[가스신문 = 양인범 기자] 바이오가스는 일반적으로 50~75%의 바이오메탄(CH₄)과 25~50%의 CO₂로 구성된다. 개발도상국들에서는 나무나 목탄을 이용한 전통적인 요리 스토브를 사용하는데, 이는 비효율적이면서, 동시에 지역 산림의 훼손을 일으킨다.

이에, 목재의 부족을 겪는 많은 나라들에게 바이오가스 요리 스토브는 매혹적인 대안이 되고 있다. 이러한 지역에서 바이오가스는 가축분뇨·농업 잔류물 등에서 생산되기에, 현지에서 바로 사용할 수 있다.

2016년 세계바이오가스협회(World Biogas Association, WBA)의 보고에 따르면, 30억명이 넘는 사람들이 목재와 차콜을 이용해 조리를 하고 있다. 반면, 대략 5천만 개의 바이오가스 스토브가 현재 설치되어 있는데, 이 숫자는 해마다 10%씩 증가하고 있다. 중국은 조리용 바이오가스 소화조 설치 분야에서 전 세계의 절반 이상을 차지하고 있다.

이번 기획에서는 바이오가스를 어떤 가스기기에서 쓰고 있으며, 해외 기기는 무엇이 있는지, 시장 전망 등에 대해 알아보고자 한다.

세계 30억명, 목재로 조리 건강에 치명적

가정의 바이오가스 소화조에서 조리 장소로 가스를 공급하려면 반드시 튜브나 호스가 필요하다. 이 시스템의 스토브에는 바이오가스를 적절한 양의 산소와 미리 혼합하는 밸브, 혼합연료 연소 버너 및 조리 냄비가 포함된다. 바이오가스 응용 프로그램을 위한 스토브와 오븐은 결국 기존 가스 기기와 동일하다.

조리에서 바이오가스의 장점은 매우 깨끗한 연소가 가능하다는 점과, 유량을 조절해 고열만이 아니라 저열 화력 공급도 가능하다. 더불어 가스램프와 같은 조명에도 사용할 수 있다. 혐기성 소화조에서 남은 부산물인 슬러리는 비료로 사용할 수도 있다. 즉, 완전한 자원순환 연료라는 의미를 가진다.

반면, 개도국에서 사용하기 가장 어려운 문제점들은 소화조, 튜브, 가스레인지 및 스토브에 대한 초기 투자 비용이 크다는 점이다. 바이오가스 소화조를 실행하기 위해서는 주기적으로 바이오매스 공급원료와 물, 곡물 잔류물을 넣어야 하는데 농촌 가정에서는 일손이 부족하다.

설치 문제도 있는데, 금속튜브나 호스, 가스레인지는 개도국 서민들이 사용하기에 비싸다. 또한, 개인이 생산하고, 사용하는 것에서 끝나고 다른 지역에 대한 운송이 매우 어렵다.

바이오가스 조리 스토브는 태양열 조리 스토브나 LPG 스토브와 거의 유사하다. 전통적인 스토브는 장작(고체 바이오매스)또는 숯을 기반으로 해 불 위에 가열하는 냄비와 팬으로 구성된다.

바이오메탄 스토브는 대개 부탄(C4₄H10) 및 프로판(C₃H₈)과 같은 연료로 작동하는 기존 가스기기와 거의 유사하다. 다만, 적절한 연소와 에너지의 효율적인 사용을 위해 특별한 수정이 필요하다.

바이오메탄 밥솥과 스토브는 간단하고 쉬운 조작, 다양한 크기의 냄비, 요리를 위한 다양성, 청소하기 쉬운 구성, 적절한 가격과 쉬운 수리방법, 안정적인 화염, 놓은 효율성을 필요로 한다.

이러한, 부분은 기존의 가스레인지, 가스오븐의 성능과 동일하다고 볼 수 있다. 개발도상국 대부분에서 현재 사용하고 있는 바이오메탄 버너는 가스배관을 연결해 사용하는 방식이 대표적이다. 이것은 일반적인 가스레인지와 동일한 형식이다. 2구 방식과 3구 방식은 사용자 편의에 따라서 얼마든지 늘릴 수 있다.

바이오가스 조리 스토브는 결국 활용에서 가스압력, 온도, 칼로리 수치 등을 고려해서 만들어야 한다. 혐기성 소화조에서 바로 만든 바이오가스는 메탄의 함량이 50~75%로 일정하지가 않기 때문에, 가장 좋은 방법은 바이오가스에서 메탄을 개질한 이후 사용하는 것이지만, 개발도상국에서 사용할 때는 가정내 소화조에서 바로 연결해 사용하는 것을 기준으로 해야 한다.

부탄·프로판 가스는 바이오가스의 칼로리 값의 최대 3배, 화염 전파 속도는 2배를 가지는데, 바이오가스 기기에 적용하기 위해서는 가스 유동을 증가시키기 위해 가스주입밸브의 2~4가지 요인을 확장시켜야 한다. 연소 공기 공급을 수정하는 단계와 주입 개구부의 크기를 늘리는 경우가 있다.

