음식물류 폐기물, 가축 분뇨, 하수 슬러지 등 유기성 폐기물로부터 생산되는 바이오가스는 온실가스 저감이 가능한 대체 에너지원이다. 바이오가스를 연료로 사용할 경우 탄소중립으로 간주되며, 연소 후 이산화탄소를 포집하면 네거티브 배출이 가능하다. 본 연구에서는 바이오가스의 정제 및 고질화, 가스엔진, 가스터빈을 이용한 전기 생산, 매체순환연소(CLC)를 통한 전기 및 스팀 생산에 대한 경제성 분석을 수행하였다. 분석에는 투자비, 운영비, 원료비를 포함하였으며, 제품은 바이오메탄(800원/Nm³), 전기(204.2원/kWh), 스팀(60,000원/톤), 탄소배출권(12원/kgCO₂), 액화 CO₂(25원/kgCO₂)이다. 모든 규모(3, 15, 30 MWth)에서 바이오메탄 직접 판매가 가장 수익성이 높았으며, CLC를 활용한 네거티브 배출은 15 MWth 이상에서 경제성이 확보되었다. CLC가 바이오메탄 직접 판매보다 더 높은 수익을 내기 위해서는, 스팀 가격이 70,000-76,000원/톤 또는 탄소배출권 가격이 80-120원/kgCO₂ 수준까지 상승해야 함을 민감도 분석을 통해 확인하였다.

Biogas, produced from organic waste such as food waste, livestock manure, and sewage sludge, can serve as an alternative energy source that reduces greenhouse gas emissions. Using biogas as a fuel is considered carbon-neutral, and capturing carbon dioxide after combustion enables negative emissions. This study conducted an economic analysis of biogas utilization, covering purification and upgrading, electricity generation using gas engines, gas turbines, and chemical looping combustion (CLC), as well as steam production via CLC. The analysis included investment, operating, and feedstock costs. Evaluated products were biomethane (800 KRW/Nm³), electricity (204.2 KRW/kWh), steam (60,000 KRW/ton), carbon credits (12 KRW/kgCO2), and liquefied CO2 (25 KRW/kgCO2). Direct biomethane sales showed the highest profit at all scales (3, 15, 30 MWth). Negative-emission scenarios using CLC became viable at 15 MWth or larger, with the best result from biomethane-fueled CLC producing and selling steam. For CLC to outperform biomethane sales, steam must reach 70,000-76,000 KRW/ton or carbon credits 80-120 KRW/kgCO2.

Biogas Negative emission Chemical Looping Combustion Economic analysis Sensitivity analysis