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바이오차(biochar)란 무엇인가?

바이오차(biochar)는 유기물을 고온으로 가열하여 생산된 탄소로서, 흑연과 유사한 물질이다.

이러한 과정은 일반적으로 생물질을 산소 없이 가열하는 열분해 또는 소성 과정을 통해 이루어진다.

바이오차는 주로 농림업 및 환경 보호 분야에서 사용되며, 다양한 목적으로 활용된다.

[바이오차의 용도와 특성]

1. 토양 개량제

 바이오차는 토양 개량제로서 사용되어 토양의 생산성을 증가시키고

토양의 건강을 개선하는 데 도움이 된다.

바이오차는 토양 내 물과 영양소의 보유를 촉진하고,

유익한 미생물 활동을 촉진하여 토양 품질을 향상시킨다.

2. 탄소 저장

 바이오차는 생산과정에서 흡착된 탄소를 안정적으로 보관하고 있다.

이를 토양에 추가하여 지구 온난화의 영향을 완화하는데 기여할 수 있다.

3. 폐기물 처리

 바이오차는 농업 폐기물과 유기적 폐기물을 활용하는 데에 사용될 수 있다.

이를 통해 폐기물 처리의 효율성을 높이고 환경 오염을 줄일 수 있다.

4. 물 관리

 바이오차는 토양 내의 물의 흐름을 조절하여 물 관리를 향상시킬 수 있다.

토양의 건조와 물 균형을 조절하여 가뭄과 홍수를 완화하는데 기여할 수 있다.

5. 에너지 생산

 바이오차 생산과정은 열분해 과정으로 열을 발생시킨다.

이 열을 에너지로 활용하는 방법으로 바이오차를 사용하여 에너지를 생성하는 연구도 진행되고 있다.

바이오차는 지속 가능한 농업 및 환경 보호에 대한 관심이 높아지면서 연구 및 응용이 계속 확대되고 있다.

[바이오차 제조 기술]

바이오차는 주로 농업 폐기물, 목재, 부산물 등의 생물질을 고온과 산소 없이 열분해하는 과정을

포함하는 "열분해과정/파이로라이시스(Pyrolysis)"를 통하여 이루어진다.

이러한 과정은 생물질을 탄소가 많은 안정적인 형태인 바이오차로 변환시킨다.

바이오차 제조 기술은 크게 다음과 같은 단계로 이루어진다:

1. 원료 선별

 바이오차 제조 과정은 다양한 생물질을 사용할 수 있으며,

농업 폐기물, 목재, 가축 부산물 등이 일반적으로 사용된다.

이러한 생물질은 품질과 생산량에 영향을 미치므로 선별 및 건조과정이 중요하다.

2. 열분해과정

선별된 생물질은 열분해과정/소성과정/파이로라이시스 과정을 거쳐 바이오차로 변환된다.

열분해과정은 고온(일반적으로 350도 이상)에서 산소가 없는 환경에서 이루어진다.

이러한 환경은 생물질이 완전히 연소되지 않고 일부 탄소가 고정되어 바이오차로 남게된다.

3. 바이오차 처리

 열분해과정으로 생산된 바이오차는 먼지, 잔여 물질 등의 불순물과 분리되어 정제되어야 한다.

4. 바이오차 응용

 생산된 바이오차는 토양 개량제로 사용되기 위해 농경지에 추가될 수 있다.

또한 환경 오염물질 제거, 에너지 생산 등 다양한 분야에서도 활용될 수 있다.

바이오차 제조 기술은 지속적으로 발전하고 있으며,

더욱 효율적이고 경제적인 방법을 개발하기 위해 연구와 혁신이 계속 이루어지고 있습니다.

특히 기후 변화와 환경 문제에 대응하기 위해 바이오차와 같은 친환경 기술의 개발이

중요한 연구 분야 중 하나로 간주됩니다.

[바이오차 사업의 전망]

1. 정부 정책 및 규제

 정부의 기후 변화와 환경 보호에 대한 관심과 노력은 바이오차 산업의 성장에 영향을 미칠 수 있다.

정부의 장기적인 지원과 환경 규제는 바이오차 기술의 보급 및 적용을 촉진할 수 있다.

2. 농업 및 생태계에서의 수요

 바이오차는 농업 및 재생 에너지 산업과 같은 분야에서 광범위한 응용 가능성을 가지고 있다.

토양 개선, 탄소 포집, 환경 오염 제어 등에 대한 수요가 늘어날 경우 바이오차 사업의 전망이 향상될 수 있다.

3. 기술 개선과 경제성

 바이오차 생산 기술과 프로세스의 개선은 생산성을 향상시키고 생산 비용을 낮출 수 있다.

