목질바이오매스 열이용, FIT 소규모 우대로 열이용에 주목 (목재건재 Weekly, 2015. 3. 9)

일본의 목질바이오매스 이용은 2009년에 시작된 FIT(재생가능에너지 고정가격 매입제도)로 발전사업에 편중되는 형태로 급속히 관심이 높아졌다. 간벌재 등의 미이용재 조달가격이 1kWh 당 32엔(세금 별도)의 높은 금액으로 설정되었고 게다가 20년간 가격을 고정함으로써 신규사업으로써의 관심이 높았기 때문이다.

FIT개시 전까지는 바이오매스 이용의 중심이 비교적 대형 제재와 합판 등의 제조현장에서 활용되는 경우가 대부분이었다. 제품제조 과정에서 공장 내에서 발생되는 잔재와 폐재 등을 보일러로 태워 건조 등에 필요한 증기를 얻는다. 확실히 목질자원을 버리는 것 없이 이용·활용하기 위한 방법이지만 이를 통해 제조비용을 삭감하고 폐기물처리 비용을 줄이게 되었다.

물론, 바이오매스 이용은 발전보다 열이용이 합리적이다. 목질바이오매스의 에너지 교환 효율은 발전(發電)으로는 약 25%에 불과하지만 열이나 열병합발전(Cogeneration)의 경우 75% 이상으로 높은 효율을 얻는다. 물론, 발전(發電)도 기술향상으로 현재는 40% 정도까지 높아졌고 열이용도 최신 기계로 난방용의 경우 90% 정도까지 높아졌다고 한다. 어쨌든 열이용이 유리한 것임에는 변화가 없다.

다만, 전기는 선진국에서 용도가 넓은 유용한 에너지이며 게다가 공급형태도 송전선망이 있기 때문에 상호보완이 가능하고 안정성이 높다. 먼 곳까지 옮길 수 없는 열은 지역형 소비구조로 발생원과 소비지가 근처에 없으면 안 된다는 불문율이 있다.

단적으로는 전기인가 열인가의 선택이 아니라 발전과 열이용을 상호 보완해 나가는 것이 이상적이다.

현재는 FIT제도가 기폭제가 된 발전사업에서 발전(發電)에 따른 폐열을 어떻게 활용할 것인가가 과제이다. 다만, 발전사업이 선행한 경우 이에 따른 수요로써 열공급을 행해도 지속성과 발전성에는 의문이 따르기 쉽다. 가장 큰 문제는 발전소 근처에 운 좋게 열수요자가 존재할 것인가 이며 역시 계획 당초부터 장기적인 안목으로 열수요를 계획하든지 혹은 창출해 나가는 것이 중요하다.

구체적인 열수요로는 한랭지(寒冷地)의 지역 열공급(가정, 병원, 학교 등)을 비롯하여 수영장·온천·양식 어항의 가온(加溫), 농업하우스의 냉난방, 공업단지 등의 산업용, 도로 해설(解雪) 등 폭이 넓다. 발전사업은 민간사업자가 전력회사와 협의하여 사업계획을 수립하지만 열수요는 민간과 자치체 주도와 관계없이 지역 주체로 계획을 세울 필요가 있어 발전 이상으로 해당지역 일환의 대응이 되기 쉽다. 해외로부터 운반되는 화석연료에 돈을 사용하는 것보다 지역경제에 공헌할 수 있는 바이오매스 이용을 추진하는 것에 의식이 높아져 지역 내의 협력자도 모집하기 쉽다.

한편, FIT로 소규모 바이오매스 발전에 우대책이 설정되었기 때문에 앞으로의 열이용에 탄력이 붙을 가능성이 있다. 소규모인 만큼 열이용과 동시에 전기를 발생시키는 열병합발전 등을 행할 필요성이 있기 때문이다. 이는 바이오매스도 ‘규모의 경제’가 영향을 미치어 소규모 발전일수록 kWh 당의 자본비가 비교적 높아 발전비용도 높아지는 경향이 있기 때문이다. 그 결과 발전뿐만 아니라 열(熱)로부터도 수익을 확보할 필요성이 있다.

또한, 소규모 발전의 기술면에서는 “1,500~2,000kW 정도이면 종래부터의 증기싸이클로 발전할 수 있지만 1,000kW 이하이면 어려워진다. ORC 등의 신기술 도입과 더불어(이들 기종(機種)을 활용할 수 있음) 안정적인 열수요를 당초부터 상정하지 않으면 사업이 성립되지 않는다(熊崎実 목질바이오매스에너지이용추진협회장)라고 지적했다.

[합판공장, 소재전환이 열량을 좌우, 단재 이용도 과도기]

합판공장은 단재와 건축폐목재를 목분 보일러에 투입하여 증기를 만들어 드라이어를 중심으로 원목의 전처리와 Hot Press 등에 이용한다. 합판제조는 l개 라인으로 월간 25~30만매를 생산하지만 이 규모에 대해 수관식(水管式) 목분 보일러의 규모는 약 15~20톤이 필요하다.

