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[바이오디젤의 천연자원 “피마자”]

[1. 바이오디젤 원료의 배경]

친환경 에너지로 현재 가장 많이 사용되고 있는 바이오디젤은 다양한 동,식물성 유지로 만들어 지고 있다.

사람들이 먹을수 잇는 식용 유지, 팜유, 대두유, 유채유, 해바라기기름, 폐식용유등등

모든 식용 기름에서부터 버려지는 동물성 지방에서 나온 유지조차 바이오디젤의 원료로 사용되고 있다

그러나, 석유의 생산량과 소모량에 비해서는 터무니 없이 적은 량으로 석유 자체를 대체하기 보다는

그래도 섞어쓰면서 조금이라도 환경적인 문제를 해결 해 보려는 노력을 하는 것이다.

이러한 바이오디젤이 초창기 1세대, 식용 동, 식물성 유지에서 제조를 시작하였지만,

수요가 늘어남에 따라 2세대, 비식용 동,식물성 유지를 화학적 반응을 거쳐 바이오디젤을 만들어 사용하고 있으며,

더 나아가 3세대, 미세조류를 대량 양식하여 유지를 추출하거나,

쓰레기를 먹어서 분해하는 곤충을 키워 그 곤충의 지방성분으로 바이오디젤을 제조하는 단계 까지 이르렀다.

물론 현재 대부분의 바이오디젤 생산량은 아직 1세대의 원료활용에 집중하고 있다

그러나, 많은 수요가 예측되고 경제적 가치가 상승함에 따라

2세대 비식용 동식물성 유지의 활용에 점점 상용화 과정이 현실화 되고 있다.

[2. 피마자 란 어떤 식물인가] 

"이런 비식용 식물성 유지 원료중에 이번에 다룰 내용은 “피마자” 이야기"

피마자(문화어: 피마주) 또는 아주까리라고 불리는 대극과에 속하는 한해살이풀이다.

피마자속에 피마자 1종만 있다.

인도·소아시아·북아프리카 원산으로 원산지에서는 여러해살이풀이다.

우리나라에서도 시골에가면 많이 자라고 있었으며, 1년생으로서 그 씨앗으로 여러 가지 약재를 생산하고 있었다

피마자/아주까리는 재배품종이 많은데 식생이나 형태는 개체에 따라 크게 차이가 난다.

어떤 것은 다년생으로 작은 나무 크기인가 하면, 어떤 것은 아주 작은 일년생이기도 하다.

잎 모양과 색도 다양하며 육종가들이 관상용으로 키우기도 한다.

온대지방에서는 일년생 초본식물이지만 열대지방이나 지중해성 기후에서는 다년생 초본식물이다.

온대지방에서는 2-3 m 남짓까지 자란다.

줄기는 납질로 덮였고 속은 비었다.

줄기에는 마디가 20개 내외로 있는데, 각 마디에는 긴 잎자루가 있는 잎이 어긋난다.

키가 2 미터 정도로 크게 자라고, 잎은 어긋나며 손바닥 모양이다.

줄기는 속이 비어 있다. 꽃은 8~9월에 노란색으로 피고, 열매는 겉에 가시가 있고 안에 씨 세 개가 들어 있다.

씨에는 얼룩무늬가 있는데, 이 씨로 기름을 짠다.

피마자 씨 에는 리친(RICIN/리신, 라이신)이라는 독성 단백질이 포함되어 있다.

독성이 있어 씨앗 20알 정도면 성인 치사량이다.

먹고 짧게는 몇 시간, 길게는 사흘 안에 증상이 나타나는데,

제대로 치료하면 완전히 회복할 수 있지만 치료하지 않으면 3-5일 내에 사망에 이를 수도 있다.

아주까리는 야생에도 흔하여 주변에서 쉽게 구할 수 있고

매우 독성이 강해서 암살이나 독살 범죄에 자주 사용되곤 한다.

그래서 미국 등지에서는 아주까리를 재배하려면 허가를 받아야 한다.

단, 기름을 짤 때 열을 가하면 독성이 모두 사라지므로 사용 피마자유는 안전하다고 할수 있다

피마자 씨앗에는 대부분의 씨앗의 지방 성분 보다 많은 34~58%의 유지가 들어 있으며,

불건성유이고 점도가 매우 높으며 열에 대한 변화가 적고 응고점이 낮다.

이 기름을 짜내어 우리는 피마자유(캐스터오일/Castor Oil)라고 하며 다양한 용도로 사용하였다.

