| [미국] 원료 개발을 통한 셀룰로오스 바이오연료 수요 충족
국가별로 증가하고 있는 에너지 수요를 충족하기 위해 셀룰로오스 바이오연료(Cellulosic Biofuel)의 필요성이 확대됨에 따라 과학자들은 잠재력 있는 공급원료와 대체 자원이 배출하는 온실가스 영향에 대해 연구하고 있다. 이와 관련하여 텍사스 A&M 농업생명연구소(Texas A&M AgriLife Research)는 BioEnergy Research 저널에 연구결과를 발표하였다. 연구 논문은 미 남서부 지역에 풍부한 메스키트(Mesquite)가 바이오연료의 공급원료 역할과 온실가스 배출 영향을 고려했을 때 전체 그림에 얼마나 잘 어울리는지를 설명하고 있다.
이번 연구는 `Economic and Greenhouse Gas Efficiency of Honey Mesquite Relative to Other Energy Feedstocks for Bioenergy Uses in the Southern Great Plains`라는 연구를 기반으로 하고 있다. 농업생명연구소의 Seong Park, Tong Wang, Jim Ansley 박사 등은 이번 연구를 수행하였다. Park 박사는 바이오에너지 공급원료는 가스나 석탄과 같은 화석연료를 대체함으로써 온실가스 배출을 상쇄한다는 의미에서 그 중요성이 점차 확대되고 있다고 밝혔다.
그 동안 미 연방정부는 바이오연료 산업에 중요한 역할을 담당해왔다. 대표적인 예로서 재생가능연료의무화(Renewable Fuel Standard, RFS)가 확대되었다는 점이다. 그리고 에너지 자립 및 안전보장법 2007(Energy Independence and Security Act of 2007)은 2020년까지 연간 160억 갤런 이상의 셀룰로오스 바이오연료와 150억 갤런에 달하는 옥수수 전분 에탄올(Corn Starch Ethanol)을 사용하는 것을 규정하고 있다. 또한 바이오연료는 생애주기 온실가스 배출 절감의 관점에서 검토되고 있기도 하다.
옥수수와 같은 곡물 기반의 바이오연료가 초기에는 유망할 것으로 예상되었으나 화석연료 보다 많은 온실가스를 배출할 수 있다는 다수의 우려가 있다. 또한 곡물 기반의 종을 재배하는 일은 오갈라라 대수층(Ogallala Aquifer)이나 다른 수자원의 고갈을 가속화할 수도 있다. 연구진은 이러한 문제의 대안으로서 메스키트를 고려하였으며, 이들의 경제성 및 온실가스 효율성에 대해 관개(Irrgated) 및 건조 토지에서 재배된 단수수(Sweet Sorghum)와 건조 토지에서 재배된 스위치그라스(Switchgrass)에 각각 비교평가하였다. Park 박사는 메스키트의 높은 에너지밀도에도 불구하고 지역 단위당 메스키트의 생산 가치는 다른 공급원료 보다 낮은 것으로 나타났기 때문에 완전한 대체는 어려울 것이라 설명하였다. 그렇지만 메스키트는 총 바이오매스 수요를 충족시킬 수 있는 보완적인 공급원료로서 적합하다고 덧붙였다.
Wang 박사는 "연구결과에 따르면 바이오매스와 에너지 효율을 고려했을 때 메스키트는 스위치그라스 대비 약간 뒤처지는 것으로 나타났다. 그러나 메스키트는 온실가스 상쇄 효과 및 온실가스 활용 효율 면에서 모든 공급원료 대비 우수하다. 메스키트를 제안했을 때 가장 안좋은 시나리오 하에서도 여전히 효과가 있을 것으로 예상된다"고 밝혔다. Park 박사는 가축방목을 위해 풀(Grass) 사료 증가나 메스키트 조절을 위한 기계적 제거 과정이나 제초제 사용 비용 등을 절감하는 것과 같은 추가적인 혜택들이 고려된다면 메스키트는 바이오연료의 공급원료서 훨씬 큰 가능성이 있다고 설명하였다. 그는 "메스키트를 공급원료로 사용 시 가장 큰 단점은 다른 원료보다 단위 면적당 연간 생산량이 적다는 것"이라고 덧붙였다. 그러나 비료, 관개 및 제초 비용이 필요하지 않으면서, 연중 지속적으로 수확이 가능하며, 건조수분함량 등은 비용 및 탄소 효율 개선에 도움이 된다. 따라서 Park 박사는 메스키트의 가능성을 보다 잘 예측하기 위해서는 추가적인 연구가 필요하다고 주장하였다.
