홍지형 순천대학교 명예교수

[환경일보] 우리나라 2020년은 자원순환 정책 대전환의 첫해로서 폐기물 재활용 제도를 근본적으로 개선한다. 폐기물 발생량은 해마다 늘고 있다. 하루 발생량은 약 45만 톤으로 비목재고수분 폐기물 바이오매스(음식쓰레기, 축분, 하수슬러지), 그린 폐기물, 폐플라스틱, 의료폐기물과 건설폐기물 등에서 배출량이 증가하고 있다.

축분, 하수슬러지, 음식쓰레기, 그린 폐기물, 농산가공폐기물, 그린하우스 농업폐기물 등의 비목재 폐기물계 바이오매스는 퇴비와 액비, 퇴비발효열, 바이오가스 등의 생화학적 분해로 비료와 바이오에너지로 활용됐으나 온실가스와 악취가스 발생, 퇴비 수요공급 불균형, 혐기성 발효, 소화액 재활용 등 여러 가지 문제가 발생한다.

이에 열화학적 분해로 변환하는 지속가능한 탄화 바이오매스 에너지 자원을 리사이클 하는 방식이 세계적인 추세로 나타나고 있다.

탄화기술을 중심으로 하는 폐기물 에너지 자원순환 기술은 수열탄화, 탄화, 가스화 등의 열화학적 열분해 기술로 고형, 액상 및 가스 상태의 탄화 바이오매스(바이오탄)가 생산된다. 지역분산형 바이오에너지 및 지역 환경개선 자원으로 리사이클이 가능하다. 지역 농촌토양과 수질복원 및 화력발전소에 탄화 바이오매스 활용이 가장 바람직하다.

바이오탄은 토양 통기를 증대해 토양수분 보유를 올리고 퇴비화 파일에 용적 밀도를 저감시켜 미생물 군집 형성에 영향을 준다. 퇴비에 첨가된 바이오탄은 토양 미생물 활동을 증대해 토양 중 농약의 생물학적 분해를 촉진시킨다.

농약 공해는 글로벌 공해이다. 농약 사용에 엄격한 규제와 친환경 생산물 공정이 필요하다. 이러한 공해 물질은 바이오탄으로 회복이 가능해 토양에 바이오탄 활용은 폐기물 관리, 탄소격리, 바이오에너지 생산, 토양비옥도 증가 등 잠재적 가치가 크기 때문에 바이오탄 활용은 환경과 농업에서 지속적인 평가가 필요하다.

농약에 바이오탄 첨가는 토양 지력 증대, 토양 통기성 개선, 미생물 생장 서식지 제공 등의 효과로 대사활동과 농약 분해에 미생물 군집을 증가시킨다. 바이오탄은 탄소 재료로 수분 보유용량이 높은 다공성 재료로서 통기 조건을 개선해 미생물 생장에 적정조건을 제공하고, 토양 개량제로서 토양 성질 변화를 유도해 토양비옥도 향상, 작물 수율 증가, 탄소배출 저감, 척박한 농경지의 농약 회복에 중요한 역할을 한다.

비목재고수분 폐기물 탄화 바이오매스 시장은 해마다 커지고 있다. 바이오탄 주요 시장은 화력발전소 탈석탄용 탄화연료로 인해 수요가 늘고 비료, 가축 사료, 건축재료, 퇴비화 첨가제, 오수 정화제 및 토양개량제 등으로 활용된다. 지방자치단체에서 발생하는 축분, 하수 슬러지, 음식쓰레기 등을 반탄화해 환경오염을 제거하고 동시에 지역 바이오에너지를 생성하는 데 리사이클이 가능하다.

비목재고수분 폐기물계 바이오매스를 친환경 고효율 에너지자원으로의 전환은 펠릿화 된 폐기물 바이오매스를 250~300℃에서 15~20분간 반탄화 하면 발열량, 에너지 수율, 부피, 발열량, 분쇄성, 소수성, 이송과 저장성 등이 향상되며 소각 시 대기 질이 양호하다.

폐기물 바이오매스 고밀화(펠릿화와 반탄화) 공정변수로서 수분, 입자크기, 성분 및 공정 기계의 특정 매개변수 등은 바이오탄 재료에 상당한 영향을 미치고 있고, 저장, 취급, 운반 및 사업화에 대단히 중요하다.

우리나라는 축분, 하수 슬러지, 음식쓰레기, 그린 폐기물, 그린 하우스 농업폐기물 등의 반탄화 바이오매스 신재생에너지 시스템에서 폐기물 바이오에너지 자원화에 탄화 바이오매스 전문환경 산업체의 친환경 순환농축산업 및 바이오탄 생산의 첨단기술 적용에 홍보 활동이 중요한 사회적 이슈로 부각하고 있다.

비목재고수분 폐기물계 바이오매스 반탄화 처리와 탄화 바이오매스의 생산과 이용은 탈석탄 탄화연료와 환경정화제로 환경과 농업의 경제적인 측면에서 큰 도움을 준다.

축분, 하수 슬러지, 음식쓰레기 등의 높은 수분을 가진 폐기물 바이오매스와 그린하우스 농업폐기물, 가로수와 아파트에서 발생하는 폐기물 등을 혼합한 펠릿화와 반탄화에서 얻어진 탄화 바이오매스는 단순히 탈수해 만든 건조탄에 비해 열화학적 특성이 우수하다.

또, 연소 시 미세먼지와 온실가스 배출을 억제하고 농약에 오염된 토양복원과 지하수 오염을 방지해 지역 환경 개선사업에 크게 도움 된다. 동시에 지역순환 농업과 지역분산형 에너지화 사업에 미치는 영향이 커 지역 환경 개선과 지역순환 농업과 경제 발전이 지속적으로 가능하다.

폐기물 바이오에너지 생산을 위한 탄화 바이오매스 생산과 이용은 탈석탄 그리고 환경과 농업에 위험을 완화한다. 비목재 폐기물 바이오매스 재료 선정, 화학적 기계적 전처리, 펠릿화 변수 등이 탄화 바이오매스 품질에 큰 영향을 미친다. 다양한 폐기물 바이오매스로부터 바이오탄 생산과 이용은 기존 기술에 도전과 기회가 열려있으며, 에너지 절약형 탄화 바이오매스 환경산업기술 연구개발과 동시에 바이오탄 비즈니스 모델 개발에 제도적 지원이 필요하다.

<글 / KOITA 및 KASSE 홍보대사 겸 순천대 명예교수 홍지형>

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