건축/환경에너지

Nikkei Ecology_2017.8 기술프론티어 요약 (p58~60)

식품폐기물 사용한 바이오가스 발전
소주찌꺼기, 우동, 두부 활용, 비용도 절약하여 일석삼조

식품공장에서 나오는 남은 원료나 배수, 음식점의 음식물 쓰레기를 재생가능에너지 발전(發電)에 사용한다. 폐기물 처리비용이 필요 없고, 전력을 판매할 수 있으며 식품의 재활용도 된다.

식품폐기물의 삭감∙처리 및 재활용, 재생가능에너지 발전을 통한 전기 판매라는 “일석삼조”를 노리는 기술이 보급되기 시작하였다. 공장이나 음식점에서 나오는 바이오매스(생물자원)인 음식물 쓰레기를 사용하는「바이오가스 발전」이다.

-- 소주제조의「최종공정」--
「바이오가스 발전은 고구마소주 제조에 빠뜨릴 수 없는 공정」이라고 기리시마(霧島)홀딩스 경영계획실의 구로키(黒木) 씨는 말한다.「구로(黒)키리시마」, 「시로(白)키리시마」등 전국적으로 유명한 소주를 제조, 판매하는 기리시마주조(酒造)는, 제조공정에서 나오는 고구마찌꺼기나 소주찌꺼기를 사용하여 발전하고 있다.

발전까지의 흐름은 이렇다. 기리시마주조는 하루에 1.8리터 병으로 16만 병을 제조하는 규모이며, 남규슈에서 생산하는 약 340t의 고구마를 사용한다. 상처나 변색이 있는 고구마는 소주의 맛에 영향을 미치기 때문에 선별한다. 선별에서 탈락된 고구마는 매일 평균적으로 약 10t이라고 한다.

소주제조에 사용하는 고구마를 쪄서, 쌀로 만든 누룩과 함께 빚어서 증류하면 소주가 만들어진다. 증류과정에서「모로미」라는 거르지 않은 술이 나온다. 이것을 짜서 물기를 제거한 것이 소주찌꺼기다. 찌꺼기의 양은 매일 약 650t에 달한다.

고구마찌꺼기를 분쇄하여 소주찌꺼기와 섞어, 공장 부지 내에 있는 메탄 발효통에 넣는다. 혼합물에는 메탄의 생성에 필요한 탄화수소계 성분이 풍부하게 포함되어 있다. 온도를 55℃ 정도로 유지한 발효통 속에서, 미생물인 메탄균의 작용으로 탄화수소가 분리되어 메탄가스가 발생한다. 그 양은 하루 평균 약 3만㎥에 달한다고 한다.

메탄가스를 연료로 사용하여, 같은 부지에 있는 바이오가스 엔진 발전기로 발전한다. 전기는, 재생가능에너지 전기의 발전차액지원제도(FIT)로 규슈전력에 판매한다. 연간 약 700만kWh의 발전 실적이 있으며, 1kWh 당 39엔(세금 별도)에 사들일 수 있다. 연간 전기 판매 수입은 약 2억 5,000만 엔에 달한다.

발효통에는 진흙이 섞인 액체(소화액)가 남는다. 진흙은 제거하고 건조시켜, 비료로 재활용하여 판매하고 있다. 액체는 기준에 따라 정수 처리하여 하수도로 배수한다. 공장에서 발생하는 거의 대부분의 고구마찌꺼기나 소주찌꺼기를 메탄가스로 재활용한다. 그러나 예전에는 제조공정에서 발생하는 소주찌꺼기를 밭에 뿌려서 비료로 재이용했었다.

2003년의 폐기물처리법 개정으로, 소주찌꺼기를 농지에 뿌리면 불법투기로 간주되게 되었다. 대량의 소주찌꺼기를 외부에 위탁하려 해도 이 정도의 분량을 받아줄 수 있는 산업폐기물 처리업자는 없었다.

기리시마주조는 폐기물처리법 개정을 계기로, 소주찌꺼기를 처리하기 시작하였다. 2006년에는 매일 400t을 처리할 수 있는 발효통을 도입하여 재활용 사업을 시작하였다. 2011년에는 800t 규모로 확대하면서 총액 약 50억 엔을 투자하였다. 당초에는 발전기는 없었기 때문에, 발생한 바이오가스는 보일러 연료로 하여 열을 만들어 증류나 진흙 건조에 사용하였다.

