F3.gif

    Wastewater treatment pictures of influent POME and treated exfluent. (a): COD, (b): BOD, (c): pH.

    KSWM-35-571_F4.gif

    Production of biogas in the POME.

    Table

    Malaysian status of palm oil industries5)

    Production amount of palm biomass3)

    Malaysian wastes types of palm oil tree and production amounts of 20141,3,6,16)

    Renewable electric power plant program5)

    Electric production data using POME1,3)

    Biogas production amount in the Malaysia palm oil mill by each capacity1,3,14-16)

    POME Biogas/Methane output for 60 t/hr FFB1,3)

    Malaysian potential energy obtained from POME15-16)

    Malaysian wastewater regulation5,15-16)

    Variations of wastewater regulation in Malaysia during 30 years5,15-16)

    Chemical composition of biogas producing in the POME of Malaysia15-16)

    Biogas production data in the Malaysian POME

    Expense of converted purified biogas vehicles

    Economic analysis of purified biogas

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