폐자원 및 바이오에너지의 용도별 적정 배분방안(Ⅱ): 목질계 바이오매스를 중심으로

Abstract

This study estimates the amount of domestically available energy from woody biomass in the future. In the power sector, the RPS (Renewable Portfolio Standards) have been implemented from 2012 and in the transport sector, the RFS (Renewable Fuel Standard) has been enforced from 2015. However, renewable energy policy in the heat sector has not provided a standard yet. Therefore, the RHO (Renewable Heat Obligation) that obligates the use of fixed amount of renewable energy such as biomass, solar heat and geothermal energy as heating fuel is going to be implemented soon. In particular, bioenergy has the potential to promote the efficient use of a variety of organic wastes and biomass resources. Among them, wood chip currently accounts for 18.3% of total community energy service (CES) energy sources as the major heat energy source. However, little research has been carried out regarding the domestic energy potential and contribution level of woody waste and biomass for RHO. The target sources of the RHO can include solar, biomass and geothermal heat. And solar energy accounts for about 5% and geothermal energy accounts for about 16% of total renewable heat energy supply. Meanwhile, woody biomass such as wood chips and pellets represents about 80% of the total. In this study, therefore, woody biomass was classified into wood wastes, by-product and unpolluted wood and the amount of woody biomass available for heat energy was estimated. A prediction model suggested by the 2nd master plan for national energy was selected. The amount of available energy that can be realistically supplied is predicted through the 'theoretical', 'geographical', 'technical' and 'market potential' stages and by considering location, dissemination, technical conditions, and national policy goals among others. Consequently, the market potential of domestic woody biomass in heat generation is estimated at 3,178,000Gcal in 2013. In addition, two scenarios for the RHO was established and projections were made on the future demand for bioenergy in each scenario. Scenario 1 imposes the obligation to the owner of new buildings while scenario 2 places the onus on heat producers and suppliers. In addition, there are two cases in each scenario. One assumes that the total renewable heat energy demand is covered by biomass due to production cost, and the other postulates that 52% of the demand is covered by biomass through government regulation. In the latter case (52%) in particular, it is expected that 20,415,000Gcal of energy demand will be generated in 2030 in scenario 1, and 24,610,000Gcal energy demand will be produced in 2030 in scenario 2. Compared with the fact that the potential of domestic woody biomass in heat generation in the future is 3,693,000Gcal (sum of the market potential in 2013 and expected amount of bioenergy harvested from wood), the estimated level of future demand far exceeds the amount of domestically available energy. Under the current circumstances, preliminary review and preparations must be made in order to stably supply energy resources and promote the propagation of renewable heat energy prior to the implementation of the RHO. Firstly, it is necessary to develop additionally available energy resources in anticipation of growth in future demand. In particular, as forest residues are generated in a much higher volume than other woody biomass and contain less impurities, they can be very useful. At present, it is difficult to use them effectively due to high collection cost and institutional problems. Once these issues are addressed, domestic self-sufficiency of fuel could be greatly improved by better utilizing forest residues. Secondly, 'standardization of national woody biomass' and 'stringent import restriction' need to be reviewed. If low quality materials or materials containing hazardous substances are supplied by indiscriminate import to make up for the shortage, they can cause serious environmental pollution. Therefore, the quality of imported materials needs to be controlled more strictly, and the information on the supply chain of waste wood fuel produced through processing must be managed. In addition, when considering the import of biomass, in-advance preparations in various aspects must be made such as estimations of production cost, impact on the environment and greenhouse gas reduction effect.

