[신년기획] ① 한우ㆍ쌀 농가 살리는 '바이오차'...온실가스 저감 등 4마리 토끼를 한번에
[신년기획] ① 한우ㆍ쌀 농가 살리는 '바이오차'...온실가스 저감 등 4마리 토끼를 한번에
  • 김현옥 기자
  • 승인 2023.01.09 06:00
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소분변·유기성 폐기물 초고온서 열분해로 얻는 탄소물질...토지 개량 효과
악취 제거는 물론 벼농사 등 연작 힘든 토양에 비료대체제로 사용 가능
유가영 경희대 교수 '바이오차 통한 자연 순환 농축산업의 미래' 토론회서 밝혀

기후 위기에 대한 국제적 공조로 기업들은 앞다퉈 RE100(renewable electricity) 참여를 선언하고 있다. UN은 ‘Race to Zero’ 캠페인을 통해 각국의 지자체와 기업들이 2050년까지 탄소 제로를 목표로 자발적 노력을 기울여줄 것을 당부하고 있다. 지구온난화를 막고 지속가능한 그린 성장에 대한 각국 정부의 참여가 가속되는 추세다. 

이에 발맞춰 국내에서는 경북 구미시 해평면의 한우 및 쌀 생산농가를 중심으로 추진되고 있는 자발적 탄소저감 활동이 눈길을 모으고 있다. ‘탄소저감해평명품한우·쌀추진협의회’에 속한 농가들은 탄소 중립을 앞당기면서 고품질의 농축산물을 생산해 곧 관세가 철폐되는 수입쇠고기와의 경쟁에서 우위를 차지하겠다는 확고한 의지를 보이고 있다.

국회 김두관, 신정훈의원과 경상북도 주최로 지난달 20일 국회의원회관 소회의실에서 열린 ‘기후위기에 대응한 탄소저감 농축산업의 활로모색-연속토론회’ 1차 토론은 ‘탄소저감을 위한 한우분변처리-바이오차 육성을 통한 한우축산농가의 변신’에 대해 열띤 논의를 벌였다.

탄소저감해평명품한우·쌀추진협의회, 리뉴에너지코리아, 자치분권연구소가 주관한 이날 토론회는 소의 분변이 악취 문제와 함께 지구온난화를 이끄는 온실가스 배출의 주범으로 몰리고 있고, 현재 시행하고 있는 소분변 비료화 정책은 악취는 어느정도 개선될지언정 온실가스 저감에는 별 효과가 없다는 문제 의식에서 시작됐다.

그러나 이날 토론의 주제인 바이오차(Biomass Charchol)는 소 분변과 유기성 폐기물을 초고온에서 열분해해 얻는 탄소 물질로서, 토양 개선에 탁월한 효과를 보이는 것으로 입증돼 벼농사 및 기타 연작이 힘든 토양에 비료대체제로 사용할 경우 자연순환 농법으로 고품질의 농산물 생산이 가능하다는 장점이 부각되고 있다. 

결론적으로 가축분 10만톤으로 바이오차 2만톤을 생산할 경우 온실가스 4만톤을 저감하고 토양탄소 저장 증진 효과까지 있는 바이오차가 농가소득 증대 및 탄소중립의 핵심기술로 주목되고 있다.

이날 토론회에서 발표된 전문가의 견해와 각계 의견을 간추려 소개한다. <편집자 주>

국회 김두관, 신정훈의원과 경상북도는 최근 국회의원회관에서 ‘기후위기에 대응한 탄소저감 농축산업의 활로모색-연속토론회’를 개최하고 온실가스 저감, 토지 개량 효과 등이 뛰어난 '바이오차'에 대해 집중 논의했다.
유가영 경희대 환경공학과 교수
(사진제공=리뉴에너지코리아)

◆ [주제발표] 바이오차를 통한 자연순환 농축산업의 미래= 유가영 교수 (경희대 환경학 및 환경공학과)

바이오차의 역사와 특징

바이오차의 역사는 2천년이 넘는다. 1900년대 초 네덜란드 탐험가가 아마존 유역을 탐험하다가 열대의 토양은 척박하고 유기물이 적어 색깔이 불그스름한데 반해 어떤 지역은 매우 검고 그 위에 자라는 작물들의 생산성이 높다는 것을 발견하고, 그 흙의 이름을 ‘테라트레타’(포르투갈어) 즉, ‘검은 흙’이라고 짓고 그 정체에 대한 연구를 시작한데서 비롯됐다.

