가축분뇨로부터 메탄올과 개미산 생산
바이오 리파이너리
일본 북해도 오코베 시에서 가축분뇨를 이용해서 메탄올과 개미산(Formic acid)을 생산했다는 보도자료를 보고는 무슨 일인가 싶었습니다.
북해도의 우유 생산량은 400만 톤으로 일본에서 생산되는 우유의 절반 정도를 차지합니다. 젖소가 많다는 말이죠. 젖소는 일반 소와는 달리 분뇨의 배출이 많습니다. 그렇다 보니 이를 처리하기 위해 혐기성 발효를 기반으로 하는 바이오가스 플랜트가 많이 사용됩니다.
일본에서는 바이오가스에서 생산된 전기는 FIT 요금제에 따라 전력회사에 판매합니다. 그런데 이 FIT 요금제가 곧 끝이 난다고 합니다. 판매되는 전기 가격이 떨어지면 바이오가스 설비 운영의 수익성이 크게 나빠질 수밖에 없습니다.
새로운 부가가치를 만들 기술이 도입될 필요성이 생깁니다.
지금까지 이런 기술이 없었던 건 아니었습니다. 메탄을 금속촉매와 반응시켜서 메탄올과 개미산(Formic acid)을 만들었습니다. 문제는 바이오가스에는 메탄만 있는 게 아니라 거의 40%에 이르는 이산화탄소도 같이 포함되어 있습니다. 이 기체는 금속 촉매를 무디게 만듭니다.
이걸 방지하기 위해서는 메탄과 이산화탄소를 분리해야 하는데 이게 또 에너지가 들어가는 일입니다. 기술적으로야 못할 게 없지만 경제성이 항상 문제였습니다.
그런데 오사카 대학의 오쿠보 다카시 교수의 연구그룹에서 상온 · 상압에서 공기와 메탄에서 메탄올과 개미산을 만들어내는 데 세계 최초로 성공했다고 발표합니다(2018년 2월). 이 분들은 이걸 꿈의 반응이라고 부릅니다. 그만큼 고난도의 기술이었다는 말이죠.
간략히 소개하면, 이산화염소(ClO2)에 광을 조사하면 만들어지는 중간 종을 불소가스 용매에서 공기와 메탄을 함께 넣어 반응시키면 100% 수율로 메탄올과 개미산이 만들어진다고 합니다. 이산화탄소의 배출은 없이 말입니다. 어떤 기술적 난제가 있는지는 모르겠지만 엄청나긴 합니다.
이와 관련된 몇 개의 관련된 문서와 기사를 다 읽고 나서 느낀 점 또는 알게 된 사실!
1. 일본도 세계 최초 이런 문구를 좋아한다.
2. 실증사업을 시작했다는 걸 파악하는 데 너무 시간이 많이 걸렸다. 마치 실증을 마친 것처럼 느껴졌다.
3. 일본도 스토리를 만드는 걸 좋아한다. 화학자의 연구를 홋카이도의 낙농농가의 지속가능성과 연계했다. 연구비 획득을 위해서는 창의성과 함께 스토리가 중요한 건 일본이나 한국이나....
4. 바이오가스 리파이너리가 가능할 것도 같지만..... 항상 이 질문은 남는다. 그냥 도시가스에서 만들어도 될 텐데.... 이런 질문에는 어떻게 대답할까?
5. 5년 안에 실증을 마치고 실용화에 들어갈 것이라고 한다. 그때 경제성을 확보하기 위해서는 뭐가 더 필요할까?
바이오가스를 개질(Steam Reforming)하면 수소를 만들 수 있습니다. 이걸 연료전지에 연결해서 열병합 발전을 할 수도 있죠. 실제로 이런 쪽으로는 많은 나라에서 시도되었고 별로 새로울 것도 없습니다. 어떻게 경제성 있는 모델로 만들 수 있을 것인가가 관건입니다.
어쨌든 우리나라에서도 엄청난 양의 바이오가스 자원이 있습니다. 밀집된 축산과 음식폐기물 같은 유기성 자원들이죠. 폐기물 처리 전공의 학자들보다는 에너지나 화학분야의 학자들이 이 논의를 좀 주도해나갔으면 하는 어떨까 생각도 듭니다.
탄소중립 시대에는 이게 더 타당치 않을까요?
참고문헌 및 더 많은 정보를 원하시면.....
1) Osaka University: Methanol production from cow manure: Biogas derived from manure
2) Biogas as a Source of Energy and Chemicals
3) 量産化への一歩！家畜ふん尿由来バイオガスからメタノールとギ酸の製造に世界で初めて成功！
4) 家畜ふん尿由来バイオガスからメタノールとギ酸の製造に世界で初めて成功！
* 끝으로 여기에 사용된 이미지는 참고문헌의 기사에서 인용을 했습니다.
