다양한 에너지·환경 정책이 도입되고 시행되면서 과거와 달리 관련 분야의 일선 기업들이 민간부문의 투자를 기다리고 있다. 마찬가지로 투자자들도 기후변화 및 에너지 변혁의 시대를 맞아 관련 분야를 찾고 있지만 생소한 분야이다 보니, 어떤 프로젝트가 정부로부터 인정받고 수익성을 올릴 수 있는지 옥석 가리기가 힘든 상황이다. ESG 금융의 물꼬를 제대로 된 수요처로 초기부터 잘 잡아 기업과 투자자가 상생할 수 있도록 본 시리즈를 기획한다. <편집자 주>

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[뉴스투데이=유종민 홍익대학교 경제학부 교수] 하수 처리 과정에서 메탄이 많이 발생하는 이유는 주로 하수에 포함된 유기물이 혐기성(산소가 없는) 환경에서 분해되기 때문이다.

 

이 과정에서 메탄을 생성하는 미생물들이 활성화되어 유기물을 분해하면서 메탄이 생성된다. 메탄(CH₄)은 이산화탄소(CO₂)보다 온실가스로서 훨씬 더 강력하다.

 

물론 메탄은 비교적 짧은 시간 동안 대기 중에 머물지만, 강력한 온난화 효과를 일으키기 때문에 이를 줄이는 것이 단기적인 기후변화 완화에 매우 중요하다.

 

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• 하수 처리장에서 발생하는 메탄, 장기간에 걸쳐 안정적으로 포집 가능

 

하수 처리에서 메탄을 포집하는 과정이 기존 매립지 사업에 비해 별도로 그 중요성이 강조되는 이유는 여러 가지가 있다. 이는 하수 처리장과 매립지에서 발생하는 메탄의 특성, 발생 과정, 포집과 활용의 차이, 그리고 환경적·경제적 영향을 고려할 때 더 두드러진다.

 

특히 하수 처리장은 지속적으로 운영되면서 메탄을 꾸준히 발생시킨다. 하수는 매일 도시 및 산업 활동에서 발생하므로, 하수 처리장에서 메탄 발생은 안정적이고 예측 가능하다.

 

반면, 매립지는 폐기물이 쌓이고 분해되는 과정에서 메탄이 발생하지만, 시간이 지남에 따라 메탄 발생량이 점차 줄어든다. 즉, 하수 처리장에서 발생하는 메탄은 장기간에 걸쳐 안정적으로 포집할 수 있는 반면, 매립지에서는 시간이 지나면 포집할 수 있는 메탄의 양이 감소한다.

 

하수 처리장은 도시 내 인접하는 필수적인 인프라로, 대부분 대도시나 인구 밀집 지역에 위치한다. 멀리 떨어져야 하는 매립지와 그 성격이 다르다.

 

이러한 시설에서 발생하는 메탄을 포집해 에너지로 변환하면, 그 에너지를 도시 내 다양한 분야에 쉽게 공급할 수 있다.

 

 

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• 하수 처리장의 메탄 포집, 환경적·사회적 측면에서 매우 중요

 

하수 처리장에서는 혐기성 소화 과정에서 메탄뿐만 아니라 황화수소(H₂S)와 같은 악취 물질도 함께 발생한다.

 

이러한 악취 물질은 대기 오염뿐만 아니라 지역 주민의 건강에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 하수 처리장에서는 메탄 포집이 환경적·사회적 측면에서 매우 중요하다.

 

메탄 포집 시스템을 통해 악취 물질과 유해 가스를 동시에 제거할 수 있다. 또한, 환경 오염을 줄이는 데 기여해 물과 토양의 오염도 방지할 수 있다.

 

하수 처리 과정에서 메탄 포집은 주로 혐기성 소화(Anaerobic Digestion)라는 생물학적 분해 과정을 통해 이루어진다. 혐기성 소화는 산소가 없는 조건에서 미생물들이 유기물을 분해해 바이오가스를 생성하는 과정이다.

 

하수에는 생활 하수나 산업 하수에서 발생하는 유기물이 포함되어 있다. 이 유기물들은 하수 처리장 내에서 처리되는데, 이때 혐기성 소화가 중요한 역할을 한다. 혐기성 소화 과정에서 메탄과 같은 온실가스가 주로 생성된다.

