농축산분야에서 발생하는 축분을 연속적으로 열분해해 바이오차로 전환하고 공정에서 발생한 열분해가스를 다시 열원으로 활용하는 일 5톤급 통합시스템 개발이 추진된다.

 

단순히 바이오차 생산설비를 개발하는 데 그치지 않고 바이오차 품질과 열분해설비성능을 평가하는 체계를 구축하는 한편 실제 계측자료를 기반으로 온실가스 감축량 산정방법론까지 등록한다. 향후 플랜트 공급과 바이오차 판매, 자발적 탄소시장 참여를 연계한 사업모델이 구축된다.

 

신재생에너지 목재펠릿보일러 대표기업 규원테크(대표 김규원)는 한국생산기술연구원이 주관하는 ‘2026년도 지속가능한 저탄소 축산확산을 위한 기술개발사업’(내역사업: 저탄소기반 가축분처리·활용 고도화)의 ‘고효율 연속식 바이오차 생산 기술개발 및 상용화’ 과제에 상용화기업으로 선정, 국책 연구개발과제 수주에 성공했다고 7월30일 밝혔다.

 

이번 과제는 한국생산기술연구원(주관, 이진기 수석연구원)을 중심으로 규원테크(상용화기업), 에코시안, 맛뜨락(실증현장) 등이 컨소시엄으로 참여하며 한국산업기술시험원(KTL)이 위탁연구기관으로 참여한다. 2026년 4월부터 2030년 12월까지 4년9개월간 총 57억1,000만원(정부출연금 47억5,000만원, 민간부담금 9억6,000만원) 규모로 추진된다.

 

축분 처리와 직접적인 온실가스 감축 연계

농림축산식품부는 ‘2050 농식품 탄소중립 추진전략’에 따라 가축분뇨를 활용한 고체연료·바이오차 생산을 2030년까지 450만톤 규모로 확대할 계획이다. 축산분야는 국내 메탄 배출 비중이 높은 분야로 꼽힌다.

 

컨소시엄은 농축산분야의 온실가스 감축 요구에 대응하려면 축분 처리단계에서 실질적이고 직접적인 감축효과를 낼 수 있는 기술이 필요하다고 판단했다. 이에 따라 기존에 확보한 LNG 기반 연속식 바이오차 생산기술과 고효율 바이오매스 연소기술, 열분해가스 혼소기술을 결합해 상용화 수준의 통합시스템을 개발한다.

 

특히 실증현장으로 참여하는 맛뜨락이 축분 연료화설비와 실증부지를 제공하고 축분 전처리와 원료 공급을 담당함으로써 연구기간 중 안정적으로 원료를 공급하고 실제 축산현장에서 설비를 운전할 수 있도록 했다.

 

최종적으로 일 5톤 이상 규모의 연속식 바이오차 생산 통합시스템을 개발·실증하고 경제성과 생산품질을 검증할 계획이다. 이와 함께 국제기준에 부합하는 온실가스 감축량 산정방법론의 등록·승인과 바이오차 품질 및 열분해시스템 성능평가체계 구축을 추진한다.

 

설비운전을 위한 표준운전절차와 품질관리 SOP도 마련해 향후 시스템의 복제와 보급이 가능하도록 할 방침이다.

 

 

개발시스템 핵심 ‘연속식’

이번 과제에서 개발하는 시스템의 핵심은 ‘연속식’이다. 연속식 열분해시스템은 축분원료 투입과 바이오차 배출이 동시에 연속적으로 이뤄지며 반응이 진행되는 동안 온도와 압력, 체류시간 등의 조건이 일정하게 유지돼야 한다.

 

원료 투입과 제품 배출이 단계적으로 이뤄지고 반응구간별 조건이 달라질 수 있는 배치식 병렬운전과 구분된다. 연속공정을 적용하면 대량생산과 생산효율 향상, 품질 균일성 확보, 운전 자동화에 유리하다.

 

열분해는 무산소 분위기에서 원료를 열화학적으로 전환하는 방식이다. 개발시스템은 축분을 건조·펠릿화한 뒤 연속식 열분해 반응기에 공급하고 간접가열방식으로 바이오차를 생산하는 구조로 설계된다.

 

운전온도는 350~650℃ 범위에서 제어할 수 있도록 개발하며 축분 혼합시료의 반응특성을 분석해 최적 열분해조건을 도출한다. 원료의 연속공급과 바이오차의 연속배출뿐만 아니라 반응온도와 체류시간, 압력 등을 균일하게 유지하는 것이 주요 기술개발 대상이다. 생산된 바이오차는 냉각·이송한 뒤 품질평가와 검증을 거치게 된다.

 

열분해가스 다시 태워 열원 활용

에너지소비와 화석연료 사용을 줄이기 위한 열원시스템도 함께 개발된다. 기존에 확보한 연속식 열분해기술은 LNG 등 화석연료 기반이다. 이번 과제에서는 열원을 바이오매스와 공정에서 발생하는 열분해가스로 전환해 건조공정과 열분해 반응기에 필요한 에너지를 공급할 계획이다.

