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임용훈 숙명여대 부교수

[투데이에너지] 지역냉난방은 열병합발전을 통해 전기와 열을 동시에 생산함으로써 개별난방방식보다 높은 에너지 이용 효율을 구현해 왔다. 그러나 현행 국내 지역냉난방 사업구조가 LNG에 의존하는 한 연료 가격 변동성에 취약할 뿐만 아니라 배출권 비용 부담과 청정열 전환 요구에 따른 위기에 노출될 수 밖에 없다.

지역냉난방 사업의 탈탄소화는 특정 기술 하나만을 선택하는 문제가 아니다. 대형 히트 펌프와 산업 폐열, 수열·지열·공기열, 재생전력 연계 등 가용한 수단을 지역 여건에 맞춰 조합하는 열원 포트폴리오 전략이 필요하다.

전력화 기반 열원은 중요한 축이지만 전력가 격과 계통 부하, 열원과 수요지의 거리 등에 따라 경제성이 달라질 수 있다. 이러한 제약을 보완하면서 기존 열병합발전의 장점을 활용할 수 있는 자원으로 바이오가스에 주목해 볼 필요가 있다.

특히 도심에서 매일 발생하는 막대한 양의 음식물 폐기물에서 생산이 가능한 바이오가스는 도시형 집단에너지와 접점이 크다. 음식물 폐기물은 계절에 따른 편차가 있더라도 도시에서 지속해서 발생하고, 지방자치단체의 수거·처리체계도 이미 잘 형성돼 있다. 이를 혐기성 소화해 생산한 가스를 분산형 열병합발전에 투입하면 현행 사업모델과 마찬가지로 전력과 열을 동시에 생산할 수 있다. 간헐성으로 인해 문제가 되는 태양광이나 풍력과 달리 저장이 용이하므로 수용가의 에너지 수요에 맞춰 투입할 수 있다는 점도 열수요 대응이 중요한 집단에너지 관점에서는 큰 의미가 있다.

이 모델의 본질은 단순한 연료 대체에 있지 않다. 도시가 비용을 들여 처리하던 유기성 폐기물을 지역의 에너지원으로 전환하고, 환경 기초시설과 지역난방 인프라를 하나의 자원순환 체계로 연결하는 데 있다. 바이오가스 발전을 전력 생산사업으로만 접근하면 회수 열이 충분히 활용되지 못해 종합효율과 사업성이 모두 낮아질 수 있다. 반대로 안정적인 열 수요를 확보하면 폐기물 처리, 분산형 전력 생산, 청정열 공급의 가치를 하나로 묶을 수 있다. 집단에너지가 바이오가스 활용의 중요한 수요처가 될 수 있는 이유다.

해외에서는 이러한 결합이 실제 운영되고 있다. 이탈리아 피네롤로는 연간 수만 톤의 분리배출 유기성 폐기물에서 바이오가스를 생산해 열병합발전에 이용하고, 회수 열을 시설 내부와 도시 일부의 지역난방에 활용한다. 일부 가스는 바이오 메탄으로 정제해 국가 가스망으로 공급된다. 스코틀랜드에서도 연간 4만톤 이상의 규모로 음식물·정원폐기물을 혐기성 소화해 전력과 열을 생산하고, 잉여 공정 열을 인근 지역난방 배관망에 공급한다. 두 사례는 폐기물 처리와 안정적인 열 수요를 하나의 지역 에너지 시스템으로 설계했다는 공통점을 갖는다.

스웨덴은 수거·생산·다목적 이용체계의 측면에서 또 다른 시사점을 준다. 2024년부터 음식물 폐기물의 분리수거를 전국적으로 의무화 했고, 2023년에는 40만 톤 이상을 수거해 대부분 혐기성 소화로 처리했다. 아직은 주된 용도가 수송용 연료이지만, 회수 열을 지역난방 등 다목적으로 알뜰히 활용하고 있음을 보여 주는 사례이다.

국내도 도심지역은 역시 유기성 폐기물의 발생 밀도가 높고 열 수요가 집중돼 있으며, 일부 지역에는 이미 지역난방 배관망이 구축돼 있다. 원료 발생지와 에너지 소비지를 비교적 가까운 범위에서 연결할 수 있는 좋은 조건이다. 이런 측면에서 정부가 2029년까지 추진하는 500kW급 바이오가스 전용 열병합발전 시스템과 지능형 통합관리 기술의 국산화는 탈탄소화를 추진해야 하는 지역냉난방 분야에 시사하는 바가 크다.

음식물 폐기물을 자원화해 전기와 열로 전환하는 바이오가스 분산형 열병합발전은 LNG 의존도를 단계적으로 낮추면서 도시의 자원순환을 촉진할 수 있는 가장 현실적인 선택지라 할 수 있다. 이제 필요한 것은 지역의 폐기물 자원과 열 수요를 연결해 실제 사업으로 성립시키는 일이다. 집단에너지 산업도 도시의 다양한 저탄소 열원을 수용하는 플랫폼 으로 역할을 확장해야 할 것이다.

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출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)