기원 전 2000년 무렵부터 인도에서는 피마자 씨 기름을 등불의 기름으로 썼으며,

설사약으로도 사용하고, 포마드, 인주, 공업용 윤활유, 인조기죽과 페인트 니스를 만들거나,

프린트 잉크 제조에도 사용하였다.

피마자유는 높은 온도에서도 잘 분해되지 않고 낮은 온도에서도 굳지 않고 점도를 유지하므로

현대에는 우수한 공업용 윤활유나 브레이크액 등 유압오일로도 널리 쓰인다.

공기 중에 오래 두어도 굳어서 마르거나 산화되지 않기에

기계 윤활유 화장품이나 산화방지제나 식품보존제 등 다양한 공업 용도로 이용된다.

우리에겐 익숙한,

이상화 시인이 쓴 <빼앗긴 들에도 봄은 오는가>에

"아주까리 기름을 바른 이가 지심 매던 그 들이라 다 보고 싶다." 하는 싯귀가 있기도 하다.

기름을 짜고 남은 찌꺼기도 질 좋은 유박 비료로 사용할 수 있다.

이 유박 비료는 식물 영양이 풍부하고 냄새도 나지 않고 가격도 비교적 싼 매우 좋은 유기농용 비료지만,

사람이나 동물에는 치명적인 리친(RICIN/리신, 라이신)이 들었기 때문에 도시 화단 등에서 사용하려면 주의해야 한다.

[3. 피마자유의 바이오 연료화]

현재 전 세계적으로 매년 피마자유 200만 톤을 사용할 만큼 대표적인 공업용 유지이며,

세계 피마자 생산량은 인도, 중국, 브라질 순으로 많이 생산된다.

피마자유의 국제 가격은 보통 킬로그램당 0.9달러 남짓으로 콩기름의 3배쯤이다.

세계 총 생산량 중 90% 이상을 인도에서 생산한다.

피마자유의 산업적 경제적 가치가 높아지며 북미지역에서 생산량을 늘리고 있고

원래 병충해에도 강하며 비료를 주거나 큰 농업기술이 필요치 않고 재배가능 지역이 넓어 점점 생산량이 늘어나고 있다

이러한 피마자유를 바이오디젤 원료로 사용한다면,

비식용 식물의 유지사용 측면에서 세계식량 가격에 영향을 주지않고 친 환경바이오 연료 생산량을 늘릴수 있는

좋은 선례가 될것이라고 생각한다.

사실 팜유, 대두유 등 식용 기름으로 바이오디젤을 만들어 그 수요가 늘면

결국 식용기름의 가격이 오르는 부작용이 수반 되기 때문에

함부로 바이오디젤 생산량을 늘리지 못하는 원인이 되기고 한다.

피마자 기름으로 바이오디젤을 만들 수 있는 기술적인 문제는 이미 검토가 끝났다.

피마자유의 기본적인 속성을 보면

유리지방산(FFA) : 0.264%

밀도(DENSITY) : 962.8

비중(Specific Gravity) : 0.9628

열량(Calorific Value) : 35,684

점도(Viscosity) : 109.53

발화점(Fire Point) : 335℃

인화점(Flash Point) : 298℃

혼탁점(Cloud Point) : 15.8℃

피마자유를 메탄올과 KOH 촉매를 사용하여, 에스테르 교환하여 얻은

피마자유의 메칠에스테르는 점도, 산가, 밀도, 인화점 등이 기존의 디젤과 유사하다.

또한 피마자유는 용해성이 좋아 가열없이 반응을 진행 할수 잇다.

바이오디젤의 화학적 명칭이 FAME(Fatty Acid Methyl Ester)라고 하며

유지와  촉매 하에서 에스테르 반응하여 생성시키는 물질로서,

이미 식용이던 비식용이던 기술적 문제는 모두 해결 된 상태이다.

물론 원료에 따라 사전 처리 과정이 차이는 있지만,

큰 틀에서는 무리없이 바이오에너지로 만들 수 있는 기술력은 이미 검증이 되어 있는 상태이다

더욱이 한가지 유지가 아닌 다양한 원료를 섞어서 부족한 물량을 채워서 바이오디젤 제조를 한다고 하여도

화학적 공정에 대한 문제는 이미 다 검토 되었다고 본다.

"문제는 식물성유지의 원자재 생산량이다"

시골 길가나 개천 변에 아무렇지 않게 자라고 있던 피마자도 이제는 소중한 환경 지원이며,

열대지방으로 갈수록 다년생으로 생산량을 늘릴수 있는 요소가 많아 다시한번

눈여겨 봐야할 환경 작물 중 하나이다