친환경 신재생에너지로 주목 받는 바이오매스란?

18세기 중엽 영국에서 시작된 산업혁명을 기점으로 전세계는 농업중심사회에서 공업사회로 변모하였습니다. 산업혁명을 통해 우린 많은 것을 얻었습니다. 하지만 잃은 것 또한 많죠. 그 중 대표적인 것이 환경파괴입니다. 지구 환경은 산업혁명 이후 무분별한 화석연료의 개발과 이용으로 인해 악화되어왔습니다. 기후 온난화라는 심각한 딜레마에 처한 시점에서 환경친화적이고 재생 가능한 대체에너지인 바이오매스 에너지 개발에 대한 관심이 높아지고 있는 시점이죠.

<바이오매스림 현장토의(이탈리아)>

바이오매스에 대한 논의는 19세기초 독일의 저명한 생물학자인 하팅(Harting)이 그의 저서에서 바이오매스, 즉 건중량에 대한 중요성을 최초로 역설하면서 시작되었으며, ‘생물량’이라는 생태학적 용어로 사용되었습니다. 현재는 바이오매스가‘에너지화 할 수 있는 생물체량’이란 의미로 사용되고 있으며, 최근 호주의 스투클리(Stucley) 등은 에너지 시각에서 바이오매스를 ‘동물 또는 광합성 식물 유래의 열, 전기 혹은 차량연료로 이용할 수 있는 유기물’이라고 새롭게 정의하고 있습니다.

바이오매스의 가장 일반적인 분류는 원료의 종류에 따르는 것인데, 전분질계 바이오매스(곡물, 감자류 등), 목질계 바이오매스(목본, 초본, 볏짚과 왕겨 등 농업 부산물), 당질계 바이오매스(사탕수수, 사탕무 등), 동물 단백질계 바이오매스(동물사체, 미생물 균체 등) 등으로 구분할 수 있습니다. 여기에 몇 가지를 더 추가하자면 유기성 폐기물계 바이오매스(가축분뇨, 음식물쓰레기, 유기성 폐수 등), 유지작물계 바이오매스(유채, 대두, 해바라기 등) 등이 포함됩니다. 그 중 우리가 산림으로부터 쉽게 얻을 수 있는 목질계 바이오매스는 직접 연소, 가스화, 액화 및 에탄올 발효과정을 거쳐 열, 전기, 가스, 바이오디젤, 바이오에탄올 등으로 에너지화 할 수 있죠.

바이오매스용 수종은 기후, 토양특성 등 환경조건에 따라 다양하게 선택될 수 있으며, 전 세계적으로 약 100여 수종이 바이오매스 생산에 이용되고 있는 것으로 알려져 있습니다. 대표적인 바이오매스 생산용 수종으로는 아카시아류(Acacia spp.), 유칼리나무류(Eucalyptus spp.), 포플러류(Populus spp.), 버드나무류(Salix spp.), 아까시나무류(Robinia spp.), 양버즘나무류(Platanus spp.), 백합나무류(Liriodendron spp.), 은단풍류(Acer spp.) 등이 있으며, 특히 열대나 아열대 지역에서 재배되는 유칼리나무류가 전 세계 바이오매스림 면적의 38%를 차지하고 있는 상황입니다.

<유칼리나무(좌) / 포플러(우)>

반면 온대지역, 특히 유럽에서는 주로 버드나무류가 많이 이용되고 있는데, 스웨덴에서는 16,000ha의 면적에 버드나무를 재배하여 생산한 바이오매스의 약50%를 난방용 연료로 사용하고 있죠. 북미에서는 주로 포플러가 많이 이용되고 있습니다. 바이오매스 생산뿐만 아니라 식물을 이용한 환경 정화 기술(phytoremediation)을 적용하여 수질이나 토양오염 문제를 동시에 해결하는데 많은 역할을 담당하고 있습니다.

외국에서는 목질계 바이오매스의 생산을 촉진하기 위하여 1960년대 초부터 SRWC(Short Rotation Woody Crop) 또는 SRC(Short Rotation Coppice) 등의 시스템을 이용하기 시작하였으며, 빨리 자라는 특성을 지닌 속성수의 집약재배와 관리를 통해 바이오매스를 대량으로 생산하는 체계입니다. SRWC와 SRC 시스템은 우리말로 표현한다면 각각 ‘단벌기 목본작물 재배시스템’ 및 ‘단벌기 맹아림 재배 시스템’으로 지칭할 수 있습니다. 바이오매스의 효율적인 생산이라는 측면에서 살펴보면 같은 개념으로 볼 수 있지만, 바이오매스 생산에 소요되는 기간이나 생산된 바이오매스의 형태와 활용 목적에 따라 다소 차이를 가지고 있습니다.