다양한 바이오가스 버너는 75mm의 물 압력에서 최대 150mm의 물 압력까지 범위의 압력으로 사용하고 있다. <사진1,2>는 캄보디아와 볼리비아에서 사용하고 있는 바이오가스 버너이다. <사진3>은 인도에서 판매되고 있는 LPG와 바이오가스 겸용 2구 레인지이다. 이 제품은 1,500루피(한화 26만원)에 판매되고 있다.

바이오가스 조리, 사용자 건강도 보호

전기나 도시가스를 사용할 수 없는 대부분의 국가들에서는 바이오가스를 직접 활용할 수 있는 다양한 방안을 도입하고 있다. 사하라 이남 아프리카에서는 약 9억명의 사람들이 청정 조리 시설에서 배제되어 있다.

전 세계 레벨로 보면 도시가 아닌 교외의 지역에 사는 사람들 80%가 이러한 문제를 겪고 있다. 청정 조리연료로 볼 수 있는 에너지원은 천연가스, 전기, LPG 등인데 천연가스와 전기는 기본 인프라가 없으면 활용할 수 없다.

LPG는 공급지와 가구들 사이의 거리가 멀면, 운송이 힘들고, 도시의 공급이 우선시 되기에 대안이 되기 힘들다.

환경성에서도 바이오가스는 매우 높은 장점을 가지고 있는데, 목재와 숯, 쓰레기 등을 태워서 열을 사용하던 상황에서 벗어나게 할 수 있다. 바이오가스 조리 스토브는 IWA(International Workshop Agreements)프로세스에서 개발된 스토브 성능, 배기 가스 및 안전에 대한 임시 국제 지침에서 티어 3~4로 최고 수준에 도달해 있다.

전통적인 조리는 결국 불완전 연소를 통한 오염물질 배출을 크게 일으키고, 아프리카 지역에서는 매년 60만명이 호흡기 질환으로 사망한다. 더불어, 연료 수집 및 조리 과정에서 연간 296억달러를 포함해 2.8%의 총생산 손실을 일으킨다.

IEA(국제에너지기구)에 따르면 보조금을 제외하고 비교할 때 가정 내 바이오가스 소화조 설치는 초기 비용이 많이 들지만, 연간 연료 사용비용은 LPG 스토브의 절반 이하로 나타난다.

네덜란드의 국제 지원 기구인 Hivos와 SNV는 2016년까지 아프리카 바이오가스 파트너십 프로그램을 통해 46,000개의 소화조를 설치했다. 우간다에서 2011년 시행한 설문조사에 따르면 응답자의 61%가 바이오가스 소화조가 작업 부하를 크게 줄였다고 동의했으며, 72%는 바이오가스 슬러리가 농사짓는데에 효과적인 비료가 되었다고 했으며, 84%는 농장 생산성이 향상되었다고 보고했다.

아시아 지역에서는 중국, 네팔, 인도 및 동남아시아 일부 지역에서 바이오가스 사용이 늘어나고 있다. 중국은 2015년 기준 전 세계 바이오가스 소화조 설치의 90%를 차지하고 있다. 중국의 바이오가스 사용은 두 가지 패턴인데, 분산된 농가를 위한 가정용 규모 소화조와 중앙 집중식 바이오가스 생산을 위한 플랜트가 있다.

베트남 남부에서는 유연한 풍선식 소화조를 기반으로 한 저비용 기술이 성공적인 바이오가스 생산을 지원하고 있다. 풍선식 소화조는 고정돔 형식보다 초기 비용이 낮고 농촌의 돼지 분뇨를 원료로 공급하는데 적합하다. 베트남 농업 및 농촌 개발부와 SNV 네덜란드 개발기구는 바이오가스 촉진 프로젝트를 시작해 평균 10%의 보조금을 사용자에게 지원했다. 베트남은 이 프로그램의 도움으로 15만개 이상의 가정용 바이오가스 소화조를 설치했다.

<표>에서 보듯이 바이오가스를 이용한 조리는 소화조 시설 초기 비용을 제외하면, 연간 운영비용과 조리비용이 다른 연료에 비해 가장 낮은 것을 알 수 있다. 즉, 소화조 설치 비용을 국가나 국제 기구가 도와준다면, 자체적인 에너지 순환을 이룰 수 있다는 뜻이다.

아울러, 조리용 바이오가스 설비에 대한 수요는 매우 높은데 관련 제조사가 극히 적다는 점이다. 인도, 중국, 캄보디아, 볼리비아 등의 나라의 제조사들이 만들고 있는데, 국내 가스스토브·버너 제조사들의 기술력을 고려하면, 충분히 경쟁력이 있다.

한 국내 가스레인지 제조사 관계자는 “국내 가스기기 제조사들은 바이오가스를 직접 연결해 쓰는 스토브에 대해서는 별다른 관심이 없었다”며 “LPG·천연가스를 이용하는 스토브와 같은 원리라는 점을 고려하면, 향후 세계 바이오가스 시장의 확장을 고려할 때 블루오션이 될 것이다”고 말했다.