경제적으로 효율적이고 실용적인 바이오차 생산 방법이 개발되면 사업 전망이 더욱 밝아질 수 있다.

4. 국제적인 환경 및 기후 변화 대응

국제적으로 기후 변화 대응과 온실 가스 감축에 대한 약속과 노력이 높아짐에 따라 바이오차와 같은

친환경 기술의 수요가 늘어날 수 있다.

요약하면, 바이오차 사업의 전망은 기술의 발전, 정부 정책 및 규제, 산업 및 농업 분야에서의 수요,

그리고 국제적인 기후 변화 대응에 영향을 받을 것으로 예상된다.

이러한 요인들이 적절히 조합되고 관리된다면 바이오차 산업은

지속 가능한 발전을 이룰 수 있을 것으로 기대된다.

대한민국의 최근 소비빈도의 변화에 따라 커피산업 성장율이 무려 121%로 1인당

커피 소비량이 연 350잔을 넘어, 명실공히 커피 공화국으로 바뀌고 있다.

그러나 커피를 마시는 대다수의 사람들이 모르는 사실은 원두의 약 2%만이 커피를

만드는데 사용되며, 나머지 99.8%는 찌꺼기 쓰레기(커피박/Coffee Waste)로

버려진다는 것이다.

“한 해 발생하는 커피찌꺼기는 약 27만톤”

이는 자동차 약 30만대의 무게와 같은 엄청난 중량인 것이다.

이렇게 발생한 커피찌꺼기, 커피박은 처리비용 및 환경오염 등 다양한 문제를

유발하고 있으며, 무엇보다 그냥 버리기에는 너무 아까운 자원 중 하나이다.

커피박의 바이오매스화(Bio Mass SRF)가 시급한 시점이다

국내에서도 이미 커피찌꺼기 즉 커피박(Coffee Waste)이 대형커피체인점을 필두로

단순한 용기(화분) 제작, 방향제, 비료(토질개선제), 스크럽원료, 재털이 등으로

일부 재활용 되고 있다.

스타벅스에서는 커피박으로 친환경 퇴비를 만들어 지역 농가에 기부하거나 커비박을 활용한 

자원순환사회연대에 참여하여 농가에서 사용할 친환경 커피 퇴비에 필요한 커피박과 퇴비 구입 기금을 지원하고, 

지원받은 농가는 우수한 농산물을 스타벅스에 공급하는 순환방식의 협약을 통해 커피박 재활용 활성화

순환시스템에 참여하고 있다.

그러나, 

단순히 커피찌꺼기를 성형해서 처리하기에는 너무 아까운 재료로서

이미, 영국에서는 그 유명한 빨색 2층 버스가 커피박에서 추출한 기름으로 바이오디젤을 만들고

이를 주요 연료로 사용하여 운용하고 있으며,

커피박 자체가 이미 로스팅(탄화)되어 다른 목재등의 열량(4,388kcal)보다

높은 5,888kcal의 발열량을 가지고 있어

우수한 펠렛제조원으로도 손색이 없다.

이미 영국의 Biobean 이라는 회사에서는 커피박으로 바이오디젤, 바이오에탄올을 생산한 후 나머지로

커피장작을 제조하여 상용 판매 하고 있고,

커피로 유명한 네슬레(Nestle)에서는 우체국을 연계한 커피박 수거 시스템 운영과 커피박으로

전체 공장 가동 공정에너지의 15%를 충당하고 있으며,

Beanergi라는 영국회사는 커피박으로 펠렛을 만들어 실생활에 사용하고 있다

이러한 커피박의 재활용은 연간 발생되는 27톤의 커피찌꺼기의 처리에 필요한 사회적 비용도 330억원을 절약할수 있으며,

탄소배출 및 분진 20% 감소효과 등이 있다

커피박의 바이오메스화 과정을 보면

1차 : 커피원두로 커피를 추출하여 맛과 향의 음료로 판매 : 2%

2차 : 발생된 커피박을 압착 착유하여 바이오디젤 원료인 추출 : 10%

3차 : 오일추출 후 찌꺼기를 발효분해하여 바이오에탄올 추출 : 10%

4차 : 발효후 찌꺼기로 성형 가공하여 커피박 펠렛, 로그 제작 : 75%

의 과정을 거치게 된다

천연자원이 환경적으로 부족한 우리나라에서 이러한 좋은 원자재를 재활용 하기 위해서 커피박 자원화에 대한

법적 기반을 마련하였는데, 2018년 5월 폐기물처리신고자가 동식물성 잔재물을 수집하고 운반할 수 있도록 

폐기물관리법 시행규칙이 개정됐으며, 

바이오 고형연료제품(SPF)으로 제조 가능한 식물성 잔재물 항목에 커피박이 추가되었다,

그리고 2022년에는 커피박이 순환자원으로 지정 되어 더욱 재활용의 전환이 쉽게 되었다.

