바이오차를 이용한 이산화탄소 제거기술 -1

바이오차(Biochar)는 산소가 없는 조건에서 다양한 유기성 바이오매스를 350°C이상에서 열분해하여 만든 탄소 함량이 높은 고형물을 말한다.

바이오차가 처음 발견된 것은 남미 아마존의 일부 토양에서 식물들이 유독 잘 자라는 것을 과학자들이 발견하게 되고, 이의 원인을 분석한 결과 그 지역의 원주민들이 오래전부터 땅속에서 농업폐기물을 태워 그 토양속에 탄화 된 유기물들이 집적되어 있었고, 이 유기물들이 식물의 생장에 긍정적인 영향을 미쳐 잘 자라게 된 것으로 밝혀졌다. 그 당시의 원주민들이 의도적으로 바이오차를 만들었는 지는 알 수 없지만, 테라 프레타로 불리는 이 아마존의 토양은 현대의 바이오차의 기원이 되었다.
 

바이오차

바이오차는 토양개량제, 흡착제, 연료 등으로 사용되며, 최근에는 이런 기능에 더해 바이오차가 가지는 탄소의 안정적 형태에 기인한 탄소저장효과가 인정을 받으면서, 100년 이상 이산화탄소를 토양속에 저장할 수 있는 기후변화 완화를 위한 주요기술 분야로 인정받고 있다.

바이오차와 이산화탄소 제거기술
최근 기후위기가 심화됨에 따라 바이오차가 더욱 각광을 받고 있는데, 이는 바이오차가 이산화탄소 제거 (CDR, Carbon Dioxyde Removal) 기술의 하나로 대기중에 배출되어진 이산화탄소를 다시 격리하는 기술중의 하나이기 때문이다. 이산화탄소제거기술은 크게 5가지로 구분되는데 여기에는 신규조림/재조림, 토양탄소증진, 암석풍화작용 이용, 직접공기포집 (바이오에너지 탄소포집  포함) 등이 있다.

이산화탄소 제거기술이 중요한 이유는 배출량 감축은 선진국의 경우 거의 한계에 다다르고 있고, 현재 수준의 대기중의 온실가스를 빠른 시일안에 줄이지 않으면 더 큰 기후재앙이 다가올 수 있다는 점에 기인한다. 물론 이런 제거기술이 온실가스 배출감축 노력을 방해한다는 주장도 일리가 있기 하지만, 이산화 탄소제거기술 자체가 문제가 있는 것은 아니고, 이를 핑계삼아 온실가스 배온실가스 배출감축노력을 하지 않으려는 의도가 더 문제인 듯 하다.

이런 취지에서 기후변화에 관한 국제기구인 IPCC에서는 다음과 같은 이러한 이산화탄소 제거기술에 대해 인정을 하고, 이를 적극 활용하기를 권하고 있다.

한국명	영문명
신규조림/재조림	AR / Afforestation and Reforestation
토양탄소증진	SCS / Soil Carbon Sequestration
암석 및 광물을 활용	EW / Enhenced Rock Weathering
바이오차 이용	Biochar
직접공기포집 (바이오에너지탄소포집)	DACCA / Direct Air Carbon Capture and Storage BECCS / Bio Energy Carbon Capture and Storage

아래의 그림은 IPCC에서 발표한 이산화탄소 제거기술별 비용 및 감축잠재력을 그림으로 나타낸 것이다. X축은 온실가스감축잠재력을 나타낸 것이며, Y축은 이산화탄소 1톤을 제거하는데 드는 비용을 수치화 한 것이다. 이 표를 보면 바이오차는 신규조림/재조림과 토양탄소증진과 더불어 제거비용은 가장 낮은 축에 속하고 있다, 바이오차의 감축잠재량은 감축잠재량은 약 년간 2억 기가톤 정도로 작은 편이지만, 우리나라의 년간 온실가스배출량이 6억톤인 점을 감안하면 적지 않은 양이다. 직접공기 포집기술은 감축잠재력이 매우 크긴하지만 아직은 톤당 제거비용이 너무 높아 넓게 적용하기에는 비용적인 문제가 크고 이런 비용적인 대안으로 바이오차가 더욱 각광을 받게 되었다. 

