우리나라에서 연간 발생하는 가축분뇨는 5,000만 톤(2022년 기준), 이 중 87%는 장기간 발효시켜 퇴비와 액비로 활용한다.
그러나 발효까지 60일 이상 소요되고, 특히 장기간 처리과정에서 이산화탄소보다 300배 강한 온실가스인 아산화질소가 발생한다. 게다가 초미세먼지와 악취 원인인 암모니아도 함께 배출하는 문제도 있다.
가축분뇨 퇴비화 과정 개념도. 국립축산과학원 이를 극복할 대안으로 바이오차가 떠오르고 있다.
바이오차(Biochar)는 바이오매스(Biomass)와 숯(Charcoal)의 합성어로, 동물 배설물이나 음식물 찌꺼기 등 유기물을 350℃ 이상에서 열분해해 만든 물질이다. 바이오매스가 토양 미생물에 의해 분해되면 온실가스인 이산화탄소나 메탄이 대기로 배출되는데, 바이오차는 바이오매스에 포함된 탄소의 80%를 가두기 때문에 ‘탄소 감옥’의 역할을 한다.
가축분뇨를 바이오차로 전환하면 아산화질소와 암모니아 배출을 원천 차단할뿐 아니라 공기 중의 탄소를 흡수해 1,000년 이상 가둬놓을 수 있다.
때문에 정부는 바이오차를 축산분야 탄소중립 핵심기술로 선정, 축산농가 분뇨처리 개선과 바이오차 이용 확대를 추진 중이다.
가축분뇨 발생 온실가스 획기적 감소
한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 대기청정연구실 유지호 박사팀이 축산현장에서 가축분뇨를 바이오차로 즉시 전환하는 공정을 개발했다고 25일 밝혔다.
이 공정은 하루 10톤 규모 가축분뇨를 바이오차로 전환할 수 있어 온실가스 감축에 큰 역할을 할 것으로 기대된다.
연구팀이 개발한 MTB(Manure To Biochar) 공정은 축산분뇨의 수분을 20% 이하로 줄이는 탈수 건조 기술이다.
이를 위해 연구팀은 에너지연이 보유한 건조공정, 한국기계연구원(이하 기계연)의 탈수공정, ㈜두리테크의 전처리 공정, ㈜유기산업의 열분해 기술을 모은 통합시스템을 설계, 최적 성능을 구현했다.
MTB 공정 개념도. 한국에너지기술연구원 연구팀은 기계연이 개발한 스크류 유형 고액 분리기로 축산분요의 수분을 60% 이하로 낮췄고, 이때 사용한 에너지는 로터리 킬른 방식 등 기존 공정의 1% 수준으로 낮췄다.
이어 탈수를 거쳐 덩어리 모양으로 분리된 축산분뇨를 ㈜두리테크가 개발한 3단 블레이드 분쇄 장치로 1㎝ 이하 크기로 잘게 분쇄했다.
여기에 에너지연이 개발한 ‘F-COMB’ 건조장치를 이용, 장치 상부에서는 축산분뇨를 낙하하고 하부에서는 열풍을 보내 지그재그로 떨어지도록 하면서 열을 최대한 전달하는 방식으로 단시간에 축산분뇨 내 수분을 20%까지 줄였다.
이렇게 건조된 축산분뇨는 ㈜유기산업이 상용화한 ‘TLUD 열분해 반응기’를 거쳐 바이오차로 만든다.
이 방식은 기존 로터리 킬른보다 전체 에너지 소비량을 10분의 1 이하로 줄일 수 있다.
MTB 공정 개념도. 한국에너지기술연구원 연구팀은 이 공정을 충남 청양군 실증단지에서 하루 10톤의 가축분뇨를 처리할 수 있는 규모로 100시간 운전을 성공적으로 마쳐 상용화 가능성을 입증했다.
특히 연구팀이 개발한 F-COMB 건조장치는 에너지효율, 제작비용, 편의성에서 높은 경쟁력을 갖춰 중국, 호주, 인니 등 친환경 폐기물 처리와 재활용을 추진하는 해외 수요에 부응할 수 있을 전망이다.
유 박사는 “국내 가축분뇨의 대부분은 퇴비가 되며, 이때 발생하는 온실가스와 초미세먼지 원인물질을 저감하는 방안이 없었다”며 “이번에 개발한 공정은 가축분뇨를 현장에서 바이오차로 즉시 전환할 수 있어 저비용, 고효율로 축산 환경문제와 온실가스 배출을 방지하는 핵심 기술”이라고 말했다.
