폐기물을 연료로 전환시키는 폐기물 에너지화 기술

폐기물 에너지화(Waste to Energy, WTE) 기술이란 폐기물

을 에너지 공급에 사용할 수 있는 다양한 연료로 전환시키는

기술을 의미한다. 폐기물에는 도시고형폐기물(Municipal Solid

Waste, MSW), 건설폐기물, 사일리지(silage), 가축 분뇨 등과 같

은 농업폐기물, 산업폐기물, 그리고 매립지에서 발생되는 가스

등이 있다. 이러한 폐기물을 이용하여 다양한 처리과정을 통해

고형연료, 바이오가스나 합성가스로의 전환, 소각을 통한 스팀

및 열 등과 같이 다양한 형태의 에너지를 얻을 수 있다. 연료를

생산하는 폐기물 에너지화 기술은 협소의 의미로 폐기물 연료

화 기술이라고 할 수 있는데 바이오가스(메탄 및 이산화탄소),

합성가스(수소 및 일산화탄소), 액체 바이오연료(에탄올 및 바

이오디젤) 또는 순수 수소 등을 생산하기 위해 첨단 폐기물 연

료화 기술이 사용되고 있다. 폐기물 에너지화를 위해 이용되는

기술은 크게 물리적, 열적 그리고 생물학적 방법으로 나뉜다.1)

하지만 국가별로 환경, 정책 등에 따라 사용되는 용어 및 그

엄밀한 정의가 조금씩 차이가 나는데, 국내의 경우 “신에너지

및 재생에너지 개발·이용·보급촉진법”에 따르면 폐기물 에

너지란 ① 각종 사업장 및 생활시설의 폐기물을 변환시켜 얻어

지는 기체, 액체 또는 고체의 연료, ② 제1호의 연료를 연소 또

는 변환시켜 얻어지는 에너지, ③ 폐기물의 소각열을 변환시킨

에너지로 정의된다.2)

폐기물 에너지화 기술

시장 급속히 성장할 엄청난 잠재력 보유

기술사업화분석실 책임연구원 배국진 Tel: 02-3299-6063 e-mail: baekj@kisti.re.kr

Vol. 4 Issue5 KISTI MARKET REPORT 3

OM

EGA-3 FATTY ACID

신재생에너지

폐기물 에너지화술 기술이란 가연성 폐기물,

유기성 폐기물, 매립가스, 산업 폐가스 등을

열화학적 또는 생물학적 방법 등으로 열, 전력,

연료 등으로 에너지화하는 기술을 의미한다.

폐기물 에너지화 기술 종류

생물학적 방법

열적 방법

폐기물 에너지화 기술 물리적 방법 고형연료(RDF, Refuse-Derived Fuel)

발효

메탄 포획/매립가스

연소

열분해

가스화(열적)

가스화(플라즈마 아크)

1 ) LuxResearch, “Cleantech Report”(2007)

2) 에너지관리공단 신·재생에너지센터, “신·재생에너지 보급통계 2012”(2013)

신재생에너지

최신 기술과 대형화로 미래 시장 견인

Technavio사 자료3)에 따르면 전 세계 WTE 기술 시장은

2012년에 253.8억 달러였으며 2016년에는 312.6억 달러 규모

(CAGR 5.35%)로 성장할 것으로 예상된다. 이러한 성장은 크게

전통적 에너지원을 이용한 전력 생산의 비용 증가의 영향으로

이루어질 것으로 예상된다. 전력생산회사들은 보다 저렴한 전

력 생산 방법을 찾고 있기 때문에 전력 생산 원료로 폐기물을

사용하는 것이 주요 대안 중 하나가 될 수 있기 때문이다.

지역별로 살펴보면 중동, 아프리카를 포함한 유럽지역

(Europe, Middle East, Africa : EMEA)이 가장 큰 시장을 형성하

고 있으며, 그 다음으로 APAC 지역이 큰 시장을 형성하고 있

다. 아래 그림에서 보듯이 2012년 기준으로는 EMEA 지역의 시

장 비중이 가장 크지만, 2016년에는 중국, 인도 등의 시장 성장

을 바탕으로 APAC 지역의 비중이 가장 클 것으로 예상된다.

적용되는 기술형태별로 시장을 살펴보면 2012년 기준으로

열적 WTE 기술 분야가 시장에서 가장 큰 비중을 차지하고 있

다. 열적 WTE 기술 분야는 전체 시장의 84.8%를 차지하고 있

으며 금액으로는 215.1억 달러에 달한다. 2016년에는 전체 시장

에서 81.9%로 비중이 소폭 감소하지만, 규모면에서는 256.1억

4 Vol. 4 Issue5 KISTI MARKET REPORT

전 세계 WTE 기술 시장은 2012년 253.8억 달러

였으며, 2016년에는 312.6억 달러 규모

(CAGR 5.35%)로 성장할 것으로 예상된다.