 

 

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• 하수 처리 과정에서 생성된 슬러지, 유기물 분해 통해 바이오가스 생성

 

하수 처리 과정에서 고형물(슬러지)이 생성된다. 이 슬러지는 하수 처리 과정에서 발생하는 고형 물질로, 주로 유기물과 고체 폐기물이 포함되어 있다. 이는 혐기성 소화조로 보내져 미생물에 의해 분해된다.

 

소화조 내부는 산소가 없는 밀폐된 공간으로, 여기서 미생물들은 유기물을 분해하며 메탄과 이산화탄소를 생성하게 된다. 소화조는 산소 없이 슬러지를 분해하는 대형 탱크이다. 이 탱크 내부에서 미생물들이 유기물을 분해하면서 메탄과 이산화탄소 같은 가스가 생성된다.

 

혐기성 소화 과정에서 발생한 바이오가스(주로 메탄과 이산화탄소)는 밀폐된 소화조 상부에 모인다. 이 바이오가스는 메탄 포집 시스템을 통해 탱크 외부로 이동되며, 여기서 메탄을 에너지 자원으로 활용하기 위해 정제하거나 처리한다.

 

소화조에서 발생한 바이오가스는 파이프를 통해 가스 처리 시설로 이동된다. 이 과정에서 메탄은 포집되어 저장되며, 필요에 따라 정제된다.

 

 

포집된 바이오가스에는 메탄 외에도 이산화탄소, 황화수소(H₂S), 수분 등의 불순물이 포함되어 있다. 이 가스를 그대로 사용할 경우 연소 효율이 낮아지고 장비에 손상이 갈 수 있으므로, 불순물을 제거하는 정제 과정을 거친다.

 

정제된 메탄을 이용해 발전소에서 전기를 생산하거나, 열병합 발전소에서 열과 전기를 동시에 생산할 수 있다. 이는 하수 처리장 내부에서 사용되거나, 외부 전력망으로 공급된다.

 

고순도의 메탄은 천연가스와 유사한 성질을 가지므로, 천연가스 공급망에 투입해 가정이나 산업체에 연료로 공급할 수 있다.

 

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• 혐기성 소화 후 남은 슬러지, 퇴비 또는 비료로 활용

 

혐기성 소화 후 남은 슬러지는 더 이상 가스로 변환되지 않지만, 이를 추가로 처리해 퇴비나 비료로 활용할 수 있다. 퇴비화는 슬러지에 있는 유기물을 미생물이 분해해 퇴비로 만드는 방법이다.

 

이 방식은 주로 하수 처리장에서 발생한 슬러지나 농업용 슬러지에 적용되며, 토양 개량제로 활용된다. 퇴비화 과정은 호기성(산소가 있는 환경)에서 미생물이 슬러지 내 유기물을 분해해 영양이 풍부한 퇴비를 만들어낸다.

 

 

또는 슬러지를 물리적 또는 열적으로 건조시켜 비료나 토양 개량제로 사용하는 방법도 있다. 주로 인(燐)과 같은 영양분이 포함된 슬러지에 적용되며, 건조된 슬러지는 농업용 비료로 사용된다. 또한, 특정 슬러지의 경우 중금속과 같은 유해 성분을 처리해 안전하게 사용할 수 있다.

 

슬러지 중 무기물과 소각 후 남은 재는 시멘트 제조의 원료로도 사용할 수 있다. 슬러지에는 실리카, 알루미늄, 칼슘 등이 포함되어 있어 시멘트의 원료로 적합하다. 또한, 건축 자재, 도로 포장재 등의 재료로도 재활용할 수 있다.

 

[정리=최봉 산업경제 전문기자]

 

 

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◀ 유종민(Yu, Jongmin) 프로필 ▶ 미국 일리노이대 응용경제학 박사 / 서울대학교 경제학 학사 / 홍익대학교 경제학부 교수 / 미국 포틀랜드 주립대 겸임교수 / 환경부 배출권 할당심의위원회 위원 / 한국수출입은행 외부사업 자문위원 / (전) 자본시장연구원 연구위원 / (전)한국은행 조사역 / (전)국무총리실 녹색성장위원회 위원 / (전)기획재정부 뉴딜실무지원단 자문위원 / (전)환경부 중앙정책심의위원

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