세계적으로 바이오가스를 열, 스팀, 전기, 자동차 연료 등으로 바꾸기 위한 노력이 늘어나고 있다. 바이오가스를 오염물질인 온실가스로 보고 안전하게 태워서 폐기 처분하기도 하지만, 실제로 작물, 유기 폐기물, 액체 비료, 하수처리 또는 남은 식물 재료의 발효로부터 얻어진 바이오가스는 차량에 연료를 공급하거나 열병합발전 설비에서 열과 전기를 생성하는 등 유익한 다양한 방법으로 사용될 수 있다.

한국엔드레스하우저 마케팅팀(marketing@rok.endress.com)

바이오가스 시장

현재 바이오가스의 약 93%가 대기로 방출되고 있는데, 바이오가스를 열에너지로 변환해 사용하는 것은 거대한 시장성을 가지고 있다. 환경보호국에 의하면, 미국에는 현재 200개 이상의 바이오가스 프로젝트가 있으며, 세계적으로는 1,000개 이상의 프로젝트들이 현장에서 전기를 생산하거나 그리드 판매용으로 사용되고 있다. 하지만 바이오가스의 시장성은 국외에서뿐 아니라, 국내에서도 적용될 수 있다.

현재 국내에는 하수처리, 매립지, 음식물 쓰레기 등을 포함해 총 123개의 바이오가스를 생성해 내는 혐기성 소화 플랜트가 있으며, 19개가 추가로 공사 중에 있다. 지난해 9월 전북 김제시 용지면 용암리에 100억원을 들여 착공한 코리아바이오가스의 가축 분뇨와 폐수를 활용해 전기를 생산해 내는 발전 시설이 이에 해당된다.

또한, 국내 바이오에너지 생산량은 지난 5년간 7.3%에서 15.1%로 꾸준히 증가했으며, 바이오 및 폐기물 에너지의 생산량은 국내 대체에너지 중에서 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 이처럼 바이오가스는 국내외적으로 시장성이 크지만, 그에 상응하는 제약 조건과 단점들 또한 고려하지 않을 수 없다.

바이오가스란?

바이오가스는 유기물의 혐기성 생물 분해로 생성된 모든 가스를 의미하며, 비료 및 녹색 폐기물, 식물 재료 및 작물을 포함한 농업, 산업, 도시 폐수 및 하수, 폐기물, 매립지에 의해 생성된다. 바이오가스의 주요 성분은 메탄과 이산화탄소인데, 이 두 가지는 모두 온실가스로 분류된다. 바이오가스의 다른 성분으로는 물, 미량의 질소, 산소, 황화수소와 수소 등이 있다. 바이오가스 배출량 규제는 주요 온실가스인 메탄과 이산화탄소에 집중돼 있다. 그중에서도 배출량 관리자의 입장에서는 메탄이 가장 큰 문제가 되는데, 그 이유는 메탄이 바이오가스의 50~75%를 구성하고 있으며, 25~45%를 구성하고 있는 COx보다 약 21배가량 더 온실가스에 가깝기 때문이다.

바이오가스 규정

교토의정서에 의해 제정된 글로벌 온실가스 배출권 거래 산업은 지구온난화 가속화의 원인이 되는 온실가스 배출량을 줄이기 위해 시작됐다. 교토의정서가 2005년에 공식 발효되면서 온실가스 감축량이 더욱 중요해졌으며, 이는 국가 간 탄소를 화폐처럼 거래할 수 있도록 한 탄소배출권(Certified Emissions Reductions : CERs 또는 Carbon Credits)을 탄생시켰다. 탄소배출권의 구매는 온실가스를 배출해 내는 국가 혹은 발전 설비 및 대기업이 탄소시장에서 사고 팔 수 있기 때문에 할당받은 배출 목표량을 상쇄시킬 수 있다.

이런 국제적인 환경 규제는 바이오매스 플랜트의 신축과 농업 및 산업 회사들이 바이오매스를 연료로 사용하기 위해 플랜트를 짓는 데 한몫했다. 이렇게 온실가스와 관련된 국제 규정들은 가스 측정이 필요한데, 정확한 가스 배출량 측정은 바이오가스 프로젝트의 높은 투자수익률과 직결된다. 관련 프로젝트들이 규정을 준수하면 벌금이 면제되거나 탄소배출권을 획득하며, 몇몇 나라의 경우에는 금전적으로 지원을 받기 때문이다.