우리나라는 기후변화에 효과적으로 대응하기 위한 저탄소형 에너지 공급 및 높은 에너지 해외의존도를 해결하기 위한 에너지 다변화 수단의 하나로 국내 에너지원인 신？재생에너지 개발을 선택하고, 이의 확대를 위한 다양한 노력을 기울이고 있다. 전력 분야에서는 2012년부터 ？신？재생에너지 공급의무화제도(Renewable energy Portfolio Standards, RPS)？를, 수송 분야에서는 2015년부터 바이오디젤에 대해 ？신？재생에너지연료 혼합의무화제도(Renewable Fuel Standard, RFS)？를 시행하고 있다. 그러나 아직 열 공급 분야에서는 전력 및 수송 분야와 같은 신？재생에너지 확대 제도가 마련되어 있지 못하다. 이에 한국 정부는 가까운 시일 내에 열에너지 분야에도 전력 분야와 유사한 구조를 지닌 ？신？재생열에너지 공급의무화제도(Renewable Heat Obligation, RHO)？를 도입하기 위한 다양한 노력을 하고 있다. 특히 향후 열에너지에 대한 수요가 지속해서 증가할 것으로 전망되는 가운데, 신？재생열에너지 또한 확대해 나갈 필요가 있다. 그러나 현재까지 대표적인 열에너지원인 천연가스, 석탄 등의 생산단가에 비해 신？재생열에너지원의 생산단가가 높다. 따라서 단가하락을 위해 신？재생열원에 대한 지속적인 기술 개발 노력과 함께, 의무량 할당 등 규제나 인센티브에 의한 신？재생열에너지 시장 확대를 통해 규모의 경제에 따른 단가하락 노력도 함께해야 한다. 신？재생열에너지는 기존의 석탄을 활용한 열에너지에 비해 이산화탄소 등 온실가스가 적게 배출되는 동시에, 국내에서 생산되는 열원을 사용하기 때문에 에너지 안보 차원에서도 도입이 필요한 에너지원이다. 또한 신？재생열에너지는 지역에서 생산되는 상대적으로 소형의 열 생산과 공급이 가능한 분산 발전원으로, 에너지 공급의 다변화 측면에서도 큰 역할을 할 것으로 기대된다. 그뿐만 아니라 신？재생열에너지 원료의 공급과 관련된 다양한 산업 분야가 형성되어, 고용창출과 소득증대에도 크게 이바지할 수 있을 것으로 기대되며 신기술과의 접목을 통해 국가 성장동력으로 성장할 잠재력을 지닌 분야도 있다. 특히, 바이오에너지를 이용한 신？재생열에너지 공급 분야는 국내 다양한 바이오매스를 활용함으로써 임업 및 농업 부산물의 활용도를 높이고, 산림자원의 효율적 이용을 촉진할 수 있는 잠재력을 지니고 있다. 현재도 바이오에너지 중 우드칩은 집단에너지 전체 원료사용량(열량 toe 기준)의 18.3%를 차지할 정도로 주요 열에너지원으로 활용되고 있다. 그러나 바이오매스의 경우 에너지화를 위해 활용되는 경로 이외에도 사료, 인공목재, 비료 등 다양한 분야에서 활용되고 있어, 향후 국내 바이오매스만으로 충족 가능한 국내 수급 잠재력이 어느 정도 되는지도 현시점에서 검토되어야 한다. 즉 향후에 바이오매스를 열에너지원으로 사용할 양을 전망하고, 이를 통해 필요한 경우 수입할 바이오에너지에 대해 미리 검토해야 할 것이다. 이를 위해 우선 신？재생열에너지의 RHO 적용 가능성을 검토하면, ？대체에너지 개발 및 이용？촉진법？ 제2조에 따른 11개 신？재생에너지 분야 중 태양열, 바이오매스, 지열이 대상이 될 수 있다. 현재 신？재생열에너지 전체 대비 태양열과 지열은 각각 약 5%와 16%로 공급되고 있는 한편, 우드칩, 펠릿과 같은 목질계 바이오매스는 전체의 80%가량을 차지하고 있다. 