 

열분해 반응기에서 발생한 열분해가스는 혼소시스템으로 보내 바이오매스 연료와 함께 연소한다. 여기서 생산된 열은 다시 열분해 반응기와 축분 건조공정에 공급된다. 공정 내부에서 열원을 순환시켜 외부 에너지 투입량과 운전비용을 줄이고 온실가스 배출도 감축하는 구조다.

 

고효율 혼소를 위해 규원테크가 보유한 Hi-TAB(고온공기송풍)기술을 적용해 CO 배출을 줄이고 저공기비 운전이 가능하도록 기술을 고도화한다. FGR(배기가스재순환)기술도 적용해 연소과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)의 생성을 억제할 계획이다.

 

또한 내부의 열과 물질을 회수해 개발시스템 내 오염물질 배출을 최소화하고 건조공정에서 필요한 열원을 연소보일러와 연계해 회수하는 방안도 개발한다.

 

개발되는 시스템은 목재펠릿과 자체 발생 열분해가스를 열원으로 순환 활용해 기존 LNG 열원대비 40% 이상, 건조공정기준 LPG대비 약 50%의 에너지비용을 절감할 것으로 기대된다.

 

 

기관별 전문성 결합… 상용화·검증 동시 추진

한국생산기술연구원은 기존에 확보한 화석연료 기반 일 5톤급 연속식 바이오차 생산기술과 고효율·저공해 연소기술을 바탕으로 전체 시스템 최적화를 담당한다. 바이오매스 연료전환과 열원공급기술을 고도화하고 바이오매스와 열분해가스의 혼소기술을 개발한다.

 

규원테크는 바이오매스 연소기술과 축분 연료화기술, 사업화 역량을 활용해 바이오매스 열원공급시스템과 축분 전처리기술을 개발한다. 개별 구성기술을 일 5톤급 연속식 바이오차 생산 통합시스템으로 연결하고 상용설비 수준으로 완성하는 역할도 맡는다.

 

한국산업기술시험원은 바이오차의 비료공정규격 적합성을 평가하고 열분해 통합시스템의 성능과 환경성을 검증한다. 열분해가스를 상세 분석해 시스템의 열·물질수지를 산정하고 축분과 혼합원료의 열분해조건에 따른 바이오차 품질을 평가한다. 이를 기반으로 열분해시스템 성능평가방법을 도출·검증할 계획이다.

 

에코시안은 탄소·환경·에너지 데이터 분석과 기존 온실가스 감축방법론 개발 경험을 활용해 이번 사업에 적용할 감축방법론을 도출한다. 베이스라인과 모니터링 인자를 설정하고 실제 실증설비의 계측자료를 토대로 온실가스 감축량과 경제성을 평가한다.

 

실증현장인 맛뜨락은 실증부지와 기반시설을 제공하고 축분 전처리설비 운영과 바이오차 원료 공급을 담당한다. 현장운전을 통해 원료공급 안정성과 설비운영성을 확인하고 향후 사업화 가능성을 검증한다.

 

 

플랜트 공급·바이오차 판매·탄소시장 참여 ‘3개 사업축’

사업화모델은 바이오차 플랜트 공급, 생산된 바이오차 판매, 자발적 탄소시장 참여 등 3개 축으로 구성된다.

 

개발된 플랜트는 우분과 계분 등을 처리해야 하는 개별 농가와 농장, 농업법인을 비롯해 전국의 마을형 퇴비저장시설, 축분 자원화 공동시설 및 공공처리시설 등에 공급하는 방안이 검토된다.

 

생산된 바이오차는 농가에 토지개량재로 판매하거나 품질기준과 관련 절차를 충족한 뒤 비료로 공급하는 사업모델을 추진한다.

 

이와 함께 실증과정에서 산정한 온실가스 감축량을 기반으로 감축방법론을 등록하고 자발적 탄소시장에 참여한다. 시스템이 상용 가동되면 연간 약 947톤CO₂-eq 규모의 온실가스 감축 효과가 예상되는 만큼 방법론 등록이 완료되면 국내외 탄소시장을 통한 추가 수익 창출도 가능할 것으로 기대된다. 감축실적은 대기업과 ESG경영을 추진하는 기업을 대상으로 활용하는 방안이 제시됐다.

 

생산기술연구원의 관계자는 “이번 과제를 통해 향후 대용량 설비로 확대할 수 있는 스케일업 설계기반을 마련하고 실제 사업모델을 검증할 계획”이라며 “이후 상용화설비 보급을 확대하고 축분 고품위 연료화사업 및 외부사업과 연계해 탄소배출권을 확보함으로써 농축산분야 온실가스 감축에 직접 기여할 방침”이라고 강조했다.

 

규원테크의 관계자는 “그동안 축적해온 고효율 저공해 바이오매스 연소기술과 열분해가스 혼소기술을 바탕으로, 가축분뇨처리 문제 해결과 탄소중립에 실질적으로 기여할 수 있는 바이오차 생산기술 상용화에 나서게 되어 뜻깊게 생각한다”라며 “이번 국책과제를 통해 일 5톤급 시스템 상용화는 물론 일 15톤 스케일업 설계까지 완성해 국내 축분자원화 시설은 물론 해외 시장까지 사업을 확대해 나가겠다”고 말했다.