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현재 세계는 석탄, 석유, 가스 등 재생 불가능한 에너지원의 고갈을 앞두고 에너지 위기에 직면해 있습니다. 여러 대안이 떠오르고 개발되고 있지만 지속가능한 자원이라는 점에서 바이오에너지는 여느 자원과도 구별되는 독보성을 지니고 있습니다. 오늘은 바이오에너지의 재료원인 바이오매스에 대해 이야기 나눠보겠습니다.

바이오에너지, 하면 여러분은 어떤 생물자원이 먼저 떠오르시나요. 바이오에너지의 정의부터 짚고 넘어가면. 바이오매스(Biomass)를 직접 또는 생∙화학적, 물리적 변환 과정을 통해 액체, 가스, 고체연료 또는 전기∙열에너지 형태로 이용하는 기술을 말합니다.

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그렇다면 바이오매스란? 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체∙균체1)와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체 일체를 말합니다. 또한 유기계 폐기물·농산폐기물·임산폐기물·축산폐기물·산업폐기물·도시 쓰레기 등도 직접 또는 변환하여 연료화할 수 있기에 산업계에서는 유기계 폐기물도 바이오매스에 포함시킵니다.

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1) 균체 : 동식물에 기생하여 발효나 부패, 병 따위를 일으키는 단세포의 미생물의 몸체.

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바이오매스 중 전 세계 재생에너지 보급 비중의 약 80%를 차지하고 있는 원료는 식량으로 사용할 수 있는 당질계, 전분질계인 사탕수수, 고구마, 옥수수와 같은 1세대 바이오매스입니다. 2050년경에는 전 세계 총 에너지 소비량의 약 15%를 담당할 것이라는 전망이 있기도 합니다. 그리고 리그닌, 셀룰로오스를 포함한 나무, 볏짚, 억새나 폐목재 등 목질계의 2세대 그리고 해수나 담수에 분포하는 조류2)의 3세대로 바이오매스를 구분 짓고 있습니다.

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2) 조류(藻類, Algae) : 하등 은화식물의 한 무리. 물속에 살면서 엽록소로 동화 작용을 한다. 뿌리, 줄기, 잎이 구별되지 않고 포자에 의하여 번식하며 꽃이 피지 않는다. 흔히 녹조나 적조로 부르는 미생물들.

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이같이 다양한 바이오매스는 다양한 과정을 거쳐 전기에너지와 열에너지, 액체(에탄올, 디젤 등)와 가스(메탄, 이산화탄소, 수소) 그리고 또 다른 바이오매스 즉 고체연료 등으로 전환됩니다. 먼저, 목질계 작물과 해양조류는 전처리 과정에서 당분을 추출한 뒤 알코올 및 부티르 발효3)과정을 거쳐 바이오에탄올/부탄올로 전환하고 이를 연료로 이용합니다.

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3) 부티르(뷰티르) 발효 : 동물성 지방에서 에스터의 형태로 발견되는 지방산. 뷰티르산은 우유 특히 염소, 양 및 아메리카 들소의 젖, 버터, 파르미자노 레자노 치즈 및 혐기성 발효 산물(결장 및 액취증 포함)에서 발견됨.

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이번엔 바이오가스 생성 과정을 살펴볼까요. 가축 배설물, 음식물과 농작물 폐기물 등의 유기물질을 분해하고 발효하여 메탄과 이산화가스가 생성됩니다. 이를 이용해 난방, 전기 생산, 자동차 연료 등 다양한 용도로 사용합니다.

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옥수수, 대두오일, 팜유 등 식물성 오일 또는 소기름, 돼지기름, 고래기름 등 동물성 지방은 바이오디젤이 되어 디젤 차량 및 기계용 연료로 사용됩니다. 그 공정을 압축해 말하면, 원료인 기름을 촉매와 섞고 에스터교환 반응4)과 자유 지방산 제거 과정을 통해 만들어지게 됩니다. 바이오디젤은 어는점이 일반 경유보다 높고 5℃ 이하 저온에서는 유동성이 떨어져 100%의 바이오디젤을 사용하는 경우는 드물고 일반 경유와 섞어서 사용하지만, 현존하는 디젤 연료의 대안으로 사용되는 친환경 연료입니다.

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4) 에스터교환 반응(transesterification 또는 ester interchange reaction) : 산 또는 염기 촉매 조건 하에서 에스터(RCOOR')의 아실(acyl; RCO)이나 알콕사이드(OR')가 다른 아실이나 알콕사이드로 바뀌는 평형(equilibrium) 반응이며, 가알코올분해 반응(alcoholysis)이라고도 부른다.

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