산불로 인한 온실가스 배출 문제와 이를 해결하기 위한 화석연료 대체 수단으로서의 목질 바이오매스의 가치 및 활용 방안 doc_id PCY_201501290907546771_5

산불로 인해 발생하는 연기에는 분진(particulate), 이산화탄소, 메탄과 같은 온실가스들이 포함된다. 미국 환경보호국(Environmental Protection Agency)에 따르면, 2000년부터 2005년까지 미국 48개 주와 알라스카에서 발생한 산불로 인해 연평균 약 1억 550만톤의 이산화탄소가 대기 중으로 배출되는 것으로 추산되었다. 또 다른 연구(Wiedinmyer and Neff 2007)에 의하면 2002년부터 2006년까지 미국 내에서 발생한 산불로 인해 연 평균 약 2억 9,300만 톤 정도의 이산화탄소가 배출된 것으로 보고되었다. 2007년 7월 South Lake Tahoe 호수에서 발생한 앙고라 산불의 예를 들면, 피해면적은 임야 3,100 에이커에 불과하였으나, 배출된 온실가스의 양은 이산화탄소와 기타 온실가스를 포함하여 약 14만 1,000톤에 달하였다. 또한 산불 피해목이 부후하면서 배출된 양까지 포함하면 약 51만 8,000톤에 달하는 것으로 보고되었으며(Bonnicksen 2008), 이는 차량 10만 5,500대에서 연간 배출되는 온실가스 양과 비슷한 수치이다. 분진(particulate)이 기후변화에 미치는 영향은 분명하지 않다(Kaufman et al. 2005). 일부 과학자들은 연기가 햇빛을 차단하여 지표면의 온도를 낮출 수 있다고 주장한 반면 (Pearce 2005), 다른 과학자들은 이것이 단지 일시적으로 나타나는 현상일 뿐이며, 산불은 결과적으로 온난화에 기여할 것이라고 주장하였다(Cess et al. 1985). 분진의 영향력이 명확히 밝혀지지는 않았지만, 여전히 많은 학자들은 저위도 지역에서는 연기로 인해 기온이 낮아지고, 고위도 지방에서는 반대로 기온이 높아지는 효과가 있다고 주장한다(인터뷰, R. Neilson, 미국 산림청, 2007년 10월 2일). 미국과 세계 각지에서 발생하는 산불들은 점차 그 규모가 커지고 강도가 세지고 있다. 따라서 추후 산불로 인한 온실가스 배출량은 현재 수준을 넘어설 가능성이 매우 크다. Hasse(2007)는 바이오매스 보일러의 온실가스 배출량을 잔존물의 현지소각(Pile Burning), 처방화입(Prescribed Burning), 산불 등으로부터 발생하는 배출량과 비교하였다. 이에 따르면 바이오매스 보일러를 사용하는 경우, 일산화탄소는 99%, 이산화질소는 30%, 휘발성 유기 화합물은 96%, PM10 분진은 89%까지 감축할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 현지소각의 경우 온난화 잠재력이 높은 메탄을 배출하게 된다(메탄의 온난화 잠재력 지수는 23, 즉 메탄 1파운드 배출은 이산화탄소 23파운드 배출과 같은 영향을 가짐). 미국은 증가하는 전력수요에 대처하기 위해 향후 25년간 300MW 급의 발전소 1,200개를 추가 건설해야 하는 것으로 예측되고 있다(Hasse 2007). 미국에서 가장 풍부한 자원인 석탄은 여전히 전력생산의 주요 에너지원으로 사용 될 것이다. 발전소는 화석연료의 사용으로 인해 온실가스를 가장 많이 배출하는 고정배출원이다. 바이오매스를 에너지원으로 이용하면 온실가스 배출을 줄이는 것 이외에도 두 가지 장점이 더 있다. 우선 벌채 잔존물을 전력생산에 이용함으로써 잔존물을 현장에 두어 썩히거나 연소시켜 없애는 수고를 덜 수 있다. 또한 목질 바이오매스를 에너지원으로 이용함으로써 화석연료 대체효과를 가져올 수 있다. 바이오매스 연료와 바이오기반 제품을 이용하면 석유와 가스의 수입은 줄어들고 환경은 질적으로 개선된다. 바이오매스는 석탄, 천연가스, 휘발유, 경우, 중유 등을 대체하는 연료가 된다. 