일상에서 버려지는 음식물 쓰레기, 더러운 물을 정화하고 남는 하수 찌꺼기, 분뇨와 같은 유기성 폐기물은 우리의 삶 속에서 끊임없이 발생하는데요. 이러한 폐기물들은 그냥 두면 환경 문제를 일으켜 생활에 불편함을 줍니다. 분해 과정에서 악취, 수질오염 등 기후 위기의 주요 원인으로 작용하기 때문이죠. 그런데, 이렇게 처치 곤란한 유기성 폐기물이 친환경 에너지가 된다면 어떨까요? 바로 바이오가스 이야기입니다.

 유기성 폐기물 재활용 변천사 

유엔 식량농업기구(FAO)에 따르면 매년 전 세계에서는 약 13억톤에 달하는 음식물 쓰레기가 발생한다고 합니다. 2021년 기준으로 우리나라의 연간 음식물 쓰레기 배출량은 500만톤으로, 20층 규모의 아파트 1260개 동을 채울 수 있는 분량입니다. 하수찌꺼기는 어떨까요? 국내에서 처리되는 하수찌꺼기는 연간 약 414만4617톤으로 5톤 트럭 약 82만8923대를 가득 채울 수 있습니다. 가축분뇨는 연간 약 5073만2000톤이 발생되는데 올림픽 규격 수영장(2500㎥) 2만293개에 달하는 양입니다. 

유기성 폐기물 처리는 전 세계적인 해결 과제입니다. 막대한 처리비용, 위생 등 고려할 사항이 많기 때문이죠. 우리나라는 2005년부터 음식물 쓰레기를 땅에 묻는 것을 금지하고, 서울을 시작으로 음식물 쓰레기를 분리배출하고 사료나 퇴비로 재활용하고 있습니다. 

또한 음식물류 폐기물을 사료와 퇴비로 가공하는 과정에서 나오는 다량의 폐수(음폐수)는 일반 폐기물에서 나오는 침출수보다 오염도가 높은데요. 2012년 런던협약으로 음폐수 바다 투기가 금지되었고, 우리나라도 2013년에 금지 조치를 내리면서 하수처리나 소각 등 대안을 모색하기 시작했습니다.

 친환경 자원으로 주목받는 바이오가스 

바이오가스는 산소가 없는 환경에서 음식물쓰레기, 하수찌꺼기, 분뇨 등의 폐기물이 미생물에 의해 발효 및 분해되면서 만들어지는데요. 이렇게 만든 바이오가스는 정제하는 과정을 거친 후 자동차나 도시가스의 연료가 되거나 수소 등의 에너지원으로 활용됩니다. 바이오가스는 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)가 주된 성분인데, 특히 메탄은 발열량이 큰 우수한 에너지원입니다.  

바이오가스 에너지화는 각종 폐기물을 재생에너지로 활용하는 동시에 폐기물을 안정적으로 처리하고, 온실가스 감축 효과까지 이끌어내는 친환경 에너지 기술입니다. 세계바이오가스협회(WBA) 보고서에 따르면 전 세계에서 매년 1050억톤 이상의 유기성 폐기물이 발생하는데, 이를 바이오가스로 사용하면 2030년까지 온실가스 배출량을 10% 감소시킬 수 있다고 합니다.

뿐만 아니라 바이오가스 생산 과정에서 발생하는 이산화탄소 배출량은 휘발유 생산과 비교해 3% 수준으로 낮으며, 다른 바이오 연료와 비교해도 5%에 불과합니다. 생산단가도 태양광 발전과 비교해 5분의 1 정도로 경제적이죠. 더불어 유기성 폐기물이 소화되는 과정에서 발생하는 이산화탄소 역시 바이오가스로 전환되기 때문에 이산화탄소 배출량이 제로에 가까운 탄소중립 에너지원입니다. 

 바이오가스의 탄생 과정 

바이오가스가 만들어지는 과정은 사람이 음식을 먹고 소화시키는 과정과 유사합니다. 음식물이 입 속에서 타액과 섞이고 이를 통해 잘게 부서지는 것처럼 반입저장조*에 모인 유기성 폐기물은 파쇄와 이물질 선별 과정을 거쳐 소화에 적합한 상태가 되는데, 이를 전처리 공정이라고 합니다. 

그리고 액상화된 음식물이 소화기관으로 이동해 소화되는 것처럼, 전처리 시설에서 파쇄 및 선별과정을 마친 전처리 유출수는 산소가 없는 상태에서 혐기성소화조*를 거치며 발효와 소화가 진행되는데요. 이때 발생하는 것이 바이오가스입니다. 마치 소화가 되면 시원하게 방귀가 나오는 것과 같은 이치라고 할 수 있죠. 이 과정에서 혐기성소화조가 사람의 위와 장의 역할을 하는 것입니다. 그리고 남은 폐수는 자원회수형 폐수처리 시스템을 통해 암모니아를 회수한 후 복합 액체비료로 탄생되고, 질소를 회수한 나머지는 하수처리장으로 가게 되죠. 