SRWC 시스템은 주로 포플러류에 적용되는데 묘목을 식재하고 8∼15년이 경과한 다음에 수확하여 줄기는 목재, 펄프 또는 톱밥 등으로 이용하고 가지와 잎과 같은 나머지 부분은 연료나 바이오에탄올 등 바이오에너지 재료로 활용하는 방법입니다. SRC 시스템은 맹아 발생능력이 우수한 버드나무와 포플러 묘목을 식재한 후 지상부 줄기를 잘라 맹아를 유도한 다음 생장한 줄기를 5년 미만의 주기로 수확하고 다시 근맹아(stump sprout)를 발생시켜 바이오매스 생산에 이용하는 방법이며, 이 시스템으로 생산된 바이오매스는 주로 땔감용 장작, 칩, 펠릿, 바이오에너지 원료 등으로 활용되고 있습니다.

<포플러 SRWC 시스템 - 미국(좌) / 포플러 SRC 시스템 – 이탈리아(우)>

SRWC 시스템은 SRC 시스템보다 수확주기가 길어 생육시기 동안 묘목이 생장할 수 있는 충분한 공간이 확보되어야 하므로 2m×2m 혹은 2m×2.5m의 간격으로 ha당 2,000~2,500본의 묘목을 식재합니다. 반면 SRC 시스템은 ha당 5,000~20,000본 이상의 속성수를 식재하고 지상부 줄기를 지속적으로 수확하는 방법입니다. 특히 SRC 시스템은 기계화 작업이 용이하게 이루어 질 수 있도록 묘목을 식재하게 되는데, 영국 Hertfordshire 대학교의 연구결과에 의하면 ha당 식재밀도를 8,625본~111,000본까지 달리하여 식재한 다음 수확시기의 경제성을 평가한 결과 식재밀도 15,625본에서 경제성이 가장 높은 것으로 나타났죠. SRWC 및 SRC 시스템을 이용한 ha당 년간 바이오매스 생산량은 입지환경이나 적용수종 및 처리방법 등에 따라 다소 차이가 있으나 대게 연평균 5~20톤 정도이며 일부 바이오매스 연구에서는 최고 24~50톤까지 생산한 사례도 있습니다.

우리나라는 최근 이산화탄소 배출 저감 대책의 하나로 범부처 차원의 목재펠릿 보일러 보급과 신재생에너지 공급 의무화 제도를 정착시키기 위해 산림청과 지식경제부 주도로 적극적인 행정을 펼쳐나가고 있습니다. 이와 같은 정책의 성공적인 정착을 위해서는 펠릿이나 목재칩의 제조에 필요한 저렴한 목재 바이오매스의 안정적이고 지속적인 공급이 필요한데, 산지에서 채취하는 바이오매스는 기계화와 집약관리가 어려워 수집비용이 많이 소요되죠.

<새만금 목재에너지림 위치도>

산림청은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 새만금 간척지 1,000ha에 목재 에너지림을 조성하고 기계화를 통한 대규모 관리와 수확사업을 추진할 계획입니다. 이에 따라 한국임업진흥원은 목재 에너지림 조성용 포플러와 버드나무 등 속성수 묘목의 안정적인 공급을 위한 체계를 수립하고 목재 에너지림 조성에 필요한 기술을 적극적으로 지원할 방침이죠.

<포플러 바이오매스림 - 미국>

환경부와 수자원공사는 하천 수질 관리를 위해 전국 1,900ha의 수변구역 및 1,500ha의 댐 홍수조절지에 대한 토지 매입과 수변생태벨트 조성을 계획 중에 있습니다. 간척지와 수변지는 평탄하고 면적이 넓어 기계화를 통한 바이오매스림의 관리와 수확이 용이합니다. 이와 같은 입지를 대상으로 대규모 목재 에너지림을 조성할 경우 청정 목재 바이오매스의 안정적인 생산과 비용절감은 물론 파괴된 생태계 및 경관 복원을 기대할 수 있습니다.

<이 글은 한국임업진흥원 사보 '다드림'에 실린 내용을 편집한 것입니다>