3) Technavio, “Global Waste to Enegry Technologies Market 2012-2016”(2014)

WTE 기술의 세계 시장 규모

350

300

250

200

150

50

0

100

253.8 267281.2

296.3 312.6

(단위: 억 달러)

지역별 WTE 기술 세계 시장 비중

60

50

40

30

20

0

10

EMEA APAC 북미 기타지역

2012 2016

(단위: %)

WTE 기술형태별 세계 시장 규모 WTE 기술형태별 세계 시장 비중

(단위: 억 달러) (단위: %)

300

215.1

256.1

20.7 31 18 25.5

250

200

150

100

0

50

열적 WTE 생물학적 WTE 물리적 WTE

2012 2016

100%

80%

60%

40%

20%

0%

열적 WTE 생물학적 WTE 물리적 WTE

7.18.1

84.8

7.58.5

84.0

7.89.0

83.2

8.09.5

82.5

8.29.9

81.9

폐기물 에너지화 기술

달러 규모로 성장할 것으로 예상된다. 생물학적 WTE 기술과 물

리학적 WTE 기술은 2012년 기준으로 각각 20.7억 달러(8.1%),

18억 달러(7.1%)를 차지하였으며, 2016년에는 각각 31.0억 달러

(9.9%), 25.5억 달러(8.2%) 규모로 성장할 것으로 예상된다.

열적 방법 중 가스화 기술을 포함한 연소 기술(화격자 및 유

동층 방식 연소)을 중심으로 분석한 Frost&Sullivan사 자료4)에

따르면 분석대상 범위의 차이 등으로 인해 Technavio사 분석

내용과 시장 규모예측에서 다소 차이는 있지만 큰 틀에서 유사

한 경향을 보이고 있다. 전 세계 연소기술 기반의 WTE 플랜트

시장은 2009년 약 148억 달러에서 2016년 약 286억 달러 규모

로 성장(CAGR(2012-2016) 12.3%)할 것으로 예상된다. 좀 더 상

세히 분야별 및 공정별 시장규모를 살펴보면 다음의 표와 같

다. 2012년 이후는 플랜트 효율성 증대 및 대기오염 관리 강화

필요에 따른 최신 기술의 채용 및 대형화 추세를 반영한 신규

플랜트 건설 증가가 시장을 견인할 것으로 예상된다.

지속적인 연구개발 투자가 필요한 폐기물 에너지화

우리나라의 경우 2012년 기준으로 폐기물 발생량의 6.0% 정

도를 소각으로 처리하고 있다. 생활폐기물은 25.0%, 사업장배

출시설 폐기물은 6.5%, 건설폐기물은 0.5%로 생활폐기물의 소

각 비율이 가장 높다. 2012년 기준 운영되고 있는 생활 및 사업

장폐기물 소각시설은 총 552개소(시설용량 32,130톤/일)이다.5)

2009년 환경부 등 7개 부처·청에서 수립한 “폐자원 및 바

이오매스 에너지화 대책”에 따르면 정부는 2020년까지 가용

가연성 폐기물의 90%, 가용 유기성 폐기물의 36%를 에너지화

하는 목표를 세우고 추진하고 있다. 자세한 내용은 다음의 표

와 같다. 이 자료를 기반으로 하면 2014년 이후 정부 주도로 형

성될 시장만 매년 평균 2,300억원 규모가 될 것으로 예상된다.

“신·재생에너지 보급통계 2012”2)에 따르면 2012년 기준으

로 신·재생에너지 중 폐기물 에너지가 차지하는 비중은 공급

기준으로 약 67.8%, 발전량 기준으로 약 60.2%를 점유하고 있

어 절대적인 부분을 차지하고 있다. 그리고 제6차 전력수급기

본계획에 따르면 폐기물 소각을 통한 발전량 규모는 2013년에

224GWh에서, 2016년 324GWh로 2027년에는 1,549GWh로 5배

Vol. 4 Issue5 KISTI MARKET REPORT 5

4) Frost&Sullivan “Global Waste to Energy Plant Market – Market Fulled by Legislation and Energy Security”(2013)

5) 환경부, “전국 폐기물 발생 및 처리현황(2012년도)”(2013)

WTE 플랜트 분야별 시장 규모(연소기술 기반) (단위: 억 달러, 개)

구분 2009년 2010년 2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년

기존 시설 현대화 42.1 43.1 44,1 45.2 47.0 48.4 50.2 52.2

신규 플랜트 91.4 80.0 48.0 118.3 116.4 124.0 128.6 214.0

운영 및 관리 14.8 15.2 14.7 16.3 16.9 17.5 18.1 19.5

플랜트 수(개) 1,970 1,994 2,011 2,044 2,078 2,106 2,139 2,192

연소기술 기반의 세계 WTE 플랜트 시장 규모

300.0

250.0

200.0

150.0

100.0

0.0

50.0

2009년 2010년 2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년

148.3 138.3

107.4

179.8 180.3189.9 196.9

285.7

(단위: 억 달러)

WTE 공정별 시장규모(연소기술 기반)(단위: 억 달러, 개)

