유기생명체로부터 얻을 수 있는 바이오에너지는 지구에 탄소 배출을 더하지 않으면서 자연과 하나되어 그 순환을 함께 하는 친환경 에너지 에너지로 향후 기후변화협약에 대한 유용한 계획이며 해외에서 수입하는 기름에 대한 의존을 감소시켜 에너지를 안정적으로 공급할 수 있게 하기도 하고 유기생명체를 다루는 농업 활동을 적극적으로 지지해 농업,농촌에 활기를 불러 일으키는 좋은 선로이다. 바이오 연료를 생산할 때 바이오연료에서 소비한 이산화탄소를 다시 쓴다는 점에서 바이오에너지의 가장 큰 특성은 탄소 중립인데 이 과정에서 많은 추가 에너지가 요구되고 이런 걸 생각했을 때 탄소 중립의 성능이 그렇게 좋지는 않다. 현재 가장 많이 실용화된 바이오연료 중에 하나는 바이오에탄올인데 이는 곡물, 사탕수수에 포함되어 있는 당을 산소가 없는 환경에서 미생물로 발효해 발생하는 에탄올을 연료로 활용하는 것이다. 그리고 바이오디젤 같은 경우에는 대기 오염을 일으키는 가장 큰 원인 중 하나인 환산화물 혹은 방향족 탄화수소의 양이 비교적 적고 또 쉽게 연소할 수 있는 장점이 있어 많이 활용되는 바이오연료이다. 하지만 이런 바이오에너지가 현재로서는 부산물보다 주산물을 주로 활용하기 때문에 식량과 에너지 중 이들의 경중에 대한 문제가 화두로 떠오르고 있다.
<h1>바이오에너지의 필요성</h1> <p>바이오에너지는 태양에너지를 원천으로 하는 바이오매스 (유기생명체)로부터 얻는 에너지이기에 지구 환경에 추가적인 탄소의 배출 없이 자원의 자연 순환원리를 따르고 있는 친환경에너지로서 기후변화협약에 적극적인 대처 방안이 될 수 있으며, 수입원유에 대한 의존성을 줄여 에너지 공급의 안정성을 확보함은 물론 바이오매스를 생산하는 농업 활동은 침체에 빠진 농업·농촌의 활로도 개척할 수 있는 훌륭한 방법이 될 수 있다. 바이오에너지는 화석연료에 비해 경제성은 낮지만 전기 생산을 주목적으로 하는 다른 신·재생에너지와 달리 열, 전기뿐 만아니라 기존 수송용 연료와의 직접 호환이용이해 가장 현실적인 대체에너지로 떠오르고 있다. 바이오에탄올, 바이오디젤은 수송용 액체연료로, 음식쓰레기에서 발생하는 메탄가스 등은 열, 전기 등의 용도로 쓰인다. 바이오에너지의 가치사슬은 자원확보, 공정처리, 활용의 3단계로 구분되며, 농림·에너지·바이오테크·화학·유통산업이 융·복합된 구조이고, 자원 확보단계에서는 농작물 또는 에너지식물의 경작기술, 환경친화적인 수거 및 토양보존 기술, 경제적인 수거·보관 시스템 구축 등이 중요하며, 공정처리는 바이오매스에서 액체 바이오연료를 추출하는 단계로서, 탄수화물의 분해효소 및 발효 미생물 개발 등 바이오테크 기술이 핵심이다. 활용단계에서는 생산된 바이오연료가 에너지용으로 소비되거나, 산업소재용으로 사용하기 위해 추가적인 공정에 투입되며, 핵심 바이오연료인 바이오에탄올 및 기타 부산물을 바이오정유공정 (Biorefinery)에서 처리할 경우 다양한 화학소재의 생산이 가능하다. 문제는 우리나라의 바이오에너지 개발 기술수준과 연구투자가 선진국들에 비해 취약한 상황이며, 식물자원도 매우 부족한 상태라는 것이다. 바이오연료의 대표적인 특성은 '탄소 중립' (Carbon Neutral)이라는 점이다. 바이오연료도 연소를 시키면 대기 중에 온실가스인 이산화탄소를 배출한다. 그런 점에서는 지구 온난화의 원인으로 비난을 받고 있는 화석연료와 크게 다르지 않다. 그런데 바이오연료에 들어 있는 탄소는 기껏해야 한해 전에 대기 중에서 흡수했던 것이다. 바이오연료의 생산이 정상 궤도에 오르게 되면 바이오연료의 생산과 소비가 함께 진행된다. 