이에 본 연구에서는 목질계 바이오매스를 대상으로 분석하였으며 이를 ‘폐목재(임목폐목재, 생활폐목재, 건설폐목재, 사업장폐목재)’, ‘부산물류(임목부산물, 농수산부산물)’, ‘순수목재(바이오순환림)’로 세분류하여 열에너지 분야에 활용될 때의 잠재량, 즉 가용에너지양을 산정하였다. 본 연구에서는 제2차 에너지 기본계획에서 제시한 방법론을 적용하여 이론적(Theoretical), 지리적(Geographical), 기술적(Technical), 시장(Market) 잠재량 단계별로 입지, 보급여건, 기술 수준, 정부의 정책 목표 등을 반영하여 실질적으로 공급 가능한 양을 산정하였다. 그 결과, 2013년 기준 국내 목질계 바이오매스의 가용에너지양(시장 잠재량에 해당)은 총 4,888천Gcal에 해당하는 것으로 나타났다. 하지만 현재 목질계 바이오매스는 RPS 제도가 시행된 이후 발전용으로 상당량 사용되며 그 사용량은 해마다 급격히 증가하고 있다. 이에, 앞서 제시한 총 가용에너지양에서 발전으로 사용되는 양을 제외한 결과 2013년 기준으로 3,178천Gcal로 산정되었다. 이와 더불어, 현재 열에너지 생산량당 생산단가가 태양열, 지열 등 다른 신？재생열에너지에 비해 낮은 상황에서 RHO 제도를 도입할 경우 열에너지 생산 및 공급업자들은 대부분 바이오매스를 열 생산의 주요 원료로 사용할 가능성이 큰 만큼, 바이오에너지 수요에 대한 최대한의 수요량과 최소한의 수요량을 사전적으로 검토할 필요가 있다. 따라서 본 연구에서는 향후 RHO 제도에 대한 시나리오를 설정하고, 시나리오별로 얼마만큼의 바이오에너지에 대한 수요가 예상되는지를 전망하였다. 이를 위해 우선 의무부과 대상에 대해 시나리오를 설정하였으며 크게 두 가지 대안, 1) 신축건물주에게 부과하는 경우, 2) 열 생산 및 공급업자에게 부과하는 경우로 구분해볼 수 있다. 대안 1은 일정 규모 이상의 대형 건물을 신축할 경우 해당 신축건축물의 소유자에 대해 냉？난방에 필요한 열에너지 소비의 일정 부분을 신？재생열에너지에서 소비하도록 의무화하는 것이며, 대안 2는 열에너지 생산？공급자에 대해서 생산？공급량의 일정 부분을 신？재생에너지열로 생산？공급하도록 의무화하는 것이다. 위의 두 대안에 대한 각각의 시나리오를 바탕으로, 향후 2030년까지 예상되는 열에너지 소비량을 추정하였다. 또한 두 가지 대안에 대해 생산단가로 인해 바이오매스로 100% 수요를 충당할 경우와 정부가 규제 등을 통해 52%까지 바이오매스를 사용하는 경우로 나누어 향후 수요량을 전망하였다. 특히, 후자의 경우 대안 1에 대해서는 2016년 885천Gcal, 2020년 4,458천Gcal, 2030년에는 총 20,415천Gcal의 에너지 수요가 발생하며, 대안 2에 대해서는 2016년 3,110천Gcal, 2020년 8,298천Gcal, 2030년에는 총 24,610천Gcal의 에너지 수요가 각각 발생할 것으로 예측된다. 이를 국내 가용에너지양(2013년 기준 공급가능량과 바이오순환림으로 인한 추가공급량 합산 = 3,693천Gcal)과 비교하면, 향후 수요 전망치가 국내 공급량을 훨씬 초과함을 알 수 있다. 대안별 온실가스 대체효과는 국내의 현실과 가장 근접한 혼합(석탄 및 LNG) 연료 유형을 바이오매스(100%)로 대체할 경우, 2030년 대안 1 및 대안 2의 온실가스 저감량은 각각 9,915 및 12,678 CO2-eq천 톤으로 나타났다. 