구분 2009년 2010년 2011년 2012년 2013년 2014년 2015년 2016년

대기오염 제어 22.4 21.0 15.8 27.3 27.5 28.9 29.7 42.8

소각 105.4 96.7 72.3 129.2 128.9 136.4 141.8 213.0

선별 5.7 5.4 4.0 7.0 7.0 7.1 7.3 10.4

신규 플랜트 수(개) 43 24 17 33 34 28 33 53

신재생에너지

6 Vol. 4 Issue5 KISTI MARKET REPORT

이상 증가하고, 전체 발전량에서 차지하는 비중은 약 1.7% 정도

를 차지할 것으로 예상된다.7) 우리나라의 경우 환경 및 에너지

수급 측면에서 WTE 기술이 점점 중요해지고 있지만 한국산업

환경기술원 자료6)에 따르면 관련 기술수준 측면에서 최고기술

보유국 대비 66~72%, 기술격차는 6~7년 정도가 존재하여 향

후 국내뿐만 아니라 관련 기업들이 세계시장에서 경쟁하기 위해

서는 정부의 전략적인 지원 하에 지속적인 연구개발 투자가 필

요한 것으로 판단된다.

시장의 저해 요인과 미래 잠재성8)

시장 견인 요인으로는 그린하우스 가스의 배출 억제를 위한

그린에너지 생산 기술 채용의 증대와 같은 법률 및 국가별 특정

규제, 노후화된 WTE 플랜트의 현대화 및 첨단 폐기물 관리 기법

의 도입, MSW 양의 증가와 이를 처리하기 위한 제한된 매립지

확보 및 매립으로 인한 유해물질 2차 오염 방지, 전 세계적인 에

너지 수요 증대 및 에너지 안보의식의 증대 등을 들 수 있다.

시장 저해 요인으로는 폐기물 재활용, 퇴비화, 태양광, 풍력,

원자력 등과 같은 대체 혹은 경쟁기술의 존재, WTE 시설에 대한

님비현상, 높은 초기 투자비 및 운전비용 증대로 인한 폐기물 에

너지화 플랜트에 대한 매력 감소, WTE에 사용할 수 있는 폐기물

종류의 제한 및 분리의 어려움 등과 같은 원료 물질로서 탄력성

부족, WTE 확대를 위한 유용한 유인책 부족 등을 들 수 있다.

WTE 기술과 관련된 시장은 다수의 시장 저해 요인이 존재

함에도 불구하고, 향후 급속히 성장할 엄청난 잠재력을 가지고

있는 것으로 평가된다. 이는 향후 시장에 긍정적인 영향을 미

칠 것으로 예상되는 주요 트렌드에 기인하는데 이러한 트렌드

중 하나는 WTE 플랜트와 수소 생산 플랜트와의 상호 의존성

이 증가할 가능성으로 폐기물을 원료로 사용하여 수소를 생산

하는 분야는 시장 성장이 유망한 것으로 예상되고 있다. 이외

향후 세계 WTE 기술 시장과 관련된 주요 트렌드로는 지속적

인 WTE 기술에 대한 R&D 증가, 탄소 방출 감소를 위한 그린

에너지 생산 기술 채용, 점점 엄격해지는 폐기물 관리 법규 및

규제를 들 수 있다. 이러한 트렌드를 바탕으로 향후 관련 시장

은 꾸준히 성장할 것으로 전망된다.

연도별 폐자원 에너지화 시설 설치 계획6)

(단위: 개, 억 원)

사업구분계 2009~2011년 2012~2013년 2014~2020년

시설수 금액 시설수 금액 시설수 금액 시설수 금액

계계획 123 29,862 37 12,230 53 9,450 33 8,182

실적 19 7,469 19 7,469 - - - -

가연성 폐자원에너지화 시설

계획 42 19,165 14 6,141 13 6,915 15 6,109

실적 4 2,426 4 2,426 - - - -

가연성 폐자원에너지화 시설

계획 32 9,745 9 5,685 12 2,138 11 1,922

실적 8 4,806 8 4,806 - - - -

소각여열회수시설

계획 24 534 4 158 13 225 7 151

실적 1 101 1 101 - - - -

매립가스자원화

계획 25 418 10 246 15 172 - -

실적 6 136 6 136 - - - -

6) 한국환경산업기술원, “폐자원 에너지화 기술동향 보고서”(2013) KISTI 재작성

7) 지식경제부, “제6차 전력수급기본계획(2013~2027)”(2013)

8) Technavio, “Global Waste to Enegry Technologies Market 2012-2016”, 2014. 및 Frost&Sullivan “Global Waste to Energy Plant Market – Market Fulled by Legislation and

Energy Security”, 2013. 자료를 종합하여 KISTI 재작성

WTE 기술과 관련된 시장은 다수 저해 요인이

존재함에도 불구하고, 향후 급속히 성장할 엄청난

잠재력을 가지고 있는 것으로 예측된다.