그렇게 되면 바이오연료의 소비에 의해 방출되는 이산화탄소의 대부분을 바이오연료의 생산 과정에서 다시 흡수하게 된다. 다시 말해서 지구 온난화에 대한 걱정을 상당 부분 덜 수 있다는 것이 바로 탄소 중립의 의미다. 바이오매스를 에너지로 변환시키면 최종적으로 나오는 \( \mathrm { CO } _ { 2 } , \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } \), 유기비료 등은 공기, 물, 토양 등을 통하여 생물체에 스며들어 자연에서 순환함으로써 공기 중의 농도를 증가시키지 않으며, 따라서 바이오매스 에너지 이용은 온실가스 감축에 크게 기여할 수 있다. 그렇다고 바이오연료가 모든 면에서 완벽한 정말 이상적인 대체연료인 것은 절대 아니다. 우선 바이오연료의 탄소 중립성도 완벽한 것은 아니다. 물론 바이오연료는 녹색식물이 광합성으로 흡수한 이산화탄소의 일부를 사용한다. 다시 말해서 바이오연료로 전환되는 탄소는 \( 100 \% \) 대기 중에 있던 탄소에서 유래된 것은 분명한 사실이다. 그러나 바이오연료의 원료작물을 바이오연료로 전환시키는 과정이 그렇게 단순한 것은 아니다. 상당한 양의 추가적인 에너지가 필요하고, 그런 에너지까지 고려하면 탄소 중립적 특성은 상당히 줄어드는 것이 사실이다. 현실적으로 활용이 가능한 바이오연료는 '바이오에탄올'과 '바이오디젤'이 있다. 모두가 재배가 가능한 식물을 원료로 한 것으로 수송용 석유 연료를 대체할 수 있는 '대체 연료'이고, 이미 상당한 부분 실용화가 되어 있는 상태다. 브라질은 이미 오래 전부터 '가소올'이라는 이름으로 바이오 에탄올을 대량으로 사용해왔고, 미국도 작년부터 적극적으로 바이오 에탄올을 보급하고 있다. 바이오디젤은 독일을 비롯한 유럽에서 적극적으로 활용해 왔던 대체 연료다. 우선 바이오에탄올은 옥수수와 같은 곡물이나 사탕수수에 들어 있는 당 (糖)을 산소가 없는 상태에서 효모와 같은 미생물로 발효시켜 얻어지는 에탄올을 연료로 사용하겠다는 것이다. 기본적으로 술을 만들 때 사용한 것과 똑같은 발효 공정으로 최대 농도가 \( 25 \% \)정도의 에탄올 수용액이 얻어진다. 맛이나 품질이 낮다는 점을 빼고 나면 막걸리 원액과 조금도 다를 것이 없는 수용액이다. 발효를 시키는 과정에서는 다른 미생물 공정과 마찬가지로 적당한 온도만 유지시커주면 되기 때문에 특별히 많은 양의 에너지가 필요하지 않는다. 발효 과정에서 방출되는 열을 쓸모없이 빠져나가지 않도록 보온만 잘 해주어도 발효에 필요한 적정 온도를 유지할 수 있다. 막걸리 제조 과정을 살펴보면 쉽게 이해할 수 있는 일이다. 그런데 발효를 통해 생산된 에탄올을 연료로 사용하려면 상당한 양의 에너지를 이용해서 수분을 제거해야 한다. 발효액을 높은 온도로 가열해서 물과 에탄올을 분리하는 증류 공정을 거쳐야 한다. 전통 소주나 위스키를 만드는 것과 똑같은 과정이다. 증류 과정을 거치면 에탄올의 농도를 \( 96 \% \)까지 높일 수 있다. 발효와 증류 과정에서 생기는 부산물의 처리에도 상당한 양의 에너지가 필요하다. 그렇게 농축한 증류 에탄올을 자동차의 연료로 직접 사용할 수도 있다. 그러나 증류 에탄올에서 수분을 완전히 제거한 후에 원유에서 생산한 휘발유의 옥탄값을 증가시키는 첨가제로 사용하는 것이 더 일반적이다. 탄화수소가 주성분인 휘발유가 물과 잘 혼합되지 않기 때문이다. 그런데 증류 바이오 에탄올에서 물을 제거하는 일은 결코 쉽지 않다. 