본 내용은 중국에서 사탕수수, 쌀, 땅콩박, 옥수수 등 주요 농업 부산물의 바이오매스 연료화 활용에 대해 분석합니다. 이들 농업 부산물은 연료화 기술을 통해 재생 에너지로 변환될 수 있으며, 연소, 가스화, 펠릿화 등의 기술을 중심으로 그 특징과 적용 사례를 다룹니다. 또한, 중국의 바이오매스 연료화 정책과 경제적, 환경적 영향을 평가하고, 지속 가능한 발전을 위한 전략적 방향성을 제시해 드리겠습니다.
1. 서론 (Introduction)
중국은 세계 최대의 농업 생산국 중 하나로, 매년 대규모의 농업 부산물이 발생합니다. 사탕수수, 쌀, 땅콩박, 옥수수는 주요 농업 생산물로, 이들 부산물은 효과적으로 활용될 경우 바이오매스 연료로서 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 부산물들은 연료화 과정에서 에너지 생산 외에도 환경 보호와 자원 재활용의 이점을 제공할 수 있습니다. 그러나 이들 농업 부산물의 연료화 기술은 아직 상업적으로 널리 적용되지 않았으며, 다양한 기술적, 경제적, 환경적 도전 과제가 존재하고 있습니다.
따라서 본 문서는 중국에서의 사탕수수, 쌀, 땅콩박, 옥수수 등 농업 부산물의 바이오매스 연료화 활용 가능성을 분석하고, 이를 위한 기술적, 경제적, 정책적 측면을 종합적으로 제시하고자 합니다. 이를 통해 중국 바이오매스 연료 산업의 발전 방향과 지속 가능한 에너지 전환을 위한 전략을 제시하고자 합니다.
2. 지역별 주요 농산품 현황
중국은 광범위한 농업 생산국으로, 다양한 농업 부산물이 대규모로 발생하고 있으며, 이러한 부산물들은 바이오매스 연료화에 큰 잠재력을 가지고 있습니다. 각 지역에서 발생하는 주요 농업 부산물은 다음과 같습니다:
● 광시성: 사탕수수는 광시성의 중요한 농산물로, 매년 약 1,600만 톤에서 2,100만 톤의 바가스(사탕수수 부산물)가 생산됩니다. 이 바가스는 연료화 및 에너지 생산에 매우 유용하며, 농업 부산물 중에서 바이오매스 원료로서 연구 가치가 높습니다. 특히 사탕수수 바가스는 연소 특성이 뛰어나며, 열량이 높은 에너지원으로 활용될 수 있습니다.
● 후베이, 후난성: 이 지역은 중국의 주요 쌀 생산지로, 매년 약 2,700만 톤의 쌀이 생산됩니다. 쌀겨(왕겨: 쌀의 부산물)는 중요한 바이오매스 연료 자원으로, 특히 농업 부산물 중에서 연료로서의 활용 가능성이 큽니다. 쌀겨(왕겨)는 연료화 기술을 통해 효율적인 에너지 생산이 가능하며, 이는 농업 부산물의 재활용과 자원 절약에 기여할 수 있습니다.
● 산둥성: 산둥성은 중국에서 중요한 땅콩 생산지로, 매년 약 450만 톤의 땅콩박이 생산됩니다. 땅콩박은 바이오매스 연료화에 적합한 자원으로, 특히 고온에서 연소할 때 효율적인 에너지원으로 활용될 수 있습니다. 땅콩박은 농업 부산물 중에서 열량이 높고, 연료화 기술이 이미 상업적으로 활용되고 있는 경우가 많습니다.
● 흑룡강성, 지린성, 랴오닝성: 이 지역은 옥수수 생산이 활발한 곳으로, 매년 약 8,500만 톤 이상의 옥수수가 생산됩니다. 옥수수의 부산물인 옥수수 줄기와 껍질, 옥수수 잎 등은 바이오매스 연료로 활용될 수 있습니다. 특히 옥수수 부산물은 연료화 과정에서 높은 에너지 효율을 보이며, 대규모 농업 지역에서 지속 가능한 에너지 생산을 위한 중요한 자원으로 주목받고 있습니다.