FIT시행 후인 2014년에는 13억 5,000만 엔을 투자하여, 3기에서 합계 1905kW를 출력하는 바이오가스 엔진 발전기를 도입하였다. 발효통 등은 이미 설치가 완료되었기 때문에 7, 8년 정도면 투자를 회수할 수 있을 것으로 전망한다. 그러나 가스엔진의 내용연수가 10년 정도로 추정되어 갱신이 필요해질 가능성이 있다.

2000년대에 고구마소주의 인기가 높아지면서 기리시마주조는 생산규모를 확대해 왔다. 기리시마의 생산 본부 그린에너지부의 다하라(田原) 부장은「소주제조사업의 확대에 따라, 폐기물의 발생량도 매일 증가하고 있다. 발전을 포함하는 재활용 공정이 멈추게 되면, 소주의 생산공정도 멈출 수밖에 없다. 사업확대로 인해 폐기물을 적정하게 처리할 수 있는 재활용과 발전이 반드시 필요했었다」라고 말한다.

-- 사누키우동에서 소규모설비 제안 --
기리시마주조는 폐기물 발생량이 많은 것이 특징이다. 그러나 소규모라도 바이오가스 발전으로 일석삼조를 노린다.
사누키우동으로 유명한 가가와현. 다카마쓰시에 위치한 건설기계업체인 조다제작소는 하루 당 폐기물 처리량을 몇t 수준으로 줄인 바이오가스 발전 플랜트를 개발, 판매하고 있다.

가가와현에는 우동 가게가 800개 이상 있다고 한다. 그 대부분의 가게에서는 고객을 기다리지 않게 하면서도 막 삶은 우동을 제공하기 위해, 삶은 지 30~40분 지난 우동은 폐기한다. 그 양은 연간 추계 6,000t에 달한다(우동마루고토 순환컨소시엄의 추계 자료).

조다제작소의 부지 일각에서는, 지역의 우동가게에서 수집한 식품폐기물을 사용하는 발전 플랜트가 가동 중이다. 우동이나 덴푸라, 주먹밥, 야채, 고기, 그리고 근처에 있는 식품공장에서 나온 남은 식품도 사용한다. 지역의 운반수집 업자가 음식점이나 식품공장을 돌아다니며 수집하고, 조다제작소는 매일 최대 3t을 수용한다. 발효하기 쉽도록 폐기물을 잘게 처리한 후, 총량으로 6t 정도가 될 때까지 지하수를 투입하여 발효통에 넣는다. 37℃로 유지한 통 안에서, 미생물의 작용으로 30~35일 정도에 걸쳐 메탄가스를 생성한다.

매일 3t의 폐기물을 수용한 경우, 발생하는 메탄가스는 하루 약 360㎥. 출력 25kW의 바이오가스 코제너레이션(발전공급) 시스템에서 발전하여, FIT를 활용하여 시코쿠전력에 판매한다. 발전량은 하루 약 600kWh, 연간으로는 약 18만kWh가 된다. 코제너레이션의 배열은 발효통이나 전처리공정의 가온(加溫)에 사용한다. 통 안에는 질소나 칼륨 등의 영양이 풍부한 진흙과 소화액이 남는다. 액체비료로서 판매하고, 불필요한 수분은 정화하여 배수한다.

조다제작소는 2004년, 바이오매스로 메탄가스를 생성하는 메탄 발효 플랜트를 판매하기 시작하였다. 기술이 평가를 받아서, 정부나 가가와현, 산업기술총합연구소 등과 협력하여 식품폐기물에서 나오는 바이오가스를 발전에 사용하는 기술과 폐기 우동을 사용하는 바이오에탄올 생성 기술의 개발에 착수하였다.

