국내에서 발생하는 가축분뇨는 대부분 퇴비(액비)로 처리돼 왔으나, 최근 살포할 농경지가 충분하지 않아 과다 살포에 따른 토양오염 우려가 있었다. 살포한 퇴비는 빗물과 함께 하천으로 흘러들어 녹조 발생 등 수질오염 문제를 일으킨다는 지적도 잇따랐다.
이에 정부는 올해부터 가축분뇨를 열과 전기를 생산하는 재생에너지 고체연료로 전환하기 위한 대대적인 정책적 지원에 나섰다. 최근에는 고체연료 활용에 대한 과학적 타당성과 구체적인 활용 전략을 실증한 연구 결과가 발표돼 관심을 끌고 있다.
◇정부, 고체연료 기술 개발에 착수
기후에너지환경부와 농림축산식품부는 올해부터 2029년까지 총 298억 원을 투입해 '바이오매스 고체연료 생산·이용 기술 개발'에 본격적으로 착수했다.
정부는 가축분뇨(우분)와 농업 부산물의 품질 관리를 위해 표준화된 관리 체계를 마련하고, 적은 에너지로 우분을 건조하는 전용 발효·건조 공정을 개발할 계획이다. 아울러 압축·성형을 거치지 않고도 보일러 등에서 손쉽게 쓸 수 있는 고체연료도 개발하기로 했다.
또한 발열량이 1kg당 3500kcal 이상인 고체연료를 생산하는 실증 사업과 함께, 생산된 연료를 330MW급 상용 발전 설비에 투입하고 환경오염물질 발생을 최소화하는 처리 기술 고도화도 추진할 예정이다.
정부는 지난 1월 '가축분뇨 고체연료 활성화 방안'을 수립하고 2030년까지 연간 118만 톤의 가축분뇨를 고체연료로 전환하겠다는 구체적인 목표를 제시했다. 이를 통해 매년 3만 8000가구가 사용할 수 있는 전력을 생산하고 연간 온실가스 50만 톤을 감축할 방침이다.
정부는 규제 완화에도 속도를 내고 있다. 기후부는 지난달 가축분뇨법 시행령·시행규칙 개정안을 통해 고체연료 제조 시 일정한 형태로 성형하지 않아도 되도록 기준을 완화했다. 또한 가축분뇨 자체만으로는 발열량이 부족하거나 편차가 큰 문제를 보완하기 위해 톱밥, 농작물 부산물, 커피찌꺼기 등 보조원료를 최대 40% 미만 비율로 혼합하여 제조하는 것을 전격 허용했다.
◇우송대 오성욱 교수 연구팀, 타당성 입증
이러한 정부의 에너지 전환 정책은 최근 발표된 국제 학술 연구를 통해 그 과학적·환경적 타당성이 한층 더 명확히 규명됐다.
우송대학교 철도건설환경공학과 오성욱 교수 연구팀은 실제 가동되는 연소 시설 조건에서 우분(소 분뇨)과 돈분(돼지 분뇨)으로 만든 고체연료의 발열량 특성, 연소 시 배기가스 배출 거동, 연소 후 남는 재(Ash)의 재활용 가능성을 종합적으로 비교 분석했다. 연구팀은 관련 논문을 최근 환경기술 분야 국제 저널인 '환경 기술(Environmental Technology)'에 발표했다.
논문에 따르면, 우분과 돈분은 연료로서의 타당성과 환경 오염 제어 측면에서 극명한 차이를 보였다.
먼저 우분 기반 고체연료는 수분 함량을 약 4% 수준으로 낮추었을 때 저위발열량(LHV)은 ㎏당 14.6 MJ(메가줄), 회분 함량은 21.5%로 국내 가축분뇨 고체연료 품질 기준(LHV 12.6 MJ/kg 이상, 회분 30% 이하, 수분 20% 미만)을 충족했다. LHV는 연료가 연소할 때 발생하는 열량 중 수분 증발에 들어가는 증발열을 뺀, 실제로 연료 효용가치가 있는 발열량을 말한다.
