오물의 화려한 변신! 차세대 에너지 바이오 원유
우리가 생활 속에서 사용하고 있는 석유 등의 화석 연료는 환경오염은 물론, 고갈 이슈로 인해 더 이상의 개발이 어려울 것으로 보여지고 있는데요. 이러한 문제를 해결하기 위해 최근 연구자들이 주목하고 있는 연료가 있습니다. 바로, 바이오 원유인데요. 쉽게 지나칠 수 있는 오물이나 폐기물로 만들어지는 바이오 원유의 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.
1. 바이오 원유란?
1) 바이오 원유의 정의
바이오 원유란 바이오 연료의 일종으로, 산업 폐기물이나 오물 등의 유기물을 열분해 시켜 얻는 원유를 뜻합니다. 청정 에너지로 주목 받은 바 있는 ‘바이오 매스’를 통해 얻을 수 있기도 한데요. 바이오 매스에 대해 자세히 알고 싶으신 분들은 아래 포스팅을 확인해주세요!
2) 바이오 원유의 원리
최근 미국 에너지부 산하의 퍼시픽노스웨스트 국립연구소의 과학자들은 역대 최고 효율의 하수도 바이오 연료 전환 기술을 개발했는데요. 하수 처리 과정에서 생성되는 하수 오니에는 상당한 유기물이 남아있는데, 이를 석유와 비슷한 바이오 원유로 전환하는 것을 뜻합니다.
(* 하수 오니 : 하수 혹은 폐수 처리 과정에서 액체로부터 고형물이 분리되어 형성되는 물질이나 하수 침전물 찌꺼기를 뜻함)
사실 하수 침전물이나 하수 자체를 액체 연료로 전환하려는 시도는 이전부터 있었는데요. 높은 열을 가해 유기물을 석유와 비슷한 물질로 전환시키려는 것이었습니다. 하지만 에너지가 많이 필요한 점과 수분을 많이 포함하고 있어 가열이 쉽지 않은 점이 문제점으로 꼽혔죠.
이런 점에 있어서 퍼시픽노스웨스트 국립연구소에서 개발된 HTL(hydrothermal liquefaction) 공정은 수분이 많이 포함된 유기물이라도 문제없이 연료로 전환할 수 있는데요. 열수액화로 불리는 이 기술은 땅 속 원유 생산 과정을 토대로 하고 있습니다. 오물을 통 안에 넣고 약 360˚C 온도와 300PSI(평방 인치 당 파운드)의 압력, 즉 자동차 타이어의 100배에 가까운 힘을 가해 액체 속 유기물을 분해시켜 바이오 원유를 얻는답니다.
<동영상 출처 : 퍼시픽노스웨스트 국립연구소 공식 유튜브 채널>
연구팀의 드레넌 연구원은 “폐수 속 다른 물질의 변환을 촉진하고, 오물이 반응기 속을 이동하도록 하여 매우 질 높은 바이오 원유를 생산한다”고 설명하며, “생산된 바이오 원유를 정제하면 휘발유, 디젤, 항공유 같은 연료가 만들어진다.”고 말했습니다. 자세한 원리는 위의 동영상을 참고해주세요!
2. 우리나라의 바이오 원유
우리나라에서는 오물이 아닌 ‘톱밥’을 통해 바이오 원유를 생산할 수 있는 기술이 지난 2012년에 개발되었는데요. 한국기계연구원의 연구팀이 개발한 ‘중력 경사하강식 급속열분해 반응기 플랜트’가 바로 그것입니다. 이 플랜트로는 시간당 15kg의 톱밥으로 바이오 원유 9kg을 생산할 수 있답니다.
이 장치는 기존에 연구되어 오던 장치보다 연속 처리량이 시간당 15㎏ 규모로 크게 향상되었으며 바이오 원유 전환율도 상용화 가능 수준인 60%에 달하는데요. 특히 자연력인 중력을 이용해 반응기 내 고온 상태인 모래의 방향을 아래쪽으로 움직이게 함으로써 외국의 경쟁 기술보다 동력을 30% 가량 절감할 수 있습니다. 아울러 열분해반응기에서 생성돼 나오는 바이오 증기를 냉각해 바이오 원유로 바꾸는 응축시스템을 다단계로 구성했는데요. 응축온도가 각각 달라 다양한 품질의 바이오 원유를 생산할 수 있어 활용범위가 넓습니다.
바이오 원유는 북미, 유럽 등에서 급속 열분해 공정을 통해 상용화를 시작했으나, 국내에서는 불연속 실험장치인 회분식 장치로 시간당 1㎏ 이하의 톱밥을 바이오 원유로 바꾸는 기초단계의 연구에 머물러 있었는데요. 한국기계연구원의 성과로 인해 세계적인 수준까지 기술력을 확보했다는 것에 의미가 있습니다
3. 바이오 원유 전망
앞서 설명해 드린 퍼시픽노스웨스 국립연구소의 기술로 하수 오니에 포함된 유기물 가운데 60%를 연료로 전환시킬 수 있는데요. 이는 미국 전체로 보면 연간 3000만 배럴의 석유에 해당되는 양입니다. 만일 대량 생산이 실현되면, 하수도에서 에너지원을 얻게 돼 처리 곤란한 폐기물의 양을 줄일 수 있어 환경 오염을 예방할 수 있습니다.
다만 경제적인 가격으로 생산할 수 있는지 여부는 좀 더 지켜봐야 하는데요. 바이오 원유는 실제 원유와 약간 다르므로 석유처럼 정제해서 쉽게 연료와 석유 화학 제품으로 제조할 수 있는지는 더 검증이 필요합니다. 이를 검증하기 위해 연구팀은 캐나다 밴쿠버에 데모 플랜트를 건설하기로 합의했는데요. 800~900만 캐나다 달러(약 70억~78억원)에 달하는 이 시험 생산 시설에서 긍정적인 결과가 나오면 바이오 연료의 패러다임이 변할 지도 모른답니다.
인류 문명의 발전에 따라 화석 연료의 고갈도 머지 않은 현실로 다가오고 있는데요. 이러한 가운데 바이오 원유와 같은 재생에너지의 개발은 무척이나 반가운 소식입니다. 환경도 보호하고 에너지도 얻을 수 있는 바이오 원유의 상용화가 하루 빨리 다가오기를 SK에너지도 응원하겠습니다!