여기서 끝이 아닙니다. 이렇게 탄생한 바이오가스는 다시 한번 변신을 시도하는데요. 탈황시설과 바이오가스 저장조로 이동해 불순물을 제거하고, 메탄과 이산화탄소를 분리하는 고품질화 공정을 거치면, 비로소 순도 97% 이상의 바이오메탄이 생산됩니다. 바이오메탄은 도시가스 혹은 자동차 연료, 전기로 활용되거나 수소의 원료가 되기도 하는데요. 이렇게 바이오메탄을 만들고 분리된 이산화탄소는 다양한 제조업 및 농업에 활용할 수 있습니다. 

*반입저장조: 음식물 쓰레기가 처음 저장되는 공간으로 폐기물을 균질하게 혼합하고 침출수를 제거합니다. 

*혐기성소화조: 산소가 없는 상태에서 폐기물을 미생물로 분해해 바이오가스를 만드는 공간입니다.

 현대건설 바이오가스 기술 개발의 역사 

온실가스 배출량 감축이라는 범지구적 과제 해결을 위해 전 세계가 바이오가스에 주목하고 있습니다. 바이오가스 시장은 연평균 성장률(CAGR) 9.2%를 기록하며 꾸준히 성장하고 있는데요. 앞서 언급했듯이 국내에서 바이오가스 생산에 높은 관심이 생긴 것은 음식물 쓰레기 매립을 금지하면서부터 입니다. 하지만 외국 기술에 의존할 수밖에 없던 초기에는 점성이 높고 국물이 많은 한국 음식 특성상 전처리 과정에서 어려운 부분이 많았습니다. 

이 문제를 해결하기 위해 바이오가스 에너지화 원천 기술 개발에 돌입한 현대건설은 2008년 인천 청라에 바이오가스 에너지화 파일럿 시설을 갖추고 수차례 연구 끝에 바이오가스의 안정적인 생산에 성공합니다. 그리고 당시의 노하우를 토대로 2016년 충주에 하루 80톤의 음식물 쓰레기를 처리할 수 있는 음식물 바이오에너지 센터를 준공했습니다. 현대건설이 순수 국내 기술로 운영을 시작한 충주 음식물 바이오에너지 센터는 현대건설의 유기성 폐자원 에너지화 R&D 성과가 집약된 실증시설이자 국내 선도 모델로 인정받고 있습니다. 

현대건설은 여기에서 그치지 않고 충주 바이오에너지 센터를 운영, 검증한 기술을 기반으로 음식물 쓰레기와 하수찌꺼기, 분뇨까지 통합·처리할 수 있는 시흥시 클린에너지센터를 건립 중입니다. 2024년 준공할 예정인 이곳에서는 지금까지 개별 시설에서 처리했던 유기성 폐자원을 단일시설에서 통합·에너지화 함으로써 가스생산량 확대는 물론 운영 비용 절감의 효과까지 거둘 수 있는데요. 시흥시 클린에너지센터에서 하루에 처리할 수 있는 유기성 폐기물은 하수찌꺼기 540톤, 음식폐기물 145톤, 분뇨 60톤에 달합니다. 

이 밖에 보유 중인 기술을 업그레이드하기 위한 연구개발에도 박차를 가하고 있습니다. 2022년 4월 환경부 국책과제를 수주하고, 2026년까지 강원도 인제군에 하루 75톤의 가축분뇨, 하수찌꺼기, 음식물쓰레기를 처리할 수 있는 통합 바이오가스 에너지화 실증시설을 구축할 계획입니다. 개선된 전처리 기술을 활용한 ‘인제 통합바이오가스 에너지화 시설’은 향후 더 많은 바이오가스를 생산하고, 적은 에너지를 소모하면서 안정적으로 폐수를 처리할 수 있을 것으로 보입니다. 

 현대건설이 보유한 바이오가스 핵심 기술 

현대건설은 지속적인 연구와 기술 고도화를 통해 바이오가스 에너지화에 대한 혁신적인 기술을 개발해 나가고 있습니다. 그 결과 환경신기술 인증 2건과 녹색 인증 1건을 획득하고, 국내에서 총 15건, 해외에서 총 3건의 특허를 등록하며 기술의 우수성을 인정받았죠. 자체 기술을 적용해 바이오가스 생산을 최적화하고 있는 현대건설의 각 공정별 핵심 기술들에 대해 좀 더 살펴볼까요.  

