볏짚과 해조류로 만든 전기, 지속가능한 미래의 열쇠

볏짚과 해조류로 만든 전기, 지속가능한 미래의 열쇠

대학생신재생에너지기자단 27기 김계환

 

바이오매스 발전이 필요한 대한민국

우리나라는 좁은 대지 면적과 더불어 자원이 적은 나라로 에너지 수입의존도가 매우 높다. 특히 석유와 가스는 전량을 해외 수입에 의존하고 있어 전쟁이나 재해, 공급망 갈등으로 수입이 불가능할 경우 에너지 고갈 문제가 발생할 것으로 예상된다. 이러한 문제를 해결하고 안정적인 에너지 시스템을 구축하기 위해 에너지 자급을 이루는 것은 매우 중요하다. 

[자료 1. 1990년~2023년 에너지 수입의존도]

출처 : 에너지경제

이를 위해 우리나라는 원자력과 신재생에너지의 비중을 점차 늘려가고 있다. 하지만 각각의 에너지원은 한계를 가지고 있다. 국내의 주력 신재생에너지원인 태양에너지와 풍력에너지를 사용한 발전은 날씨의 영향을 받아 발전량이 불안정한 간헐성의 문제를 가지고 있다. 반면, 원자력 발전의 경우 24시간 지속적으로 대규모 전력을 발전하는 기저부하 전원으로서 우리나라 전력망의 최대 비중을 차지한다. 하지만 원전은 한번 가동을 시작하면 출력을 유연하게 조절하기 어려워 전력 수요와 신재생에너지의 간헐성 문제를 해결할 수 없다. 따라서 태양에너지와 풍력에너지의 간헐성 문제를 해결하는 조정 가능한 신재생에너지원인 바이오매스가 중요하다. 바이오매스는 수요가 발생할 경우 원료를 투입해 즉시 가동할 수 있어, 기존 신재생에너지 발전의 전력 공백을 안정적으로 해결해 줄 수 있다. 하지만 바이오매스 발전을 위해서는 사탕수수나 옥수수, 수수와 같은 작물을 대규모로 재배해야 한다. 하지만 우리나라는 대지 면적이 좁고 식량 자급률이 낮아 한정된 농경지에서 에너지 작물을 재배하는 것은 국가의 식량 문제로 이어질 수 있다. 이러한 근본적인 한계로 인해, 현재 우리나라의 바이오매스 발전 비중은 매우 낮다. 따라서 이러한 문제를 해결하면서 바이오매스 발전을 할 수 있는 방법에 대한 연구가 필요하다.

 

육상 발전-버려지는 볏짚 활용

그렇다면 식량 생산과 충돌하지 않으면서, 우리나라의 현실에 맞는 바이오매스를 발전할 해답은 무엇일까? 그 정답은 우리나라의 주식으로 식량 자급률이 매우 높은 '쌀'에서 찾을 수 있다. 주식인 쌀을 수확하고 남은 막대한 양의 농업 부산물인 볏짚을 활용하는 것이다. 지금까지 볏짚은 부피가 크고 에너지 밀도가 낮아 대부분 방치되거나 소각되며 환경오염을 악화시키고 있었다. 오랜 기간 방치된 볏짚은 온실가스인 메탄을 발생시키고, 소각 과정에서는 미세먼지를 방생한다. 하지만 호주에서는 이러한 농업 부산물인 수수짚을 활용한 바이오매스 발전을 통해 볏짚을 에너지 자원으로 사용하는 방법을 제시한다.

[자료 2. 수수짚에 펠릿화를 사용할 경우 증가하는 에너지 잠재력 ]

출처 : Sorghum straw pellets: A dispatchable energy source for renewable energy transition 

이 방법은 바로 '펠릿화(Pelleting)' 기술이다. 펠릿화는 느슨한 짚을 고온 고압으로 압축해 작고 단단한 알갱이로 만드는 기술로, 이 과정을 활용하면 에너지 밀도를 높일 수 있다. 실제로 수수짚의 경우 에너지 밀도가 3.7GJ/m³에서 10.2GJ/m³로 약 3배 증가했다. 이러한 방법은 동일하게 볏짚에도 적용할 수 있다.

[자료 3. 바이오에너지 원료로 사용되는 펠릿 ]

출처 : 글로벌이코노믹

이렇게 탄생한 볏짚 펠릿은 이전에 언급했던 우리나라 에너지 문제에 대한 해답을 제공한다. 필요할 때마다 안정적으로 에너지를 공급하는 국산 연료가 돼, 다른 신재생에너지의 간헐성을 보완하고 화석연료 발전을 대체하며 전력망을 안정시키는 역할을 할 수 있다. 또한 버려지는 짚을 활용하기 때문에 대지 면적이 좁아 에너지 작물을 재배할 수 없는 우리나라에서도 바이오매스를 활용할 수 있다.  

 

해상발전-해조류를 활용한 발전

볏짚과 같은 농업 부산물을 활용하는 것은 중요한 대안이지만 대지 면적이 좁은 우리나라의 육상 자원으로는 에너지 수요를 감당하기 어렵다. 따라서 삼면이 바다인 우리나라는 해상 거대 조류(macroalgae), 즉 해조류를 활용한 바이오매스 발전이 대안이 될 수 있다. 해조류 바이오매스의 장점은 토지나 담수를 전혀 사용하지 않고 바이오매스를 생산할 수 있다. 이는 국토 면적의 한계를 극복해야 하는 우리나라에 적합한 방법이다.