현재까지의 커피박 처리 및 재활용 기술은 조금 더 구체적이고 경쟁력 있는 연구가 필요한 시점이긴 하나 

진행된 연구를 미루어 봤을 때 커피 찌꺼기를 이용한 친환경 재활용 기술은 경쟁력 있는 

기술로 인정될 가능성이 충분하다고 여겨진다. 

더욱이 커피 찌꺼기는 발생량이 매년 꾸준히 증가하고 있으므로 

이를 처리하고 재활용하는 연구는 꼭 필요하다고 할수 있다

커피박의 상태에 따라 응용 분야가 다양하므로 바이오에너지, 활성탄, 퇴비 등 여러 분야에서 활용될 것을 기대해 본다.

케나프는 땅, 공기, 물, 사람을 모두 살리는 유엔이 지정한 공기정화식물이고 가장 좋은 반려식물이다.

케나프는 철 말고는 모든 것을 만들 수 있는 신이 선택한 인류 최고의 식물이다.

케냐프는 화력발전소를 대체하고, 태양광을 대체할 수 있는 가장 친환경 식물이다.

탄소중립 NET ZERO 운동

특히 “2050년 탄소중립 목표 기후동맹”에 가입하는 등

각국은 지금 배출한 이산화탄소 (온실가스)를 흡수하기 위해서 배출한

이산화탄소의 양만큼 나무를 심거나, 친환경 대책을 세움으로써 이산화탄소 총량을 중립상태로 만들기 위해

다양한 아이디어를 짜 내야 하는 시점에 도달했다.

이러한 상황에서 특이할만 한 대안재로서 친환경 작물인 “케나프(KENAF)”가 세계적으로 관심의 대상이 되는 것이다.

케나프의 특성

케나프(KENAF)는 경제적 가치가 매우 높은 식물로서 각종 산업 전반에 활용되어지고

이로인해 기후위기 대응과 경제적, 공익적 가치를 증진 시키는 식물로서

어떤 기후와 토양에 대한 적응력이 뛰어나고

별도의 비료나 농약을 사용하지 않아도 물로만 재배가 가능한 식물 자원으로서,

성장속도가 빠르고 이산화 탄소 분해능력이 여타 식물보다 5~10배 높을 뿐 아니라

미세먼지 발생을 억제시키는 능력 또한 가지고 있다

.아울러, 케나프(KENAF)재배 지역의 토질 정화 능력이 좋고 수중의 질소나 인산을 흡수하여

물을 정화 시키는 능력도 뛰어나며 생태적 복원사업이 필요한 지역에 심으면 소위 땅심이 살아나는 식물로도 알려져있다.

뿐만 아니라, 가축사료로도 활용이 가능하며,

케나프 줄기를 태운 재는 질소, 인산, 칼리등 비료의 3대요소를 풍부히 함유하고 있어

다른 식물 재배에 친환경 비료로도 사용이 가능하다.

바이오 플라스틱 소재

이미, 해외에서는 케나프(KENAF)를 섬유펄프나 바이오복합소재등의 제품으로 사용하고 있는데,

이는 케나프는 바이오플라스틱의 주성분인 셀룰로이스 함량이 기존의 옥수수(50%)보다 높은 80%에

이른 것으로 밝혀져, 썩는데 500년이 걸리는 플라스틱을 대체할 주요 자원으로 관심을 받고 있다

이와같은 케나프(KENAF)의 실제 사용 사례를 본다면

자동차에서의 케나프섬유 활용 플라스틱은 초기 경량화를 위한 차량 내장 판넬에만 적용하였으나,

최근에는 외부 시각적인 인테리어 부분에도 확장 적용되고 있다.

이미 토요다,BMW,포드 등 세계적인 자동차 회사들이 다양한 용도로 케나프 함유 제품을 사용하고 있다

또한, 음식용기, 전자제품 및 장남감등 플라스틱 제품의 85%가량이

바이오플라스틱으로 대체될것으로 예상되며,

비투명 플라스틱이 케나프(KENAF)함유 플라스틱으로 활용이 가능하다

아울러, 친환경소재활용의 필요성이 나날이 증가하고 있는

가구 및 인테리어 자재의 대체제로서도 케나프(KENAF)는 충분히 활용 가능하며,

절연과 보온기능도 뛰어나 이미 친환경 건축물 자재로서 사용이 급증하고 있다.