① 작은 모래까지 잡아낸다! 음식물 폐기물의 선택적 이물질 분리

음식물 쓰레기의 전처리 과정은 가축 분뇨나 하수찌꺼기의 과정보다 좀더 섬세한 공정을 요구합니다. 음식물 쓰레기에 포함된 바이오가스 생산에 방해가 되는 모래, 비닐, 종이 등 미세 협잡물을 선별·분리해야 소화효율을 높이고, 펌프 고장이나 배관 막힘, 소화조 침적을 최소화할 수 있기 때문인데요. 선택적으로 이물질을 분리할 수 있는 현대건설의 독보적인 전처리 기술은 자갈, 쇠붙이와 같은 중량물과 비닐, 종이와 같은 경량물, 모래, 폐각류와 같은 미세협잡물을 95%까지 제거해 줍니다. 현대건설의 기술력 차이를 볼 수 있는 부분이죠.

② 바이오가스 발생량을 높여주는 혐기성 소화 기술

전처리 과정을 거친 유기성 폐기물이 액상화된 상태를 전처리 유출수라고 하는데요. 전처리 유출수가 혐기성소화조를 거쳐 바이오가스로 만들어질 때, 현대건설만의 특화된 재순환처리 과정이 추가됩니다. 이 과정은 슬러지의 체류시간을 늘리고 미생물 유실을 최소화 시켜줘, 궁극적으로 불필요한 휘발성 고형물을 80% 이상 제거할 수 있는데요. 이는 곧 바이오가스 발생량을 기존 시설 대비 10% 이상 향상시키는 효과를 가져다 줍니다.  

③ 구역별 냄새도 철저하게! 악취 제어 기술

바이오가스는 냄새를 유발하는 유기성 폐기물로 만들기 때문에 악취를 최소화하는 것 또한 중요합니다. 현대건설은 국내 최초로 악취 농도를 실시간 관리하는 시스템을 개발해 현대건설이 시공한 모든 바이오가스 에너지화 시설에 적용했는데요. 대기 중으로 확산되던 기존 환기 시설과 달리 밀폐형 폐쇄회로 구조로 악취를 가두고, 폐기물 반입장과 전처리실, 폐수처리실 등 각 구역별 특성에 맞춰 음압을 유지해 악취 확산을 방지할 수 있습니다. 이에 더해 악취 유출을 최소화하는 구역별 하이브리드 악취 포집 기술을 적용해 근무자의 작업환경을 보호할 수 있습니다. 또한 도심 인근에 설치할 수 있어 운송비와 물류비 절감 효과도 거둘 수 있습니다. 

 미래 신에너지로 떠오르는 바이오가스 

현대건설은 한 걸음 더 나아가 바이오가스를 활용해 순도 99.995% 이상의 청정수소를 추출하는 기술 개발에 도전하고 있습니다. 지난 8월에는 현대자동차·기아, 수도권매립지관리공사와 함께 ‘바이오가스를 활용한 친환경 수소생산 공동 기술 개발 및 사업추진을 위한 MOU’를 맺고, 바이오가스를 활용해 매일 216kg 규모의 친환경 수소를 생산하는 실증 연구에 박차를 가할 계획인데요. 바이오가스로 전기, 도시가스 생산에 이어 수소까지 그 생산 범위를 확대함으로써 국내 수소 생태계 마련에 일조할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 

[ 현대건설이 수도권매립지관리공사, 현대차그룹과 함께 친환경 수소생산 공동 기술 개발을 위해 MOU를 체결했다 ]

우리에겐 아직까지 낯설지만, 바이오가스는 탄소중립 시대를 맞이해 점차 그 영향력을 확대하고 있는 친환경 에너지임이 틀림없습니다. 덴마크의 경우 도시가스의 25%를 바이오가스로 이용하고 있고, 독일의 1인당 바이오가스 생산량은 우리나라의 15배에 이릅니다. 이에 정부는 2022년 국회 본회의에 통과된 ‘유기성 폐자원을 활용한 바이오가스의 생산 및 이용 촉진법안’을 바탕으로 오는 2025년부터 각 지자체에서 발생한 유기성 폐자원(가축분뇨, 하수찌꺼기, 음식물쓰레기 등)에 대한 바이오가스 생산 의무를 부과할 방침입니다.  

바이오가스 에너지화는 각 지역의 유기성 폐기물 재활용은 물론 에너지 자립도를 향상시키는 데 도움을 주고, 에너지 수입 의존도가 높은 우리나라의 에너지 안보를 강화하는 데도 중요한 역할을 할 것입니다. 현대건설 역시 독보적인 바이오 가스화 원천 기술을 토대로 자원순환 활성화와 탄소중립 실천에 앞장서겠습니다.