산업자원부는 지난해 12월 대체에너지 개발과 보급에 관한 종합대책을 발표했다. 정부가 태양열, 풍력, 폐기물, 바이오, 연료전지 등 여섯 분야 기술개발에 2003년까지 500억 원을 투자해 1999년 총에너지수요의 1%에 불과한 대체에너지 공급비중을 2003년에는 2%까지 확대하며, 2010년까지 대체에너지 기술개발과 보급에 모두 1조8천억 원을 지원함이 이 대책의 골자다. 산자부는 대체에너지 종합대책 마련의 배경을 국제유가 상승 및 화석연료 고갈에 대비한 에너지원의 다변화와 기후변화협약 등 국제적인 환경규제에 능동적으로 대처하기 위함이라고 설명했다. 때늦은 감이 있지만 이제부터라도 대체에너지 개발에 적극 나서야 함은 물론이다.

에너지 정책은 국가와 국가경제의 중요한 토대를 이룬다. 에너지가 없는 생활을 상상할 수 없다. 더욱이 석유파동과 같은 '에너지 전쟁'의 가능성이 상존한 시대에 세계 모든 나라는 에너지 개발 및 정책에 사활을 건다. 그러나 우리 나라는 산업의 원동력이며 생활 필수품인 에너지를 거의 수입에 의존하고 있다.

우리 나라가 에너지 수입에 쓰는 돈은 연평균 221억 달러로서 총 수입액의 약 20%나 된다. 이를 우리 돈으로 환산하면 약 28조원, 굳이 비교하자면 국방비의 2배 규모다. 특히 가정용이나 산업용, 자동차에 이르기까지 널리 쓰이는 석유에너지의 경우 우리 나라 전체에너지 소비의 52.2%(2000년)를 차지하고 있으며, 두말할 나위 없이 전량 수입에 의존한다. 이러다 보니 에너지정책 당국은 원유 값 1달러 오르내림에 촉각을 곤두세우고 대책 없이 '제발, 제발'을 연발하는 형편이다.

에너지 생산은 대규모 설비만이 능사일까

지난 4월 초 충남 홍성군 홍동면 문당리에 일본 농사꾼 구와하라 마모루 씨가 방문했다. 정농회 홍성지회와 풀무학교 환경농업과의 초청으로 문당리를 방문한 구와하라 씨는 '바이오가스의 시설과 이용'을 주제로 강연하고 홍동 지역에 바이오가스 생산시설을 설치하기 위한 준비작업을 진행했다. 구와하라 씨는 일본 '바이오가스 캬라반' 대표로서 농사를 지으며 바이오가스 시설 보급에 앞장서고 있다. 구와하라 씨가 일본 각지에 보급한 시설은 축분, 인분, 농산 폐기물, 음식물 찌꺼기 등을 이용해 농가에서 소규모로 바이오가스를 생산할 수 있는 시스템이다.

우리 나라에서도 1970년대와 1980년대에 농촌지역에서 축산분뇨를 이용한 '메탄가스 개발사업'이 한창 진행되었다. 그러나 정부가 의욕적으로 실시하며 한때 '붐'이 일었던 메탄가스 개발사업은 실용성과 경제성이 없다는 이유로 끝내 자취를 감췄다. 이에 대해 전문가들은 환경과 대체에너지에 대한 정확한 인식이나 현실 기반이 부족한 상황에서 정부가 경제성을 고려하지 않은 채 시범사업을 다그치다 보니 실패할 수밖에 없었다고 지적한다. 이때 지역마다 설치한 관련시설은 거의 다 사라지고, 최근까지 우리 나라의 바이오 매스(Bio-mass) 개발사업은 연구실에서나 진행해온 것이 사실이다. 아울러 에너지정책 당국이나 일반농가들은 분뇨와 음식물찌꺼기에 골머리 앓으면서도 이를 자원으로 활용하고 에너지를 생산하는 일보다 '처리'에 초점을 맞출 수밖에 없는 형편이다.