아직 우리나라의 경우에는 다른 나라에 비해 탄소배출량과 관련한 규제가 많지 않은 편이다. 하지만 고유가 및 국제적 환경규제 강화와 더불어 2013년 온실가스 감축 의무대상국으로 편입됐기 때문에 바이오가스 생산 및 에너지화 기술 개발의 필요성이 증대되고 있다. 또한, 지난해 국무회의를 통해 온실가스 배출권 거래제도 기본 계획이 확정됐기 때문에 일정 규모 이상의 온실가스를 배출하는 산업 및 발전 기업들은 중장기적으로 배출권거래제를 활용하기 위해 바이오가스에 관심을 두고 플랜트 효율성을 높이는 데에 주력해야 한다.

바이오가스에 적용 가능한 솔루션

산업용 바이오가스 플랜트는 대부분 다양한 출처에서 자재를 공급받기 때문에 바이오가스를 측정하는 것은 무척 복잡한 애플리케이션 중 하나다. 특히, 측정하고자 하는 가스는 습성일 수 있거나 구성비가 다를 수 있고, 황화수소를 지니고 있기 때문에 부식의 가능성이 있으며, 보통 저압 및 저속 상태(1~3m/s)에 있다는 어려움이 있다. 보통 바이오가스는 보다 쉬운 유량 측정을 위해 CHP 엔진이나 보일러에서 타오르기 전에 압력이 가해지는 공정 과정을 거친다. 바이오가스는 다양한 종류의 유량계로 측정할 수 있으며, 그중에서도 열질량계는 가장 흔히 사용되는 바이오가스 유량계 중 하나다. 바이오가스 측정시 추가적인 온도 Compensation 장비가 필요 없고, 저압 하락 및 높은 턴다운 등의 다양한 장점을 가지고 있다. 하지만 열질량계는 반드시 안정적인 가스 구성분을 필요로 하므로 건성가스 측정에 가장 적합하다.

초음파 유량계는 바이오가스 산업에서 점점 선호도가 높아지고 있는데, 그 이유는 어떤 애플리케이션에서도 적용이 가능하기 때문이다. 초음파 유량계는 저압가스, 습성가스, CHP 엔진과 보일러 등의 다양한 애플리케이션에 적용이 가능하며, CHs와 CO2의 유동적인 비율에도 측정할 수 있다.

초음파 유량계 B200의 특장점

바이오가스 플랜트가 안정적으로 운영되기 위해서는 반드시 발효 온도, 가스 압력, 생산되는 가스량 등의 다양한 공정 한도가 점검돼야만 한다. 그중에서도 바이오가스량을 정확하게 측정하는 것은 생산 공장의 효율성을 결정하고 보장된 발효 공정을 진행하는 데 중요한 역할을 한다. 실제로 시장에서 제공되는 유량계들은 바이오가스의 양을 정확하게 측정하는 데 어려움을 겪었는데, 엔드레스하우저의 솔루션 중 가스 및 메탄 함량(%)을 측정할 수 있는 초음파 유량계 ‘Prosonic Flow B200’은 그 해결책이 될 수 있다. 이 초음파 유량계는 시장에서 제공돼온 다른 유량계들과 달리 바이오가스, 쓰레기 매립가스, 발효가스의 양을 정확하게 측정할 수 있을 뿐만 아니라, 파이프에 들어있는 메탄 함량(%)까지 측정할 수 있다. 추가로 가스 분석계를 구매해 설치할 필요 없이 ‘Prosonic Flow B200’ 하나로 메탄가스 분석까지 가능하다.

바이오가스 공정에서의 특징인 저유속, 저압 공정에서도 측정할 수 있으며, 최신 센서기술로 변동하는 공정 상태에서도 습성 및 함진 가스를 높은 정확도로 측정할 수 있다. 또한, 가스 조성비에 구애받지 않고 최저압 가스 상태에서 측정할 수도 있다.이는 모두 기존의 유량계들이 제공하지 못한 장점들이다.

Prosonic Flow B200의 특징

Prosonic Flow B200은 높은 측정 정확도(±1.5%)와 넓은 유량 측정 범위(30:1)를 가진 산업에 최적화된 유량계며, 어떠한 압력 손실도 발생하지 않는다. 또한, 한 번 설치되면 추가적인 유지보수가 필요하지 않다. 크기는 DN 50(2인치)에서 DN 200

(8인치)까지며, 최대 +80°C의 가스 온도와 10Bar의 압력에서 사용할 수 있다. 이 제품은 본질안전(Exia)에 의거한 2선식 방식의 계측기기이므로, 특히 위험 지역에서 사용이 적합하며 국내 방폭인증(KTL)된 제품으로 국내외 방폭지역에 설치가 가능하다. 또한 Prosonic Flow B200은 바이오가스 플랜트는 물론 습식성 혼합 가스를 측정하는 공정에도 효율적인 적용이 가능하다.

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