합판공장의 제품비율은 공장규모와 제품내역 등에 따라 차이가 있지만 약 60%라고 하면 단재는 40% 발생한다. 건조 후의 단판 단재 등은 수축된 것 등으로 인해 단재 비율이 40%에 달하지 않는다고 해도 “이것으로 공장의 증기에너지는 조달할 수 있다”(합판공장).

또 합판원료가 10년 정도 전부터 삼나무를 중심으로 한 국산 침엽수로 전환되어 이전보다 보일러의 연소효율이 떨어졌다. 침엽수 원목 이전에 사용한 활엽수 원목 자체가 침엽수보다 함수율이 낮으며 게다가 침엽수는 절삭을 용이하게 하기 위해 Rotary Lathe가공 전에 원목을 증자(蒸煮)한다.

삼나무의 수피는 회분(灰分)이 많아 불에 잘 타지 않으며 소나무의 수피는 작아 취급하기 힘들다. 특히, 도호쿠에서는 강설·적설에 의해 옥외에 쌓아 둔 심재가 얼어붙게 된다. 또 40년 정도 사용할 수 있을 것으로 보이는 보일러를 지금도 가동하고 있는 공장도 많으며 이것이 활엽수 원목 사양인 것도 배경에 있다.

즉, 1개의 원목을 제품부분과 단재로 나눌 경우 단순하게 그 단재를 연료로써 제품화할 수 있는 만큼의 증기량을 항상 얻을 수 있는 것은 아니다. 겨울의 추위가 심한 지역일수록 하절기와 동절기에 따라 연소효율의 차이가 크며 도호쿠에서도 봄 여름 가을에는 공장규모에 따라 단재가 남기 때문에 일부는 외부에 매각하고 동절기의 연소효율 저하에 대비하여 가을부터 비축한다. 일부 공장에서는 10~12월에 심재를 모아 12~3월에 사용하고 일부 건축폐재도 매입하여 사용한다. 목질 칩 자체가 함수율과 형상(形狀) 등의 품질면에서 불규칙하며 합판공장으로부터는 수피와 목분, 건조 전후의 단판 단재와 제품의 단재까지 발생된다. 원목상태로 태울 수 있는 보일러도 있으며 이들은 건축폐재 등과 혼합하여 태움으로써 열량을 확보할 수 있지만 해체재에는 이물질의 혼입도 많아 회분처리도 포함하여 유지보수에도 신경을 써야 한다. 이러한 배경으로부터 공장은 장기적인 에너지효율을 고려하여 운영하지만 기본적으로 원목 사용량이 많은 공장일수록 제품비율이 높으며 발생되는 단재도 많은 경향이 있다.

합판공장에서 사용되는 증기의 대부분이 단판 건조이다. 이 때문에 원목 소비량이 많은 공장일수록 증기량이 필요하며 공장에 따라 건조에 사용되는 증기의 비율은 70~90% 정도까지 폭이 있다. 이에 더해 삼나무의 비율이 커질수록 건조효율도 떨어지기 때문에 효율저하를 보충하기 위해 단판을 구입하여 조정하는 것이다. 반대로 보일러와 드라이어의 능력을 높이면 삼나무의 이용량도 증가한다.

그러므로 규모가 큰 합판공장일수록 남은 단재의 유효이용을 고려하여 PB와 MDF, 발전(發電) 등에도 사용한다. 다만, 지금은 합판공장도 단재를 이용한 목분보일러가 중심이지만 원유가격이 저렴했던 오일 쇼크 이전까지는 중유와 목재를 병행하여 사용했다. 그 중에는 도시가스를 이용하여 단판건조를 직화(直火)로 건조하는 공장도 있었다.

즉, 합판공장은 에너지효율·비용변천에 맞추어 연료를 전환했으며 최근 수십 년간은 자사의 단재를 이용할 수 있는 목질 칩이 최적이었다. 많은 공장이 양질의 순수칩을 이용하여 PB와 MDF사업을 전개할 수 있었던 것도 저렴한 건축폐재를 안정적으로 구입할 수 있었기 때문이지만 최근 들어 FIT의 영향으로 바이오매스발전소 건설이 빈발하여 그 방향이 변화되었다.

연료·제품의 소재인 국산재 원목 시세가 강세를 보임과 동시에 수익성이라는 관점만을 파악하면 자칫하면 단재의 물질이용보다 발전(發電)에 의한 매전(賣電)이 안정적인 확보로 연결될 수 있는 상황이다. 연료용으로써의 건축폐재 수급도 타이트해졌으며 그의 품질저하도 서서히 진행되기 시작했다.