메탄 소화조의 시스템 용도 및 이해

메탄가스의 발견

토머스 제퍼슨이 미국 독립선언문을 쓰던 그해, 이탈리아의 물리학자 알레산드로 볼타는 메탄가스를 발견했다. 마조레호 부근의 진흙탕에서 올라오는 인화성 기체에 호기심이 생긴 볼타는 약간의 기체를 채집한 후 실험을 통해 발견한 결과를 일련의 편지에 기록하여 친구이자 역시 호기심 많은 동료인 카를로 캄피에게 보냈다. 볼타는 1776년 11월 21일 편지에 "습한 토양에서 나오는 기체보다 가연성이 더 높은 기체는 없습니다"라고 쓰고, 기체와 말라 죽어가는 식물 사이의 연관성을 파고들기 시작했다. 그는 계속해서 자신이 개발한 권총과 메탄의 강력한 힘을 연관 지어 연구했다. 그러나 과학자드이 볼타의 가연성 기체 생성의 원인이 미생물이었다는 사실을 알게 된 것은 그로부터 100년이 지나서였다. 이 미생물은 현재 유기성 폐기물로 인해 발생하는 온실가스인 메탄 배출을 관리하는 데 사용되고 있으며, 그 과정에서 청정에너지를 만들어낸다.

 

메탄 소화조 시스템

농업, 산업 및 인간의 소화 과정은 지속적인 유기성 폐기물의 흐름을 생성한다. 전 세계적으로 사람들은 농작물을 재배하고, 가축을 기르고, 음식을 만들고, 스스로 영양을 공급한다. 이런 모든 활동은 잔류물부터 배설물까지 부산물을 생성한다. 최대한 줄이기 위해 노련함에도 불구하고 낭비는 피할 수 없다. 불가피한 부패도 발생한다. 그리고 받아들여야지 별수 없다고들 한다. 세심하게 관리하지 않으면, 유기성 폐기물은 분해되면서 일시적인 메탄가스를 방출할 수 있다. 대기 중에 섞이는 메탄 분자는 100년이라는 시간동안 이산화탄소보다 34배 더 강력한 온난화를 일으킨다. 하지만 이렇게 놔둘 필요는 없다. 한 가지 방법은 혐기성 소화조라 불리는 밀봉된 탱크에서 부패를 조절하는 것인데, 이것은 마조레호의 습한 호반을 따라 볼타가 발견한 자연적 과정을 활용한 것이다. 이들 소화조는 미생물의 힘을 활용해 폐기물과 슬러지를 변형함으로써 두 가지 주요 부산물을 생산한다. 에너지원인 바이오가스와 영양분이 풍부한 비료인 소화 슬러지라 불리는 고체가 생긴다.

 

유기성 폐기물을 에너지원으로 활용한 역사는 이미 오래전부터 있어왔다. 20세기에 접어들기 직전, 하수 가스로 불을 밝힌 램프가 영국 엑서터 거리를 비추었다. 1000년 전에는 바이오가스로 아시리아의 목욕물을 데웠다. 베네치아의 탐험가 마르코 폴로가 고대 중국에 머물럿을 때 뚜껑을 덮은 하수 탱크를 본 적이 있는데, 이는 조리용 연료를 생산하는 데 사용되었다. 뭄바이 근처의 나환자 보호소는 1859년에 조명용 바이오가스 시스템을 설치했다. 오늘날 혐기성 소화조는 뒷마당에서, 농원에서, 그리고 산업용으로 전 세계에서 사용되고 있으며, 증가하는 추세다. 독일은 전폭적인 환경 규제책 덕분에 2014년을 기준으로 약 8000기의 메탄 소화조를 보유하며 세계를 선도하고 있다. 특히 메탄 배출에 대한 관심이 커지면서 미국에서도 이를 채택하는 사례가 늘고 있다. 아시아에서는 소규모 소화조가 지배적이다. 중국 시골 지역에 사는 1억 명 이상의 주민이 소화조 가스를 사용하고 있다.

 

크기나 모양과 관계없이 소화조 내부의 역학은 모두 같다. 유기성 폐기물이 산소가 부족한 밀폐 탱크 안에서 섞이면서, 박테리아와 기타 미생물들이 단계별로 분해된다. 며칠 혹은 몇 주 동안, 바이오가스가 위로 걸러지면서 질소 같은 영양분이 응축된 고체 소화액이 바닥으로 떨어진다. 바이오가스는 메탄과 이산화탄소의 혼합물로, 그대로 사용하거나 천연가스와 유사한 바이오메탄으로 한층 더 정제될 수 있다. 원료 공급이 지속되고 미생물이 만족스럽게 유지되는 한 소화 공정은 계속해서 진행된다.

 

소화조의 전력량을 어떻게 사용하느냐에 따라 추가적인 배출 절감 효과를 얻을 수 있다. 그 최종 용도는 생산 규모에 따라 달라진다. 주로 아시아와 아프리카의 시골이나 전기가 들어오지 않는 지역의 가정에서 사용하는 경우, 바이오가스는 요리, 조명, 난방용으로 이용되는 한편, 소화액은 텃밭과 소규모 농경지를 풍족하게 해준다. 중요한 것은, 바이오가스가 연료 공급원으로서 나무, 목탄, 분뇨에 대한 수요를 줄일 수 있고, 따라서 지구 및 인간의 건강에 영향을 미치는 유해 가스 배출을 줄일 수 있다는 점이다. 산업용 규모로 생산될 때 바이오가스는 난방과 전기 발전에 있어 더러운 화석연료를 대체할 수 있다. 오염물질을 없애면, 천연가스에 의존해야 하는 차량에도 사용할 수 있다. 고체 소화액은 화석연료 기반 비료를 대체하면서 토양 건강을 증진시킨다. 메탄 소화조는 온실가스를 줄이는 것 외에도 매립지의 면적과 물을 오염시키는 유출물을 줄이고 냄새와 병원균을 없앤다.

 

메탄 소화조의 시스템의 효과

우리 분석은 소형 메탄 소화조와 대형 메탄 소화조를 모두 포함한다. 2050년까지 소형 소화조는 저소득 국가에서 5750만 개의 비효율적인 조리용 난로를 대체할 수 있으며, 대형 소화조는 69.8기가와트의 설치 용량으로 성장할 수 있을 것으로 예측된다. 결과가 누적되면 2170억 달러의 비용으로 10.3기가톤의 이산화탄소 배출을 피할 수 있다.