‘검은 흙’은 토양 안에 유기물이 많고, 그 유기물을 구성하는 탄소가 다량 함유돼 있다는 것을 의미한다. 탄소는 질소나 인 등 다른 미량 원소들과 단단히 결합하고 있기 때문에 검은 흙에는 양분 또한 많아 작물이 잘 자란다. ①

토양의 중요성
우리나라의 탄소중립 핵심 기술 100선에 ‘토양탄소 저장 증진’이 있다. 토양탄소 저장 증진의 과학적인 의미는 탄소는 대기에서 광합성을 통해 식물로 흡수된 탄소는 식물이 죽거나 낙엽 등의 과정을 통해 토양으로 들어오고 땅 속 미생물의 작용에 의해 다시 대기 중 이산화탄소로 돌아가는 순환구조를 보인다.

토양 안에 저장돼 있는 탄소의 수치가 식생과 대기에 포함되어 있는 양을 합친 것보다도 3배 이상 많다. 이처럼 토양은 탄소를 많이 저장할 수 있는 거대한 저장고인데 환경이 조금이라도 변화되면 다시 대기의 이산화탄소로 빠져나올 수 있는 잠재적인 배출원이기도하다. 그런 의미에서 토양 안에 탄소를 가두어 두는 기술이 새로운 탄소 중립의 기술로 부각되고 있다.

‘4 per mille initiative’ 캠페인은 2015년 파리 기후변화 협약 제21차 당사국 총회(COP21) 때 프랑스 농무부 장관의 제안으로 시작됐다. 우리가 지구의 토양에 존재하는 탄소의 양을 매년 0.4%(4/1000)씩 늘릴 수 있으면 대기의 이산화탄소 증가량을 제로로 줄일 수 있다는 계산에 따라 토양의 탄소 저장을 늘리는 활동을 촉진하는 국제적인 노력이다.

밀폐된 공간에서 나뭇가지나 작물의 찌꺼기 등에 산소 공급과 함께 섭씨 350~800도에서 태워 만드는 숯의 탄소 결정 구조는 다공질인데다 표면적이 넓어서 오염물질을 흡착하고 냄새를 없애는 다양한 기능을 갖는다. 이렇게 결정화된 탄소는 화학적으로 안정된 구조여서 토양에 숯이 들어가면 미생물에 의한 분해가 이뤄지지 않기 때문에 100년 이상 저장되는 장점이 있다.

토양은 탄소를 저장할 수 있는 능력이 있고 실제로 많은 탄소가 저장되어 있는데, 그동안 농경 등 여러 가지 인간의 활동에 의해 줄어들었으므로 다시 복귀하자는 운동이다. 그것이 과학적으로 가능하느냐에 대한 의견이 있지만 토양탄소 저장의 중요성을 전 세계적으로 알린 매우 의미 있는 캠페인이다.

지금까지 제안된 토양 탄소 저장 증진 방법 중 무경운은 봄 가을에 밭을 갈아엎지 않고 작물의 잔사를 그대로 존치시킬 경우 토양탄소 저장량이 약 10~20% 정도 증가되는 농업 활동이다.

또 겨울 동안 녹비 작물 재배하는 경우에도 유기물이 추가적으로 더 들어가기 때문에 토양산소 저장량이 증가되며, 토양 탄소를 많이 가지고 있는 생태계 중 하나인 초지를 지속가능한 관리함으로써 토양탄소 저장량을 증가시킬 수 있는 것으로 보고되고 있다.