일본도 바이오매스 개발사업에 실패한 경험이 있다. 구와하라 씨에 따르면 일본에서도 고비용으로 큰 시설을 만들었지만 효율성에 의문이 생겼으며 정책당국은 계속 진행해야 할 것인지 고심하고 있다. 그는 "가능하면 크게 만들자는 견해와 함께 농가에 활용하기 위해 작게, 여러 곳에 시설하자는 의견이 있다"고 밝히고, "이 두 갈래 경향은 큰 생각의 차이를 밑바닥에 깔고 있다"고 설명했다. 이는 곧 에너지 생산만을 생각하느냐, 에너지와 더불어 폐자원 활용과 액비(액화비료) 생산 부문까지 감안하느냐 하는 시각의 차이를 드러낸다.

에너지만을 고려한다면 바이오가스 시설을 크게 만들어서 대량의 열에너지와 전력을 생산하는 것이 유리하지만, 에너지생산 원료인 분뇨와 폐기물 등을 수거해 한 곳으로 집중하는 문제나 활용 후에 이를 다시 처리해야 하는 문제 등을 제대로 해결하기가 쉽지 않다. 즉 에너지정책 당국이 추진하는 대규모 시설의 경우 △에너지생산 후 액비 처리의 비효율성 △폐자원의 수거, 이동에 따른 경제적 부담 △선별적인 활용(질 좋은 가스를 생산하려면 원료수집 후 선별해서 써야 한다) 후 나머지 폐자원 처리문제 등 비용이 많이 드는 것과 또 다른 환경문제가 발생할 가능성이 크다는 것이 핵심적인 문제다.

반면 농가마다 혹은 마을마다 바이오가스 생산시설을 만든다면 전기에너지 생산에 다소 한계가 있지만 폐기한 자원을 활용하고 액비를 생산하는 일이 용이하며 많은 시설비가 들지 않는다. 이렇게 시설을 작게 만들 경우 △가스탱크 설치비용이 적게 든다는 점과 함께 △기술이 복잡하지 않아 설치와 관리가 손쉽고 △원료를 수집하고 활용하는 데도 편리하며 △에너지와 액비를 순환해 이용할 수 있음을 장점으로 내세웠다. 구와하라 씨는 특히 축분 처리로 환경오염문제를 해결하는 한편 에너지를 생산하고 액비를 제조할 수 있기 때문에 축산 농가가 이 시설을 적극 활용할 필요가 있다고 주장했다. 아울러 "사람들이 대개 에너지생산이나 자원재활용 기술이 국가나 기업, 연구소 등의 전유물이라 생각한다"고 지적하고 "적어도 바이오가스 시설을 통한 에너지생산 기술은 농가에서 직접, 잘할 수 있는 일"이라며 에너지 관련기술이 국가의 전유물이 아님을 강조했다.

바이오가스(Bio Gas)란 무엇인가?

바이오매스(Bio-mass)는 식물 등 유기체 생물을 에너지자원으로 사용하는 것으로 생태학 용어로는 '생물체총량'으로 번역되며, 바이오가스는 이렇게 생물자원을 연료로 활용해 얻는 가스에너지를 말한다. 바이오매스는 일시적으로 이산화탄소를 배출하지만 물질순환 사이클에 따라 다시 유기체 생물을 확보할 수 있기 때문에 국제적으로 온실가스 배출량으로 계산하지 않고 있다. 이 때문에 유럽에서는 현재 지구온난화 방지를 위한 주요 대체에너지로 인정하고 있으며, 특히 스웨덴에서는 이미 전체 에너지 생산의 약 20%를 바이오매스에서 얻는다. 미국도 1999년부터 연간 2억1천200만 달러의 연구비를 10개년 사업으로 투자해 바이오매스 에너지를 현재의 3배인 연산 1억8천300만 톤(미국 총에너지의 8%)까지 끌어올린다는 계획을 추진하고 있으며, 일본 등 거의 모든 나라가 풍력발전과 함께 중요한 자연에너지, 대체에너지로 인식하고 있다.