향후 연구에서는 공급원료 수확에 있어 최적 방안 및 방목장의 물류 공정을 결정하기 위해 지리정보시스템 기반의 의사결정 지원 시스템을 개발하는데 집중할 것이다. 그리고 다른 연구를 통해 생태시스템 회복 속도, 수력학적 영향, 생태학적 및 경제학적 지속가능성을 결정할 수 있을 것이다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 8월 8일]
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Mesquite a complementary biofuel feedstock
As requirements grow for use of cellulosic biofuels to meet the energy needs of the nation, researchers look at potential feedstocks and any effects these alternative sources may have on greenhouse gas emissions.
A recent Texas A&M AgriLife Research study will be published in the BioEnergy Research journal, outlining how mesquite, growing in abundance in some regions of the southwest, could fit into the overall picture.
The paper is based on the study "Economic and Greenhouse Gas Efficiency of Honey Mesquite Relative to Other Energy Feedstocks for Bioenergy Uses in the Southern Great Plains."
The AgriLife Research team conducting the study included Dr. Seong Park, economist; Dr. Tong Wang, a post-doctoral researcher; and Dr. Jim Ansley, rangeland ecologist, all in Vernon. They were joined by Dr. Steve Amosson, Texas A&M AgriLife Extension Service economist in Amarillo.
Bioenergy feedstocks have been promoted globally as potential means to offset greenhouse gas emissions by replacing fossil fuels such as gas and coal, Park said. In the U.S., federal support has played a key role in the biofuel industry. Examples include the Renewable Fuel Standard, established with the Energy Policy Act of 2005, and later expanded.
The Energy Independence and Security Act of 2007 stipulates the annual use of at least 16 billion gallons of cellulosic biofuels and a cap of 15 billion gallons of corn starch ethanol by 2022, Park said. In addition, biofuels are being examined from the standpoint of lifecycle greenhouse gas emission reductions.
Despite the initial promise of grain-based biofuels, such as corn, there have been a number of concerns that grain-based biofuel may generate even higher greenhouse gas emissions than fossil fuels, he said. Planting grain-based species could also accelerate the depletion of the Ogallala Aquifer or other scarce water resources.
The AgriLife Research study evaluated the economic and greenhouse gas efficiencies of honey mesquite compared to irrigated and dryland sweet sorghum and dryland switchgrass, Park said.
Despite its higher energy density per pound, mesquite production values on a per-land area basis are lower than other feedstocks observed in this comparison and therefore could not replace them entirely, he said. But, mesquite appears to be suitable as a complementary feedstock to contribute tototal biomass demand.
"Our results suggest that mesquite lagged slightly behind switchgrass when the biomass and energy efficiency were considered," Wang said. "However, mesquite appeared superior to all the feedstocks in two categories – greenhouse gas offset efficiency and greenhouse gas use efficiency once land-use change effects were accounted for."
She said the study results are "pretty robust as they still hold true in the worst scenario proposed for mesquite."
Park said mesquite has even greater potential if additional benefits such as increased grass production for livestock grazing and reduction in herbicide or mechanical removal costs for mesquite control are considered.
"The biggest negative is lower biomass production per acre per year for mesquite compared to other feedstocks," he said.
However, features such as no fertilizer, irrigation or weed control costs; the unlimited re-harvest potential every 10-12 years; the ability to harvest year round; and a dry moisture content all help costs and improve carbon efficiencies.
Additional studies are needed to put mesquite's potential into perspective, Park said. Future research areas could focus on developing a landscape scale, GIS-based decision support system to determine optimum feedstock harvesting and processing logistics on rangelands.
Other potential studies heoutlined could determine the rate of ecosystem restoration, hydrological impact, and ecological and economic sustainability of woody harvest, as well as compare these fuels on regional water use and water use efficiencies.
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