탄소 중립 핵심 기술 '바이오차'

이러한 토양탄소 저장 증진의 또 한 방법으로서 최근 바이오차를 농경 토양에 투입하는 전략이 제안되고 있다.

바이오차와 탄소 저장의 원리를 보면, 탄소 중립 사이클 중 토양 속 미생물에 의해 분해될 만한 유기물을 바이오차로 전환 투입함으로써 대기 중으로 빠져나오는 탄소 양을 현격하게 줄일 수 있는 탄소 저감 기술이다.

각 나라별 온실가스 배출량을 보고토록 하는 ipcc(기후변화에 관한 정부간 협의체) 가이드라인은 바이오차의 토양 탄소 저장 증진 효과를 국가 온실가스 인벤토리(inventory, 저장목록)에 넣고 있다.

실제로 일본은 ipcc 가이드라인에 따라 2020년부터 국가 온실가스 이벤토리에 바이오차 투입에 따른 토양탄소 저장량을 포함시켰으며, 탄소 크레딧(J-credit) 제도에 적용하고 있다. 2020년 7월, 대나무 원료 바이오차를 이용해 재배한 채소들에 ‘쿨베지(COOLVEGE)’ 브랜드를 붙여 판매한 것이 첫 탄소크레딧 인증 제품이다.

우리나라는 현재 경동, 누보 등 몇몇 브랜드의 바이오차가 시판되고 있지만, 토양에 바이오차를 투입하는 것에 대해 국가 온실가스 배출 인벤토리에 흡수량으로 산정하고 있지는 않다. 그러나 자발적 온실가스 감축 사업에서 바이오차를 통해 증가된 탄소 1톤당 1만 원 정도의 인센티브가 지급되고 있다.

농축산 분야 온실가스 배출량

2021년 우리나라 농축산 분야 온실가스 배출 비중은 3.2%로 보고됐다. 그중 경종 부분이 55%, 축산 부분이 45% 정도로, 점차 경종 부문 배출은 줄어드는 반면 축산 부문 배출이 늘어나는 추세이다.

‘2050 탄소중립’을 위해 농축산 분야에서 현재 3.2%에 해당하는 온실가스 배출량을 38%(2018년 대비)까지 감축하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 달성하기 위해 경종에서 정밀농업, 적정시비, 토양탄소 저장을 고려하고 있고, 축산에서는 저메탄사료, 적정사육밀도, 축분의 에너지화 등을 고려하고 있다. 뿐만 아니라 유통 및 소비에서도 로컬푸드 확대, 온라인 거래 활성화 등의 전략들이 추진되고 있다.

바이오차의 편익...온실가스 저감 등 4마리 토끼 한번에

경종과 축산에서 바이오차를 활용해 △온실가스 저감은 기본이고 △토양개량 △자원순환 △에너지생산까지 4마리 토끼를 한번에 잡을 수 있다.

첫째, 온실가스 저감 효과의 경우 바이오차에 포함된 탄소는 토양에 들어가도 미생물 분해가 이뤄지지 않아 바이오차를 투입하는 양의 80% 정도는 100년이 지나도 썩지 않기 때문에 그만큼 탄소를 가두어 두고 있다는 뜻이다.

현재 시판되고 있는 목재나 왕겨 등 농업부산물로 만들어진 바이오차의 토양탄소 저장 효과는 바이오차 1톤당 1.25~2.49톤의 이산화탄소를 저장하는 것으로 나타났다.

원료별 바이오차 1톤당 온실가스 저감효과를 비교해 보면 왕겨나 볏집은 1.61톤, 초본류는 1.72톤인데 반해 축산분변은 1.89톤으로 더 크다.

경기도 농업과학기술원이 왕겨 바이오차를 논에 넣고 2년 동안 메탄 방출량을 관찰한 결과 62% 정도 감소되는 것을 확인했다. 또한 밭에 바이오차를 넣지 않은 경우에 비해 바이오차를 넣었을 때 아산화질소 발생이 저감된다는 사실도 밝혀졌다.