바이오가스는 농업 부산물이나 축분, 인분뇨, 기타 유기물의 발효과정에서 얻는 가연성의 가스로서 칼로리가 1㎥당 5천500∼6천500㎉나 된다. 프로판가스 2만4천㎉/㎥ 열량에 달하지 못하지만 도시가스(5천㎉/㎥)보다 높고 천연가스(8천400∼9천㎉/㎥), 가솔린(휘발유, 8천400㎉/ℓ)에 버금갈 정도로 열효율이 높다. 전문가들에 따르면 이 가스는 연소속도가 늦고 폭발농도 범위가 좁아 안전성이 높기 때문에 취사, 온수, 가스등, 발전 등에 다양하게 이용할 수 있다. 아울러 가스생산 후 남은 액비와 부산물은 비료의 3요소인 질소, 인산, 칼리가 모두 함유된 양질의 천연유기질 비료가 된다. 이 액비는 공기가 없는 상태에서 발효돼 냄새가 거의 없고 파리 등 유해곤충이 꾀지 않는다.

구와하라 씨가 개발한 시스템의 경우 소 1마리 혹은 돼지 4마리, 닭 120수, 사람 30인분의 분뇨, 가정용 쓰레기 20kg이면 각각 하루 1㎥의 바이오가스를 생산할 수 있다. 에너지 효율에 따라 1㎥의 바이오가스로 할 수 있는 일을 예로 들면, 5∼6인 가정의 1일분 조리가 가능하고 60∼100w의 가스등을 6시간 켤 수 있으며 3톤 트럭이 2.8km 거리를 달릴 수 있다. 구와하라 씨에 따르면 가스생산 과정에서 재료의 2%는 발효에너지로 쓰이고 35%는 바이오가스, 나머지 63%는 액비로 쓸 수 있다. 이론적으로 발효조 온도를 25℃로 유지하면 1㎥당 0.4∼0.5㎥ 가스생산이 가능하다. 보통 4인 1가정이 하루 4㎥의 바이오가스로 에너지를 자급한다고 보면 8㎥의 발효조가 필요한 셈이다. 그러나 이 시설에서 매일 4㎥의 가스를 얻기는 현실적으로 그리 쉬운 일이 아니다. 구와하라 씨는 이에 대해 "바이오가스로 필요한 에너지 전부를 충당할 수 없다면 조명과 냉장고는 전기로, 난방과 조리는 바이오가스로 사용하는 것이 현명하다"고 방법을 제시하기도 했다.

에너지, 손수 만들어보자

구와하라 씨는 지금까지 일본에 약 40기의 바이오가스 생산시설을 농가에 보급했다. 농사철을 피해 '바이오가스 캬라반' 기술관계자들과 함께 일본 각지를 순회하며 교육하고 신청농가에 한해 손수 지어 보급하는 형식으로 일해왔다. 용적 8㎥의 바이오가스 플랜트의 경우 10만 엔 정도의 자재비가 든다. 일반 건설업자에게 맡긴다면 인건비까지 합해 훨씬 많은 비용이 들지만 설치기술이나 관리가 복잡하지 않기 때문에 직접 지어 시설비를 줄이는 것도 중요하다. "발효조 8㎥ 표준규격의 경우 10만 엔으로 자재를 구입하고 서너 명이 열흘쯤 일하면 완공할 수 있다"고 말해 한국 농가에 보급하는 일이 어렵지 않음을 시사했다.

그가 제시한 시설은 흔히 중국형이라 불리는 가압식 시설이다. 이와 다르게 온도를 36∼50℃로 맞춰 고효율의 에너지를 생산하는 방법도 있다. 이는 환경을 인공적으로 제어하는 공장식 생산을 위한 기술로써 계절에 관계없이 일정량의 가스를 얻을 수 있는 장점이 있지만 건설비는 물론 유지, 관리에 인력과 비용이 많이 든다. 가압식은 발효환경을 그대로 이용하는 방법이다. 발효조 옆에 별도로 작은 가압조를 설치하고 무거운 콘크리트 뚜껑을 씌우면 그 속에 가스가 찬다. 특징은 전체가 땅속에 매설되기 때문에 안전하기도 하고 외부온도의 영향을 덜 받는다는 점이다.