2011년부터는 폐기 우동의 재활용을 촉구하는 현과 시, 지방 NPO들과 협력하는「우동마루고토 순환컨소시엄」에 참가하고 있다. 조다제작소 기술개발영업의 오자키(尾嵜) 씨는「자사가 판매하는 소규모 메탄 발효∙발전 플랜트의 판매를 촉진하기 위해, 그 실례로서 우동 발전을 실시하고 있다」고 그 목적을 말한다.

식품 재활용이 요구되는 식품회사나 음식점을 잠재적 고객으로 상정하고, 타사가 거의 참여하지 않는 하루 처리량 3t, 5t, 10t의 소규모 플랜트를 제안하고 있다. 비용을 줄이기 위해 발효통 등의 설비는 직접 제작하였다. 국내에서 널리 팔리는 범용적인 부재를 사용하기 때문에 설비 도입비나 보수비를 싸게 조절할 수 있다.

계산으로는 매일 3t의 식품폐기물을 처리하여 매일 360㎥의 메탄가스를 발생시키면, FIT의 활용으로 연간 약 700만 엔의 전기 판매 수입을 얻을 수 있다. 폐기물 처리비도 불필요하기 때문에 고객의 투자회수 연수는 8년 정도로 예상할 수 있다. 처리 규모가 커질수록 투자회수는 빨라진다고 한다.

-- 배수처리로 발전도 --
바이오가스 발전에 사용할 수 있는 것은 고형분이 많은 폐기물만이 아니다. 메탄발효하기 쉬운 조건이 갖춰지면, 공장 등에서 나오는 배수도 사용할 수 있다.
얼린 두부나 유부 등을 제조하는 미스즈 코포레이션(나가노현)는, 배수 처리에 메탄가스 발전을 조합하고 있다. 얼린 두부나 유부는 두부를 가공하여 만든다. 콩으로 만든 두부에 간수를 섞어, 응고시킨 두부를 빼낸 후에는 콩 성분과 두부 조각 등이 섞여 있는 온수가 남는다. 매일 6,500t이나 되는 온수 배수를, 메탄균이 활동하기 좋은 30℃의 온도로 식혀서, 배수 중인 유기 성분을 분해하는 메탄발효를 통해 배수를 방출할 수 있도록 정화한다.

미스즈는 1992년에 배수처리를 목적으로 메탄 발효통을 도입하였다. 메탄 발효를 통해 부생물로서 메탄가스가 생긴다. 미스즈 재활용 관리부의 마쓰모토(松本) 부장은「배수에 포함되는 성분과 그 농도, 배수의 온도가, 미생물의 작용을 활용하는 메탄발효를 통한 정화 기술이 적합하였다」라고 말한다.

메탄가스의 사용처가 있는지 없는지의 여부도, 도입을 검토할 때의 포인트가 된다. 미스즈는 FIT의 시행 전에는 메탄가스를 보일러 연료로 사용하여, 두유 제조나, 유부 제조 공정에 사용하는 기름의 가온, 가열 살균 등에 사용하였다. 2013년에 바이오가스 엔진 발전기를 도입하고 나서는 발전 연료로도 사용하도록 하였다. FIT의 활용을 통해 중부전력에 전기를 판매하고 있다.

현재, 출력 합계 275kW가 되는 11기의 발전기가 가동하고 있다. 연간 발전량은 150만~160만kWh 규모로, 연간 전기 판매 수입은 6,000만 엔 정도가 된다. 현재는 하루에 약 3,500㎥의 메탄가스가 생성되고 있다.
마쓰모토 부장은「공장의 배수나 폐기물을 그냥 배출하는 것이 아니라, 재활용하여 발전이나 보일러 연료로서 전부 사용할 수 있으면, 자원의 유효 활용과 비용 삭감으로 이어질 수 있다. CO₂를 배출하지 않는 재생가능 에너지의 판매는 지역사회에도 도움이 된다」라고 말한다.

대량으로 발생하는 식품 손실에 대한 관심이 높아지고 있다. 작년에는 식품 폐기물의 부적절한 처리 사건이 세상을 떠들썩하게 하였다. 폐기물의 유효 활용이나 적절한 처리가 사회 과제로서 인식되기 시작한 지금, 비용 이점이 높은 바이오가스 발전이 식품회사나 음식점의 주목을 모을 것 같다.

  -- 끝 --