물과 에탄올 혼합 용액의 화학적인 특성 때문에 단순한 증류 방법으로는 더 이상의 분리가 어렵기 때문이다. 결국 물 분자를 선택적으로 흡수하는 다공성 (多孔性) 제올라이트와 같은 흡착제를 사용해야만 한다. 유럽에서 많이 보급되고 있는 바이오디젤도 사정이 크게 다르지 않다. 바이오디젤은 식용으로 적합하지 않은 식물성이나 동물성 기름에서 생산한 지방산을 알킬 에스터로 전환시킨 것이다. 식물성 기름의 원료로는 유채나 팜을 많이 사용한다. 유채는 클로버나 콩과 식물의 경우처럼 질소 고정 박테리아와 공생하기 때문에 토양을 기름지게 만들어주는 장점도 가지고 있다. 유채를 재배한 토양이 기름지게 되는 소득도 얻게 된다는 뜻이다. 그런데 지방산을 에스터로 전환시키는 과정에서는 식물의 잔해를 발효시켜서 생산한 에탄올이나 석유화학 산업에서 생산한 메탄올을 사용한다. 특히 바이오디젤은 대기 오염의 주범으로 지목되고 있는 황산화물이나 방향족 탄화수소가 적게 들어있고, 비교적 쉽게 연소시킬 수 있다는 장점이 있다. 바이오디젤의 경우에도 원료 자체는 탄소 중립의 특성을 가지고 있다. 더욱이 바이오디젤은 연소 특성이 경유 (디젤)와 비슷하기 때문이 다른 대체 연료보다 활용이 더 쉬운 것도 장점이다. 기존의 경유용 엔진에 바이오디젤을 그대로 사용할 수 있고, 저장, 운송 판매 시설까지도 별도의 개조를 하지 않은 상태로 활용이 가능하다. 현재의 경유에 바이오디젤을 \( 5 \sim 20 \% \) 정도 혼합하면 소비자의 입장에서는 아무런 차이를 느끼지 않고 사용할 수 있다. 그러나 바이오디젤의 생산 과정에서 상당한 양의 추가 에너지가 필요한 것은 사실이다. 2000~2007년 수송용 바이오에탄올 생산량은 연평균 \( 19 \% \) 증가하여 2007년 605억 L에 이르고 있으며 2012년에는 1,493억 \( L \)로 증가가 예상되고, 바이오디젤은 같은 기간 연평균 \( 60 \% \)씩 증가하여 2007년 102억 L에 달하며 2012년에는 311억 \( L \)로 증가가 예상된다. 현재까지 생산되는 바이오에너지는 전 세계적으로 전체 수송연료의 \( 1 \% \) 정도를 차지하는 수준이나 2030년에는 최대 \( 5 \% \)까지 늘어나게 되고, 수송용 바이오에너지의 수요 증대에 따른 바이오에너지 생산 플랜트 수요 증가로 2030년까지 전 세계 바이오에너지 플랜트 시장 수요는 약 200조원이 될 것으로 전망된다. 2009년 현재 국내에서 바이오디젤은 전체 디젤의 \( 1.5 \% \)를 차지하고 있으며, 혼합 비율을 2007년 \( 0.5 \% \)를 기준하여 매년 \( 0.5 \% \)씩 늘려 2012년에는 \( 3 \% \)인 54 만 \( kl \)를 보급할 계획이며, 중장기적으로는 \( 5 \% \)대로 끌어 올릴 예정이다. 바이오에탄올의 경우 2006년 바이오에탄올 보급을 위한 실증연구가 시작되었으며 2007년 9월 에탄올 혼합연료의 실차 주행 연구를 착수 하였고, 실제 사용은 2011년 이후에나 가능할 것으로 예상된다. 현재 선진국의 바이오에너지 개발은 농림 부산물을 활용하기 보다는 주산물을 원료로 사용하기 때문에 식량과 에너지의 경합문제가 제기되고 있다. 2009년 현재 국내에서 바이오디젤은 전체 디젤의 \( 1.5 \% \)를 차지하고 있으며, 혼합 비율을 2007년 \( 0.5 \% \)를 기준하여 매년 \( 0.5 \% \)씩 늘려 2012년에는 \( 3 \% \)인 54만 \( kl \)를 보급할 계획이며, 중장기적으로는 \( 5 \% \)대로 끌어 올릴 예정이다.</p>