또한 실제 연료를 태울 때 선택적 비촉매 환원설비(SNCR) 등 일반적인 오염 방지 장치를 가동한 결과, 먼지(1.3 mg/m³), 일산화탄소(CO, 105.7 ppm), 질소산화물(NOx, 46.8 ppm), 황산화물(SOx, 17.2 ppm) 등 오염배출 수준이 모두 대기환경 규제치 이내로 안정적으로 제어돼 청정 연료로서의 타당성을 입증했다.
◇돈분은 혐기성 소화를 통한 바이오가스 생산에 적합
반면 돈분 기반 고체연료는 수분 함량(12.5%) 기준은 충족했으나, 저위발열량이 8.5 MJ/kg에 불과하고 회분 함량이 34.6%에 달해 국내 연료 기준에 미치지 못했다.
특히 연소 시 황산화물(SOx) 배출량이 SNCR 설비를 적용하더라도 기준치(60 ppm)를 훨씬 초과하는 286 ppm에 이르러 황 관련 대기오염 문제가 우려됐다. 돈분 연료는 타고 남은 재에서도 구리(Cu)와 아연(Zn) 등 중금속 농도가 기준치를 크게 초과해 비료 등으로 자원화하기 전에 별도의 안정화 기술이 필요한 것으로 나타났다.
이에 연구팀은 가축분뇨를 일률적으로 고체연료화하기보다는 가축 종류에 따른 차별화된 자원화 전략이 필요하다고 강조했다.
우분은 우수한 연료 품질과 환경 배출 제어 능력, 재활용성을 갖추고 있어 직접적인 고체연료화 사업에 적합했다. 반면, 돈분은 연료 직접 연소보다는 바이오가스 생산을 위한 혐기성 소화나 정화 처리, 액비화 등 대안적 경로로 유도하는 것이 지속 가능한 자원 순환 체계에 부합한다는 설명이다.
논문은 축분 고체연료가 에너지를 생산하는 것 외에도 연소 후 남는 부산물(연소재)을 통해 비료의 주원료인 '인(P)' 자원을 회수하는 훌륭한 창구가 될 수 있음을 밝혔다.
실험 결과 가축분뇨 연소재의 90% 이상이 바닥재(Bottom ash)로 회수되는데, 이 바닥재에 유용한 인산 성분이 집중적으로 농축되는 성향을 보였다.
특히 우분의 경우 바닥재 내 인(P2O5, 오산화인) 함량이 약 5만200 mg/kg에 이르렀다. 이는 수입 의존도가 높은 인 광석을 유해 중금속 우려 없이 대체해 친환경 비료 원료 등으로 안전하게 재활용될 수 있는 가치를 가진 것으로 확인됐다.
◇정책과 과학의 시너지… 친환경 탄소중립 축산 환경 구축 기대
이에 앞서 농촌진흥청 국립축산과학원은 퇴비로 처리되는 가축분뇨 100만 톤을 고체연료로 전환할 경우, 연간 약 50만 톤의 온실가스 감축 및 506억 원 규모의 유연탄 대체 효과를 거둘 수 있을 것으로 정밀 분석한 바 있다.
농식품부 관계자는 “가축분뇨 고체연료는 축산 환경 부담을 줄이면서 석탄을 대체하고 온실가스 감축에도 크게 기여할 수 있는 최적의 대안"이라며 현장 적용성을 꾸준히 높여 나가겠다고 강조했다.
이번 우송대 연구팀의 연구 성과는 정부가 추진 중인 가축분뇨 에너지 자원화 정책이 학술적·과학적으로도 설득력을 지니고 있음을 방증한다.
다만, 연구 결과가 시사하듯이 축종별 분뇨 특성을 정밀하게 고려한 맞춤형 자원화 인프라 구축과 규제 지원이 병행되어야만 정책적 효과를 극대화할 수 있을 것으로 보인다.
