화석연료는 영원히 지속되지 않습니다. 많은 전문가들이 관에 최종 못이 박힐 것으로 예상할 수 있는 정확한 연도에 대해 논쟁을 벌이고 있지만 현실은 소비 증가, 새로운 매장량 발견과 같은 요인으로 인해 예측이 불가능할 수 있다는 것입니다. 그럼에도 불구하고, 어느 시점에서는 에너지가 고갈될 것이라는 점에 여전히 널리 동의하고 있으므로 이를 대체할 수 있는 재생 가능 에너지원으로 전환하는 것은 시간과의 경쟁입니다. 어떤 사람들은 그 대답이 실제로 우리의 낭비가 될 수 있다고 내기를 걸고 있습니다.
미국 에너지 정보청(EIA)에 따르면 2022년 미국 전체 에너지 소비의 4분의 1 이상이 교통 부문에서 발생했습니다. 이를 감안할 때 대체 연료원을 찾고 이를 효과적으로 사용할 수 있는 엔진을 설계하는 것이 잠재적으로 우리가 방향을 바꾸는 데 필요한 것일 수 있다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 그리고 이를 해결하기 위해 전문가들이 제기한 가능한 해결책 중 하나는 바이오메탄과 같은 바이오연료로 전환하는 것입니다.
2023년 Fortune Business Insights는 대체 연료 산업의 가치가 이미 4,600억 달러 이상일 뿐만 아니라 불과 9년 만에 그 가치가 10배 이상 높아질 것으로 예상된다고 밝혔습니다. 게다가, 유럽 연합이 2035년에 새로운 화석 연료 구동 자동차의 판매를 공식적으로 금지하기까지는 10년 남짓 남았습니다. 이를 알면서 대체 연료 개발을 지원하려는 투자자들의 인센티브가 커지고 있습니다. 그렇다면 바이오메탄은 이에 어떤 역할을 하며, 다른 대체 연료와 무엇이 다른가요?
바이오메탄이란 무엇입니까?
바이오메탄이 무엇인지 알아보기 전에 먼저 바이오메탄의 가장 중요한 구성 요소인 바이오가스를 이해해야 합니다. 간단히 말해서, 바이오가스는 유기 물질이 혐기성 소화를 거친 후 자연적으로 발생하는 생성물 중 하나입니다. 일반적인 상황에서 이 과정은 매립지, 농장, 폐기물 처리 시설과 같은 장소에서 사람의 개입 없이 발생합니다.
과거에는 가로등부터 Apple 데이터 센터까지 모든 것에 전력을 공급하는 데 바이오가스가 사용되었습니다. 그러나 천연가스 엔진의 적절한 대안으로 작동하려면 바이오가스의 품질과 효율성을 향상시키기 위해 추가 처리가 필요했습니다. 그 중 일부는 특히 일부 바이오가스가 실록산과 같은 해로운 화학 물질을 포함할 수 있기 때문에 천연 가스와 함께 사용하도록 설계된 엔진 손상 위험을 줄이기 위한 것입니다. 다행히도 연구자들은 이 프로세스를 최적화하여 대체 연료인 재생 천연가스(RNG)를 만들 수 있었습니다. EPA(환경 보호국)에 따르면 RNG는 기존 화석 연료 천연 가스 유통 인프라에 직접 추가할 수 있으며 기존 천연 가스 엔진과 함께 사용할 수 있습니다(다른 응용 분야에 사용할 때와 비교하여 약간의 개선이 필요함).
현재 세계 바이오메탄의 대부분은 정제되거나 “업그레이드”된 바이오가스의 산물입니다. 바이오가스를 한 단계 더 발전시키기 위해 EPA는 질소, 이산화탄소 및 기타 휘발성 유기 화합물과 같은 오염물질이 공정에서 제거된다고 명시하고 있습니다. 그러나 IEA는 또한 특정 바이오매스를 극심한 압력 및 열과 같은 특정 조건에 노출시키는 등 바이오메탄을 만들 수 있는 대체 방법이 있음을 공유합니다.
바이오메탄 엔진은 어떻게 작동하나요?
바이오메탄은 본질적으로 천연가스처럼 기능하기 때문에 유통 관행에 유사한 인프라를 활용할 수 있으며 이를 위해 설계된 내연기관(ICE)에 사용될 수 있습니다. 실제로 스웨덴, 프랑스, 독일 등 많은 유럽 국가에서는 이미 수년간 천연가스 공급망에 바이오메탄을 추가해 왔습니다. 2010년에 폭스바겐(Volkswagen)은 성능을 희생하지 않았다고 주장하는 최초의 바이오가스 구동 자동차(가솔린으로도 작동 가능)인 Bio-Bug에 대한 테스트를 영국에서 시작했습니다. 지속 가능한 에너지 회사인 GENeco와 협력하여 6개월간 진행된 실험에서는 브리스톨 주택에서 수집한 인간 배설물을 활용하여 대체 연료를 생산했습니다. 그러나 최근에는 바이오메탄이 주목을 받고 있다.