또한 바이오매스 생산을 통해 지역경제를 지원할 수 있고, 바이오기반 제조업의 육성을 통해 국가 경제에도 기여할 수 있다. 목질 바이오매스를 에너지로 전환하는 기술에는 직접 연소(Direct Burning), 가수분해와 발효(Hydrolysis and Fermentation), 열분해(Pyrolysis), 기화(Gasification), 목탄(Charcoal), 펠릿(Pellets)과 브리켓(Briquettes) 등이 있다. 목질 바이오매스 에너지는 증기, 냉난방, 전력생산과 열병합발전, 수송용 연료 등으로 이용된다. 화석연료를 바이오매스로 대체하면 온실가스 배출을 줄일 수 있다. 바이오기반의 제품과 바이오매스 연료를 이용하면 석유와 천연가스의 수입은 줄고, 환경은 질적으로 개선된다. 그리고 바이오매스는 석탄, 천연가스, 가솔린, 디젤, 연료유 같은 화석연료의 사용에서 배출되는 온실가스를 상쇄하는데 이용될 수 있다. 또한, 다양한 재활용 연료, 화학제품, 기타 바이오제품의 제조업을 발전시키고 지역 경제를 지원함으로써 경제발전의 역할을 한다(California Biomass Collaborative 2005; English et al. 2006; Smith, et al. 2007). 바이오매스는 미국 내 재생에너지 중 약 48%에 달하는 3,227조 BTU를 제공하는 풍부한 재생 에너지원이다(EIA 2006). 2005년에 사용된 바이오에너지 3,227조 BTU 가운데 65%에 달하는 2,114조 BTU가 목재에서 비롯된 것이다. 그리고 산업용 바이오매스의 총 에너지 1,875조 BTU 중에서 88%에 달하는 1,460조 BTU가 제재소, OSB 합판 업체, 펄프, 종이 업체 등과 같은 임산업체에 이용되었다(EIA 2006). 미국은 향후 25년간의 전력 수요를 충족하기 위해 300메가와트 급 발전소 1,200개를 건설해야 한다. 이러한 전력생산에 있어 화석연료는 여전히 중요한 비중을 차지할 것이다. 태양과 풍력발전을 통해 어느 정도는 에너지 확보가 가능하겠지만, 온실가스 배출을 줄이기 위해서는 목질 바이오매스를 화석연료와 함께 사용하는 것이 실질적인 장·단기 에너지 수급 대안이 될 것이다. 여러 연방기금들과 벤처자본들에서 셀룰로오스 에탄올의 생산을 지원하기 시작했다. 화석연료를 셀룰로오스 바이오매스로 대체하면 상당한 양의 온실가스 배출을 줄일 수 있는데, 즉 휘발유를 셀룰로오스 에탄올로 대체하면 이산화탄소, 메탄, 아산화질소와 같은 온실가스 배출을 90.9%까지 줄일 수 있다. 목질 바이오매스로 이용가능한 원재료로는 벌채잔존물 및 기타 잔존물, 산불관리를 위한 연료제거시업 산물, 연료목(fuelwood), 목재 제조업체의 폐기물, 도심에서 나오는 목재폐기물 등 매우 다양하다. 또한 오리나무, 사시나무, 포플러류, 단풍나무, 양버즘나무, 버드나무, 소나무 등 벌채주기가 짧은 속성수들도 목질 바이오매스의 재료가 될 수 있다. 에너지 수요량의 일부가 태양열, 풍력과 같은 재생가능한 자원에 의해 확보된다고 하더라도, 바이오매스를 중요하게 고려해야 한다. 목질 바이오매스는 석탄과 함께 혼합 연소하는 것이 가능하고 저비용 고효율의 대체 에너지원으로서, 장단기 에너지 수급의 실질적인 해결책이 될 수 있다. 고유황 석탄을 목재와 함께 연소시킴으로써 유황가스, 수은, 기타 중금속 물질의 배출도 줄일 수 있다. 석탄과 함께 목질 바이오매스를 5~10% 첨가하여 연소시키는 것과, 석탄과 바이오매스를 함께 이용하여 액체연료를 생산하는 것은 청정에너지 수급 대안이 될 수 있다. 목질 바이오매스를 석탄과 함께 연소시킨다 면 에너지생산에 필요한 목질 바이오매스의 수요가 크게 증가할 것이다. 또한 온실가스 감축을 위해 석유 및 가스 발전기에 목질 바이오매스를 함께 이용하는 것도 가능할 것이다(Morris 2007).