[자료 4. 미래 해조류 생산 사이클 ]

출처 : Life-cycle analysis of offshore macroalgae production systems in the United States

미래의 해조류 양식은 육상 부화장(Nursery)에서 기른 어린 해조류를 먼바다에 설치된 대규모 농장(Offshore farm)으로 옮겨 재배하고 수확하는 첨단 시스템이다. 심지어 영양이 풍부한 심해수를 끌어올리는 '용승(upwelling)' 기술 등을 통해 생산성을 극대화하는 연구도 활발히 진행되고 있다.

이렇게 수확된 해조류의 가치는 단순히 전기를 생산하는 데 그치지 않고, 다양한 분야로 확장된다는 점에서 더욱 주목할 만하다. 우선, 열수 액화(hydrothermal liquefaction)와 같은 첨단 기술을 통해 선박이나 항공기에도 사용 가능한 친환경 디젤을 생산하며, 국가 에너지 시스템에 직접적으로 기여할 수 있다. 더 나아가, 해조류는 성장 과정에서 바닷속 과잉 영양분과 이산화탄소를 자연스럽게 흡수하기 때문에, 녹조나 적조와 같은 해양 오염 문제를 해결하는 '바다의 정화조' 역할까지 수행한다. 여기에 식품, 동물 사료, 비료는 물론 의약품의 원료로도 활용될 수 있어, 에너지와 환경을 넘어 새로운 해양 기반 신 산업을 창출하는 경제적 잠재력까지 품고 있다.

물론, 해상 양식에도 해결해야 할 과제는 있다. 연구에 따르면, 재배와 수확 과정에서 사용하는 선박 연료가 전체 탄소 배출량의 45% 이상을 차지하는 주요 원인이다. 하지만 이 또한 선박 연료를 바이오디젤과 같은 저탄소 연료로 대체함으로써 해결해 나갈 수 있다.

 

지속가능한 에너지 자립을 위한 투트랙 전략

우리나라는 에너지 수입 의존도가 매우 높은 나라로 국제 정서에 따라 에너지 문제가 발생할 가능성이 높다. 따라서 우리나라의 에너지 안보를 높이기 위해 원자력, 신재생에너지 발전은 필수적이다. 하지만 각각의 에너지원에 대한 한계가 명확하고 이를 해결하기 위해 앞으로 발전해 나가야 할 에너지원이 '바이오매스'이다. 바이오매스는 탄소 고정과 탄소 순환을 할 수 있어 친환경적이고 다른 신재생에너지와 다르게 필요에 따라 발전이 가능한 에너지이다. 하지만 우리나라는 좁은 국토 면적과 식량 문제로 에너지 작물을 재배하는 것에 어려움이 많다. 따라서 땅에서는 버려지는 볏짚을 재활용하여 농촌의 경제를 살리고 안정적인 전력을 확보하고, 바다에서는 무한한 해양 자원을 활용해 에너지, 환경, 식량 모든 문제를 해결해야 한다.

이처럼 육상과 해상 양쪽에서 기회를 찾는 투트랙 전략은 기후 위기 시대에 우리나라가 에너지 자립과 탄소중립을 동시에 달성할 수 있는 가장 현실적이고 강력한 청사진이 될 것이다. 이를 위해 바이오 산업의 연구 개발과 투자가 필연적이다. 

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바이오매스에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "[Remake] 바이오매스로 수소를? 친환경 수소 생산의 미", 23기 김경훈, 26기 신혜진, 27기 권준혁, 신소연, 이서영, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/4736

[Remake] 바이오매스로 수소를? 친환경 수소 생산의 미래

2. "축산업에 부는 녹색바람, 바이오매스", 16기 이나영, https://renewableenergyfollowers.tistory.com/3182

축산업에 부는 녹색바람, 바이오매스

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참고문헌 

[바이오매스발전이 필요한 대한민국] 

1) 길선균, "바이오작물로 에너지수요 10% 대체 가능", 이투뉴스, 2011.07.04, https://www.e2news.com/news/articleView.html?idxno=53113

2) 윤병효 , "에너지 수입의존도 94%..."수입길 막히면 한국은 석기시대", 에너지경제신문, 2025.05.11, https://m.ekn.kr/view.php?key=20240911022099490

3) 최인수 , "국내 발전비중, 원자력'최대발전원'·신재생 '최초 10% 초과'", 에너지신문, 2025.05.11, https://www.energy-news.co.kr/news/articleView.html?idxno=213530

[육상 발전-버려지는 볏짚 활용]

1) Bruno Rafael de Almeida Moreira, Damian Hine, Ian D. Godwin, Sudhir Yadav, "Sorghum straw pellets: A dispatchable energy source for renewable energy transition", Energy Conversion and Management: X, Vol 26, 2025.01

2) Nguyen Thi Hong Hang , "[베트남 리포트] '펠릿' 수출 세계 2위로...한 · 일이 주 고객", 글로벌이코노믹, 2021.07.12, https://www.g-enews.com/ko-kr/news/article/news_all/202107091035088790428b74b45e_1/article.html

[ 해상발전-해조류를 활용한 발전 ] 

1) Hoyoung Kwon, Troy R. Hawkins, George G. Zaimes, Javier Infante, Hauke L. Kite-Powell, Michael S. Stekoll, Loretta Roberson, Beth Zotter, Simona Augyte, Greg Rocheleau, Neil Sims, "Life-cycle analysis of offshore macroalgae production systems in the United States", Algal Research, Vol 82,  2024.08