대안 2인 집단에너지시설의 바이오매스 의무사용 정책을 통해 얻을 수 있는 온실가스 저감량은 2012년 국내 폐기물 부문의 온실가스 배출량(14,800 CO2-eq천 톤)의 86%에 해당한다. 결론적으로 대안 1 및 대안 2의 바이오매스 의무사용 확대정책은 온실가스 감축에 매우 효과적이라 할 수 있다. 또한 4개 대안에 대한 연료 유형별로 유해대기오염물질(크롬, 다환족 유기물질, 포름알데히드, 수은) 배출량을 산정한 결과, 대안 1 및 대안 2의 바이오매스 의무사용 확대정책은 유해대기오염물질 배출 측면에서 유리한 점과 불리한 점이 공존하고 있으며, 특히 다환족 유기물질과 포름알데히드 배출 면에서 현재의 에너지믹스보다 불리한 연료유형으로 분석된다. 특히, 인구 밀집 지역에서의 바이오매스 확대는 신중하게 접근해야 할 필요성이 있다. 현재 RPS 제도가 운영되고 있는 상황에서, 향후 RHO 제도가 도입된다면 한정된 국내 바이오매스 공급량을 놓고 이를 수요하기 위해 RPS 제도에 포함된 전력생산업자와 RHO 제도에 포함된 열생산업자 간에 경쟁이 예상된다. 이러한 초과수요는 전력생산업자와 열생산업자 간에 심각한 경쟁구도를 야기할 가능성이 크며, 국내에서 신규 바이오매스원을 발굴하거나 해외에서 공급 부족분에 대한 수입이 불가피할 것으로 전망된다. 이러한 상황에서 RHO 제도 도입에 앞서 원료의 안정적인 공급 및 신？재생열에너지의 보급 활성화 측면에서 사전 검토와 준비 사항들이 존재한다. 첫째, 향후 수요 증가 전망에 대비하여 국내 자원을 최대한 활용하기 위해서는 추가 공급 가능량 발굴이 요구된다. 본 연구에서 대상으로 하는 목질계 바이오매스 가용에너지양(시장 잠재량에 해당)은 이론적 잠재량 대비 약 10% 내외 수준인 것으로 나타났다. 향후 활용 잠재력이 높은 원료를 발굴해 나감으로써 시장 잠재량을 확대해 나가야 할 것이다. 특히, 임목부산물의 경우 발생량이 타 바이오매스보다 더 많으며 불순물의 함량도 적어 활용가치가 높을 것으로 기대된다. 비록 현재는 수집비용 문제나 제도적 문제로 인해 효율적 활용에 어려움이 있으나 향후 임목부산물의 활용을 높일 수 있다면 국내 원료 자급률은 크게 향상될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 현재 통계가 미흡하여 본 연구에서의 잠재량 산정에는 배제되었으나 향후 농수산부산물에 대해서도 더욱 체계적인 관리방안이 도출되고 유통현황이 더 명확해진다면 양질의 목질계 자원으로써 활용할 수 있을 것이다. 이를 위해 우선 목질계 외 타 바이오매스의 잠재량에 대한 파악 또한 필요하다. 두 번째로는 열부문 목질계 바이오매스 표준화와 수입 바이오매스 관리 측면을 검토할 수 있다. 앞서의 시나리오 분석대로 RHO 제도 도입에 따라 수요 전망치가 국내 공급가능량을 초과할 경우 부족분에 대해서는 수입이 불가피할 것으로 보인다. 이러한 국내 공급 부족량을 대체하기 위해 무분별한 수입이 이루어져 저급 혹은 유해물질이 함유된 원료가 국내에 공급될 경우 심각한 환경오염 문제를 일으킬 수 있다. 그러므로 신·재생에너지열원으로 활용하기 위한 목질계 바이오매스의 표준화가 필요하며, 수입 원료에 대한 품질관리를 더 철저히 할 필요가 있다. 또한 가공 과정을 거쳐 생산된 폐목재 연료의 공급 과정에 대한 정보를 관리해야 할 것이다. 이와 함께 해외 바이오에너지에 대한 수입을 고려할 경우, 생산단가나 국내 환경에 미치는 영향, 온실가스 감축 효과 산정과 관련된 다양한 분야에 대한 사전적인 준비 작업이 필요할 것으로 판단된다.