2023년 12월, Scania는 대형 OC13 트럭 엔진의 바이오메탄 호환 버전을 출시했으며, 이를 통해 상업용 차량의 연료 절감 효과를 최대 5% 높일 수 있다고 주장했습니다. 1년 후, 일본의 주요 자동차 제조업체인 토요타, 스즈키, 닛산도 바이오메탄 엔진에 대한 투자를 포함하여 증가하는 배출 감소 요구를 반영하는 차량 개발 계획을 공유했습니다. 실제로 곧 거리를 주행할 예정인 바이오메탄 구동 차량 중 하나가 Suzuki WagonR입니다.
이에 맞춰 몇몇 일본 기업들도 농업 폐기물을 바이오가스로 변환하는 시설, 액화 바이오메탄 동력 선박 시험 수행 등 수년에 걸쳐 지원 기술을 개발하고 실험하는 데 있어 눈에 띄는 도약을 해왔습니다.
바이오메탄 엔진 시스템의 문제점
요즘에는 전기 자동차도 공급망 전체와 수명 종료 과정 전반에 걸쳐 숨겨진 탄소 발자국을 갖고 있습니다. 그렇다면 바이오메탄 엔진의 문제점은 정확히 무엇인가? 우선, 대규모 바이오가스 생산과 관련된 위험에 대한 10년 간의 Elsevier 연구(PDF)에서는 처리 시설, 특히 발효조 및 가스 완충 장치의 손상이 중독 및 연소로 이어질 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다.
불행하게도 일부 과학자들은 바이오메탄 생산 시설이 최근에도 바이오메탄 처리로 인해 발생할 수 있는 주변 지역 사회에 대한 공중 보건 및 안전 영향을 고려하지 않는다는 점을 여전히 우려하고 있습니다. 2022년 환경 정의(Environmental Justice) 저널의 또 다른 연구에서는 메탄 생성에 필요한 혐기성 소화 과정이 NOx와 같은 다른 독성 배출물도 방출한다고 주장했는데, 이는 호흡기 문제부터 기분 장애에 이르기까지 다양한 건강 문제를 일으킬 수 있습니다.
비즈니스 측면에서 Journal of Cleaner Production은 2023년 대규모 차량 운영을 위한 바이오메탄 공급과 관련된 몇 가지 기존 물류 문제를 강조하는 연구를 발표했습니다. 또한 MDPI 사례 연구에서는 바이오메탄이 천연가스보다 효율성이 떨어질 수 있음이 밝혀졌습니다. , 주로 같은 해에 메탄 농도가 감소했기 때문입니다. 그러나 이는 단지 새로운 기술이 해결할 수 있는 문제일 수 있으며, 특히 자동차 제조업체가 바이오메탄 전용 엔진을 적극적으로 개발하고 있는 현재에는 더욱 그렇습니다. 즉, 위에 나열된 모든 과제에도 불구하고 바이오메탄 엔진의 잠재력을 탐구함으로써 얻을 수 있는 것이 여전히 많다는 점에 유의하는 것이 중요합니다.
바이오메탄 엔진이 여전히 미래일 수 있는 이유
화석 연료에서 벗어나는 것에 관해 우리 팀은 최근 Clemson University 자동차 공학과의 자동차 제조 학과장인 Dr. Laine Mears와 이야기를 나눴습니다. 인터뷰에서 그는 “엔지니어링 장애물이 있다고 말하지 않을 것입니다. 이것이 시장 관성과 휘발유(및 디젤) 차량을 계속 운행하는 경제 동인의 문제라고 말하고 싶습니다.”라고 말했습니다. 즉, 지속 가능한 에너지 대안에 대한 옵션은 많지만 사람들이 전환하도록 인센티브를 받아야 합니다.
어떤 면에서 바이오메탄 엔진은 바로 그런 일을 할 수 있습니다. 특히 사용과 생산을 편리하게 만들 수 있는 많은 기능을 갖추고 있기 때문입니다. 위치적 제약이 많은 다른 형태의 재생에너지와 달리, 유기성 폐기물은 어디에나 풍부합니다. 물론, 바이오메탄 엔진의 사용 증가와 연료 수요는 제조 및 농업과 같은 주목할만한 산업에서 발생하는 많은 폐기물 사이의 고리를 닫는 데 도움이 될 수 있습니다.
말할 것도 없이, 천연가스에 비해 상당히 저렴한 대안이라는 점에서 많은 가능성이 있었습니다. 예를 들어 유럽바이오가스협회(European Biogas Association)에 따르면 유럽에서 바이오메탄을 생산하는 비용은 2022년 천연가스 비용의 약 3분의 1 수준이었습니다. 마지막으로, 기존의 천연가스 구동 차량과 함께 사용할 수 있기 때문에 일반 소비자가 변경하는 데 덜 고통스러울 수 있습니다.