결론적으로 온실가스 저감은 바이오차가 갖고 있는 탄소뿐만 아니라 추가적인 온실가스인 논에서의 메탄, 밭에서의 아산화질소 배출까지도 줄일 수 있다.

다음으로 바이오차의 토양 개량 효과, 즉 작물 생산성에 미치는 영향을 실험한 결과 왕겨나 목질계 바이오차를 넣은 토양에서 수분 함량이 높게 유지되는 것을 확인했다. 이는 숯(바이오차) 자체에 물과 비료 성분이 많이 함유돼 있기 때문으로 판단된다.

토양은 밀가루처럼 균질한 입자가 아니라 알갱이들이 덩어리로 뭉쳐져 있는 입단(粒團) 형태여서 안정적 구조인데, 왕겨 바이오차를 투입했을 때 그 입단의 부피가 커짐으로써 더욱 안정화되고 여러 가지 교환에 있어서도 내성이 생기는 것으로 판단된다.

뿐만 아니라 바이오차의 넓은 표면적으로 인해 비료 보유량이 증가됐고, 왕겨든 우분이든 바이오차 투입량이 많을수록 침출이 덜되는 것으로 나타났다. 바이오차는 또 토양에서 납, 카드늄 등의 중금속을 흡착해 독성을 줄이는 역할도 한다.

바이오차에 의해 토양의 생물학적 환경이 좋아진다는 개량 효과도 지렁이가 왕겨 바이오차가 들어 있는 흙으로만 몰리고, 슬러지 바이오차 토양이나 아예 바이오차가 없는 흙은 외면한다는 사실로 확인됐다.

바이오차의 경축순환에서의 역할

축분을 이용해 바이오차를 생산하는 열분해 과정에서 에너지가 생산되면 활용할 수 있다는 점이다. 이처럼 바이오차를 축산에서 깔개나 톱밥 대체용, 농가의 비료대체재로 활용하면 경축(경종과 축산) 순환 구조가 된다.

실제로 유럽 바이오차의 90%는 축산에서 활용되고 있다. 그래서 사료에 바이오차를 혼합할 경우 배탈 감소, 사료 흡수율 향상, 알러지 감소, 그리고 가축이 유순해진다는 연구 결과가 계속 보고되고 있다. 깔개 또는 슬러리에 바이오차를 섞을 경우 악취와 온실가스 배출이 감소되는 것이 발견되고 있다.

마지막 바이오차의 편익으로는 바이오차 생산 과정의 에너지 발생이다. 바이오차 생산 과정, 즉 열분해 과정에서 합성가스(SYNGAS)나 바이오오일 등이 생산되는데, 이를 통해 스마트팜에 전기를 공급하는 정도의 에너지가 나오는 것으로 보고되고 있다.

한편, 바이오차는 원료 물질의 수집, 이동, 처리된 다음 열분해되고 다시 이동되어 토양에 뿌려지는 전 과정에 대한 온실가스 및 탄소 저감 효과를 평가해야 한다. 열분해까지 포함한 전 과정에서 바이오차가 순 탄소를 흡수해 탄소 저감이 진행되고 있는 것으로 판단된다.

바이오차의 가장 큰 걸림돌은 기술 단가다. 전 세계적으로 ipcc에서도 이산화탄소 톤 당 대략 4만~13만 원의 적지 않은 비용인데도 불구하고 이산화탄소 저감 기술로는 단가가 낮은 편이다. 하지만 아직도 이런 단가를 낮추기 위한 기술의 개발이 필요하다.

가축 분뇨 발생량이 증가하면서 메탄 발생의 주범이라는 오명을 쓰고 있는 한우 농가들이 바이오차를 활용할 경우 화학비료 사용을 줄이면서 자원 순환에 기여하는 이미지 제고 효과도 노릴 수 있다.

하지만 아직도 바이오차가 많이 비싼 편이어서 이를 보다 활성화시켜 농축산업에 기여토록 하기 위해서는 비료 관리법이나 가축분뇨처리법 등 관련법 개정이 필요한 실정이다.



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