● 내몽골자치구 : 이 지역은 해바라기 재배가 활발한 곳으로. 매년 약 146만톤의 씨앗이 생산됩니다. 이는 전세계 생산량의 절반에 가까운 수치입니다. 해바라기씨 부산물 펠릿은 목재펠릿의 발열량과 가깝고 재의 함량은 2 ~ 3% 가량으로 목재 I2 함량보다 약간 높은 수치. 바이오 연료로서 목재펠릿에 가장 가깝기 때문에 최고의 바이오매스 옵션 중 하나입니다.
이와 같은 농업 부산물들은 각각 바이오매스 연료로서 연구 가치가 높고, 실제로 연료화 기술이 발전함에 따라 상업적으로 사용되고 있습니다. 이들 농업 부산물의 효과적인 연료화는 중국의 지속 가능한 에너지 전환과 환경 보호에 중요한 역할을 할 수 있으며, 바이오매스 산업의 성장을 촉진하는 중요한 기회를 제공할수 있습니다.
3. 주요 사용처
3-1. 사탕수수 바가스:
● 펠렛화 후 연료화: 산업용 난방 및 발전소에서 바이오매스 연료로 사용.
● 가스화: 합성가스를 생성하여 전력 생산 및 산업용 열원으로 사용.
3-2. 쌀겨(왕겨):
● 펠렛화 후 연료화: 산업용 난방 및 보일러 연료로 사용.
● 바이오에탄올 생산: 에탄올을 생산하여 자동차 연료(E10, E85)로 사용하거나 산업용 에너지로 활용.
3-3. 땅콩박:
● 펠렛화 후 연료화: 산업용 난방 시스템이나 발전소에서 고형 연료로 사용.
● 가스화: 합성가스를 생성하여 전력 생산이나 산업용 열원으로 사용.
3-4. 옥수수 부산물:
● 펠렛화 후 연료화: 산업용 난방 및 발전소에서 고형 연료로 사용.
● 바이오에탄올 생산: 발효하여 바이오에탄올을 생산, 자동차 연료(E10, E85)나 산업용 연료로 사용.
3-5. 해바라기씨 :
● 산업용 연료: 해바라기씨 껍질 펠릿은 주로 산업용 보일러와 화력 발전소에서 사용.이들 보일러는 펠릿을 연료로 사용하여 열 에너지를 생성하고, 전기 생산에 활용될 수 있음.
● 난방 연료: 펠릿 보일러 및 펠릿 스토브에서 가정용 난방 연료로 사용. 특히, 친환경적인 난방 방법으로 저탄소 배출이 필요한 가정이나 시설에서 선호도가 높음
4. 추출원료
4-1. 사탕수수 바가스:
● 사탕수수의 즙을 추출한 후 남은 식물성 부산물.
● 주요 성분: 당분, 셀룰로오스, 리그닌.
4-2. 쌀겨(왕겨):
● 쌀도정 과정에서 나오는 쌀의 외피 부분.
● 주요 성분: 셀룰로오스, 리그닌, 지방질.
4-3. 땅콩박:
● 땅콩 껍질과 기름 추출 후 남은 부산물.
● 주요 성분: 지방질, 셀룰로오스, 리그닌.
4-4. 옥수수 부산물:
● 옥수수의 껍질, 줄기, 잎 등.
● 주요 성분: 셀룰로오스, 리그닌, 당분.
4-5. 해바라기씨 :
● 해바라기씨 껍질: 해바라기씨 외피 기름 추출 후 남은 부산물
● 주요성분: 해바라기씨 기름, 식물성 단백질, 섬유질.
5. 가공 및 연료화 방식
5-1. 사탕수수 바가스:
● 펠렛화: 바가스를 건조하여 작은 입자로 분쇄한 후 압축하여 펠렛 형태로 가공.
● 가스화: 바가스를 가스화하여 합성가스를 생성하고 이를 전력 생산에 사용.
5-2. 쌀겨(왕겨):
● 펠렛화: 쌀겨를 건조한 후 펠렛화하여 고형 연료로 사용.
● 에탄올화: 효소 처리 및 발효 과정을 통해 바이오에탄올을 생산.
5-3. 땅콩박:
● 펠렛화: 건조된 땅콩박을 펠렛화하여 고형 연료로 사용.
● 가스화: 땅콩박을 가스화하여 합성가스를 추출하고 전력 생산에 활용.