기업의 케나프 관심사례

이에, SK 케미칼의 ECOPLAN, 코카콜라 계열의 PLANTBOTTLE, 곡물유통회사 CARGILL의 INGEO,

LG하우시스의 ZIN바닥재, 이케야등

이미 많은 국제적인 대기업 에서 케나프 활용 제품들을 상용화하는 연구 개발을 강화하고 있으며,

친환경 장난감

친환경 유아식기류

 친환경 기저귀

친환경 벽지 및 가루 풀

 친환경 바닥재

 석고보드 대체품

 친환경 인테리어 내장소재

친환경 가구등

앞으로 더욱 많은  친환경적이며 온실가스 배출 감소를 유도하는 케나프(KENAF)응용 제품이 출현 할 것이다.

케나프의 일반적인 특성

케나프(Kenaf, 양마(洋麻))는 서부 아프리카 원산의 무궁화과 1년생 초본식물로

다양한 소재로 활용 가능해 세계 3대 섬유작물의 하나로 꼽힌다.

성장속도가 빠르고 이산화탄소 흡수량이 많을 뿐 아니라

고급 제지 및 친환경 벽지, 건축용 보드, 바이오 플라스틱, 자동차 프레임, 기능성 의류, 숯, 사료,

기름 흡착제, 버섯/식물 재배용 배지 및 바이오 에탄올 생산을 위한 소재용으로 다양하게 이용될 수 있어

최근 세계적으로 크게 주목받고 있다.

우리나라 케나프 적응

우리나라에서도 1960년대에 가마니 대체용 포대(마대) 생산을 위해 케나프 재배 연구가 진행됐으나,

1970년대 초 화학 소재 포대의 등장으로 중단됐다.

최근 다시 케나프 소재에 대한 관심이 고조돼 일부 외국 종자가 수입돼 국내 재배가 시도되고 있지만

수입 품종은 아열대나 열대 기후에서만 개화하는 특성 때문에

국내에서 씨앗을 얻는 게 불가능해 연속 재배에 어려움이 있었다.

그러나

한국 원자력 발전 산하 기관에서 품질개발을 하여 필요에 따른 품종으로 케나프 씨앗을 생산하기까지 이르러

향후 대량 재배에는 문제가 없는 것으로 알려져 있다.

친환경 바이오 소재 및 차세대 사료용 작물로 각광받고 있는

케나프의 신품종이 방사선 돌연변이 육종 기술을 이용해서 국내 최초로 개발돼 본격적으로 국내 농가에 보급된다.

  케나프/양마(Kenaf) 의 장점

  - 서부 아프리카 원산의 무궁화과   식물로 세계 3 대 섬유작물이며 유엔 환경 작물로 지정

  - 빠른 성장속도 : 4~6 개월 내 2m - 6m 높이로 성장한다 (광합성 속도 : 팽나무 5 배 , 노송나무 2.5 배)

  - 단위 경작당 많은 수확량 : 1.2 평 면적당 8 - 10 톤 생산 가능하다

  - 높은 이산화 탄소 흡수 : 타 식물보다 우수한 1.2 평 면적당 10~20 톤의 탄소를 흡수한다(CO2 흡수량이 3~8 배 )

  - 최소한의 수분 공급 , 비료 필요 , 농약 불필요 : 잔류농약 無

  - 아토피 및 알레르기 등 면역 관련 질병에도 효과(칼슘 및 다량의 단백질 , 비타민 등 함유하고 있다)

 유럽, 일본 등 환경 선진국에서 친환경 소재로 개발 및 상용화 진행 중에 있으며, 다양한 약품이나 차 로도 개발 중이다

케나프 섬유의 특성 및 사용대안

[1.외피(Bast)]

       전체 중 30% 비중으로  질긴 고강도 섬유 특성 보유 하여

       친환경벽지 , 건축용 보드 , 바이오 플라스틱 , 자동차 프레임 ,   기능성 의류 , 바이오 에탄올 및 가구 사용

 [2. 내피(Core)]

      부드러운  섬유 특성을 가지고 있으며  전체 중 40% 정도리며, 흡수력이 뛰어나다

      주로,  숯 , 사료 , 기름흡착제 , 식물재배용 배지 및 가축 깔개 등으로 사용

   [3. 이파리(Leaves)]

      전체 중 30% 를 차짛하며  우유 보다 4 배  높은 칼슘 ,조 단백질 , 비타민 및 이온 함유하고있고

다량의 항산화 물질 (Flavonoid,   Polyphenol) 함유 하고 있어 사료나 기능성 식품 및 화장품 소재 등 개발가능하다