구조는 매우 간단하다. 이 시설은 재료를 투입하는 투입구, 가스발생과 저장이 이루어지는 발효조, 발효 후 액비를 뽑는 배출부와 가압조 등으로 완성된다(그림 참조).

구와하라 씨는 지하수위가 낮고 따뜻한 남향의 양지가 적합한 곳이라고 시설위치를 제시한다. 매일 사용하기 때문에 원료운반과 액비운반에 편리한 곳을 선정하는 것도 중요하다. 발효조를 얼마나 크게 만드는가는 1일 가스소비량, 이용 가능한 원료의 양과 생산한 액비를 처리할 수 있는 능력 등을 감안해 정하는데 중국 사천성의 표준형과 일본 '바이오가스 캬라반'의 보급형이 모두 8㎥이니 이 크기로 결정하는 것이 무난하다. 처음부터 손수 짓기에 힘은 들지만 어려운 일이 아니다. 구덩이를 팔 때는 포크레인을 이용하고 콘크리트 몰탈을 기계로 하면 노력은 상당히 줄어든다. 단, 돔을 벽돌로 쌓을 경우 주의력과 집중력이 필요하다. '에너지 생산과 자급'의 꿈같은 일. 일본 '바이오가스 캬라반'이 제시한 방법을 살펴본다.

1) 구덩이 파기
먼저 석회를 뿌려서 표시하고 포크레인으로 구덩이를 판다. 구덩이는 직경 3m, 깊이 2m의 큰 구덩이(발효조)와 직경 1.5m, 깊이 0,8m의 작은 구덩이(가압조)를 판다. 중심에 철주를 세운 후 회전정규(중심을 기준으로 회전시켜 만든 원)를 돌려가며 큰 구덩이의 형태를 다듬는다. 둘레와 바닥을 깨끗이 하고 지반이 약한 곳이면 바닥에 12㎝ 가량 자갈을 깔아서 다진다.

2) 기초 콘크리트
두께 5㎝ 벽의 하중을 받는 주위는 18㎝의 기초 콘크리트를 박는다.

3) 콘크리트 벽에 블록 만들기
발효조와 가압조 벽면에 부착할 블록을 각기 형틀을 만들어 제작해야 한다. 발효조에 1단이 16개, 4단으로 전체 64개 블록을 제작하고 가압조용은 2단으로 16개를 만든다. 파손의 염려가 있기 때문에 여분을 마련할 필요가 있다. 블록은 지면을 단단히 해서 성형해야 한다. 블록 바깥 면에 단열재를 붙인다.

4) 블록 쌓기
구덩이 형태 다듬기에 썼던 회전정규를 이용해 동심원상으로 쌓는다. 투입구와 배출구의 파이프 고정부에는 별도로 준비한 블록을 사용한다.

5) 투입구, 배출구 발효조를 연결하는 파이프 고정
이 부분은 가스나 액비가 새기 쉬운 곳이니 파이프와 블록이 잘 연결되도록 특별히 주의한다. 파이프를 콘크리트로 직접 만들면 좋지만 그렇지 않을 경우 에폭시(epoxy) 계의 접착제로 보강할 필요가 있다.

6) 발효조 돔 만들기
① 벽돌로 쌓을 경우
이 방법은 약간의 숙련을 요한다. 벽돌을 쌓고는 밑으로 떨어지지 않게 돔 주위의 말뚝에서 늘어뜨려서 노끈으로 고정한다. 몰탈 벽돌을 4단째 쌓을 때부터는 이음새를 철재 후크를 사용해 고정한다. 정상부에 직경 50㎝의 구멍을 남기고 벽돌쌓기를 끝낸 후 몰타르로 돔 표면을 바른다.

② 콘크리트를 사용할 경우
돔 안쪽에 형틀을 만든다. 이 위에 콘크리트를 부어 두께를 맞춰 성형한 후 끝맺는다. 돔을 완성하면 돔 정상부에 가스조작용구가 장착된 맨홀 부분을 콘크리트로 만든다.