5-4. 옥수수 부산물:
● 펠렛화: 옥수수 부산물을 건조 후 펠렛화하여 고형 연료로 사용.
● 에탄올화: 효소 처리 후 발효 과정을 거쳐 바이오에탄올을 생산.
5-5. 해바라기씨
● 펠릿화: 해바라기씨 껍질은 먼저 세척과 건조 과정을 거친 후, 펠릿화 기계를 사용하여 일정한 크기와 형태의 펠릿으로 압축. 수분 함량을 낮추고 연료의 에너지 밀도를 증가시켜 고형 연료로 사용..
● 가스화 및 피로리시스: 일부 해바라기씨 껍질 펠릿은 가스화 또는 피로리시스 기술을 통해 바이오가스 또는 액체 연료로 변환.
6. 연료특성
6-1. 사탕수수 바가스:
연소 특성: 빠르게 연소되며, 열효율은 높지만 상대적으로 발열량은 낮음. 고온에서 빠르게 연소되는 특성.
| 항목 | 수치 |
| 고위발량 - dry (kcal kg-1) | 4384 |
| 저위발열량 - dry (kcal kg-1) | 4063 |
| 수분 (%) | 5.4 |
| 회분 (%) | 8.70 |
| 고정탄소 (%) | 14.03 |
| 휘발분 (%) | 77.27 |
| 질소 (N) % | 0.28 |
| 황 (S) % | 0.02 |
| 염소 (Cl) % | < LQ |
6-2. 쌀겨:
연소 특성: 고온에서 안정적인 연소 가능. 연소 후 황산화물 배출을 줄이기
위한 기술이 필요. 발열량은 다소 낮지만 지속적인 열 공급 가능.
| 항목 | 수치 |
| 고위발량 - dry (kcal kg-1) | 3900 |
| 저위발열량 - dry (kcal kg-1) | 3500 |
| 수분 (% | 7~8 |
| 회분 (%) | <20 |
| 고정탄소 (%) | 15.6 |
| 휘발분 (%) | 69.7 |
| 질소 (N) % | 0.28 |
| 황 (S) % | 0.07 |
| 염소 (Cl) % | < LQ |
6-3. 땅콩박:
연소 특성: 고온 연소 특성을 가지며, 연료 효율이 높고 저비용으로 열을
생산할 수 있음. 미세먼지 발생 가능성 존재.
| 항목 | 수치 |
| 고위발량 - dry (kcal kg-1) | 4200 |
| 저위발열량 - dry (kcal kg-1) | 4000 |
| 수분 (% | 5~8 |
| 회분 (%) | 2.5~3 |
| 고정탄소 (%) | 9 |
| 휘발분 (%) | 78 |
| 질소 (N) % | 1.16 |
| 황 (S) % | 0.06 |
| 염소 (Cl) % | < LQ |
6-4. 옥수수 부산물:
연소 특성: 빠른 연소 특성. 고온에서 연소되며 효율적인 열 생산이 가능.
미세먼지 및 황산화물 배출을 줄이기 위한 필터링 기술 필요.
| 항목 | 수치 |
| 고위발량 - dry (kcal kg-1) | 4200 |
| 저위발열량 - dry (kcal kg-1) | 4000 |
| 수분 (% | 5~8 |
| 회분 (%) | 2.5~3 |
| 고정탄소 (%) | 9 |
| 휘발분 (%) | 78 |
| 질소 (N) % | 1.16 |
| 황 (S) % | 0.06 |
| 염소 (Cl) % | < LQ |
6-5. 해바라기씨 :
해바라기씨 펠릿은 고온에서 효율적으로 연소되며, 저수분 및 저회분
특성으로 연소후 재가 적고 유지 관리가 용이함. 해바라기씨 펠릿의 가장
큰 문제는 비교적 높은 먼지 함량.
| 항목 | 수치 |
| 고위발량 - dry (kcal kg-1) | 4500 |
| 저위발열량 - dry (kcal kg-1) | 4000 |
| 수분 (% | 6~7 |
| 회분 (%) | 2.6 |
| 고정탄소 (%) | 12.5 |
| 휘발분 (%) | 77.5 |
| 질소 (N) % | 0.95 |
| 황 (S) % | 0.06 |
| 염소 (Cl) % | < LQ |