7) 투입구와 가압조 만들기
가압조는 바닥에 5㎝ 두께의 콘크리트를 묻고 준비한 블록을 쌓는다. 투입구는 사용하는 사람의 조건에 맞춰 형태와 크기를 결정한다. 손수레로 원료를 운반한다면 이에 맞춰 크기를 결정하고 화장실에 파이프를 연결해 인분뇨 투입이 가능하도록 할 수도 있다.

8) 내장
기밀성, 방수성을 확보하기 위해 처음에 시멘트를 붓으로 바르고 계속해서 몰탈과 시멘트배스트를 번갈아 3회쯤 내벽을 바른다.

9) 기밀성, 방수성의 체크
내장이 끝나면 10∼15일 후에 점검한다. 방수점검은 시설에 물을 채우고 콘크리트에 물을 먹인 후 수위를 표시하고 변화를 조사한다. 반나절에 5mm 이내로 줄면 합격이다. 기밀성은 가스취출구를 막고 투입구와 가압조에 물을 주입한 후 발효조에 설계 최대압력(수위 80∼120cm)을 걸어 12시간에 압력저하가 수위 3mm 이내면 충분하다.

10) 기타 준비
주요 시설과 별도로 가스취출구 맨홀, 압력계, 탈류장치(가스를 세정해 미량의 유화수소를 제거하는 장치)와 물 빼는 장치를 설치한다. 가스에 함유된 수증기가 배관내에 결로현상을 일으키기 때문에 물 빼는 밸브를 중간에 둘 필요가 있다.

정부가 나서서 지원해야 한다

일본의 경우 가축분뇨를 제1차 상태 그대로 토지에 거름으로 줄 수 없다고 한다. 탱크에 저장해 발효해야 거름으로 이용할 수 있도록 법률로 제한하기 때문이다. 굳이 일본의 예를 들지 않고 우리 나라를 살펴봐도 축분의 처리와 활용방안은 점차 사회전체의 문제로 대두한다. 이른바 님비현상의 여파로 축산농가는 '필요악'으로 내몰리기도 한다. 제1차 산업인 축산업이 없어서는 안 되지만 '내가 사는 곳'에서 악취문제라든가 환경오염문제가 발생하면 누구라도 항의할 수 있다. 그래서 축산농가는 시설을 확충하고 축분처리업체에 돈을 주며 일을 맡긴다. 문제는 여기에 그치지 않는다. 이 업체들은 자원재활용 시설이 없는 경우 허가(?)를 받아 분뇨를 바다에 투기해 환경오염의 선봉으로 돈을 번다. 상황이 이렇다 보니 축산농가의 말못할 고충이 이만저만이 아니다.

농업을 이끄는 농림부와 에너지정책을 담당한 산업자원부가 이 문제를 해결하기 위해 많은 돈을 들여 연구용역을 실시하고 대책을 내놓지만 지금까지 실효를 거두지 못했다. 정부는 '축산분뇨 발효 액비화 사업'이라든가 '바이오가스의 전기에너지 이용기술' 등 많은 연구와 정책을 추진하면서 정작 이를 실용화하고 농가에 보급하는 데는 이르지 못한 이유를 따져볼 일이다. 구와하라 씨에 따르면 일본은 지역편차는 있지만 중앙정부나 지방자치단체가 바이오가스 시설을 갖추는 데 드는 예산의 30∼50%를 지원하고 있다. 일본정부가 에너지산업과 농업의 중요성을 인정하고 민간의 자발적 사업에 적극 지원하는 정책이 우리에게 시사하는 바가 크다. 정부가 제시하는 에너지정책이나 농업정책과 다를 수 있는, 혹은 정부가 인정하는 검증을 거치지 않았더라도 잠재적 가치를 충분히 평가해서 이에 대한 지원을 아끼지 말아야 할 것이다.

글 가져온 곳 : 귀농통문 19호 / 2001년 가을