IPCC에서 추정한 탄소제거기술별 비용 및 제거가능량

더욱이 바이오차가 이부분에서 더욱 주목받는 것은 그 적용이 매우 쉽다는 것이다. 신규조림/재조림 같은 경우는 어느정도 넓은 면적이 필요하고, 또한 영속성 (탄소제거 효과가 오랫동안 지속되는 것)에 문제가 있을 수 있으며, 암석 광물을 활용한 사업이나 공기포집 기술의 경우 대규모의 시설투자가 필요하다. 물론 바이오차의 경우도 대규모 생산시설의 설치도 가능하지만 상대적으로 소규모 시설로도 손쉽게 생산이 가능하여, 전 세계 어느 지역에서 적용이 가능하다는 장점이 있다.

바이오차의 원료
바이오차의 원료는 이론적으로는 모든 바이오매스가 될 수 있다. 하지만 전통적으로 산림부산물을 이용하는 원료가 차지하는 비중이 매우 높았는데, 이는 바이오차의 기술이 처음 개발될 때부터 목재나 나뭇가지 등 산림에서 나오는 부산물이 주로 사용되었기 때문이다. 하지만 최근에 들어서는 다양한 바이오매스 원료를 이용한 바이오차가 생산되고 있다. 이런 원료들에는 쌀겨, 옥수수대 등의 농업부산물이나 축산분뇨와 같은 축산업 부산물 그리고 음식물 쓰레기와 같은 유기성 폐기물들이 있다. 이들 재료는 버려지는 자원을 재활용 할 수 있을 뿐더러 원료의 수급이 충분하고 원래 수급 시 오히려 처리비용을 받을 수 있는 등 경제적인 이점은 있지만, 바이오차 생산을 위한 물리 화학적인 특성에서 불리한 점이 있어 이에 대한 기술개발이 필요한 상황이다.

원료의 종류	장점	단점
축분 음식물 쓰레기	원료가격이 거의 들지 않음 원료공급이 안정적 원료의 공급망이 기구축되어 있음 버리지는 자원 재순환	물리화학적 특성이 제조에 불리 아직 기술개발이 완벽하게 되어 있지 않음
산림 및 목재 부산물	바이오차 제조에 최적화 되어 있음 제조기술이 고도화 되어있음	원료가격이 비쌈 원료의 공급망이 불안정 함
농업부산물	원료의 공급량이 충분 자원재활용 가능	원료가격이 중간정도

기존의 바이오차 원료와 더불어 최근에 각광을 받고 있는 재료는 속성수 혹은 빨리 자라는 식물을 재배하여 원료로 사용하는 것이다. 예를 들어 오동나무나 포플러 혹은 버드나무와 같이 빨리 자라는 속성수나 케나프와 같이 성장이 매우 빠른 다년생 혹은 일년생 초본들을 이용하여 바이오차를 생산할려는 시도가 계속되고 있다.

바이오차의 효과 및 용도
토양 탄소 증대
토양은 저세계 탄소저장량의 를 차지할 정도로 중요한 탄소저장소이지만, 토양속 탄소저장량이 가장 큰 유기물층의 탄소의 경우 미생물에 의해 십여년 이내로 대기중으로 다시 방출되는 경향을 가지고 있다. 특히 토양경운이나 개간 등으로 토양을 이용하게 되면 기존 토양속의 탄소는 대기중으로 배출되는 경향을 가지고 있다. 반면 바이오차 형태로 토양에 투입하게 될 경우, 반영구적으로 토양에 탄소를 저장하는 효과를 가지고 있다.

온실가스 배출 저감
농경지의 주요한 온실가스 배출원인 아산화질소는 비료등으로 시비를 통해 대기중의 온실가스 함량을 높인다. 주요 온실가스 중 하나인 아산화질소는 온난화 지수가 이산화탄소의 300배 정도되는 온실가스이다. 농경지이 투입된 바이오차는 이러한 아산화질소의 배출을 줄여주는 효과도 뛰어나다.

토양개량을 통한 작물생산량 증진
바이오차는 대부분 탄소로 구성되어 있지만 그 밖에도 질소, 수소, 칼륨, 마그네슘 등 다양한 원소로 구성되어 작물의 생육에 필요한 다양한 영양소를 공급해 줄 수 있다. 또한 토양 내 탄소 함량 증진으로 토양의 이화학성과 생물학적 특성을 개선하여 작물 생육에 도움을 주는데, 척박한 토양에 투입하면 그 효과가 더 크다고 알려져 있다.
건축자재 흡착재 및 기타용도
바이오차는 콘크리트나 아스팔트와 같은 건축자재의 품질을 개선하는 것으로 입증되었으며, 그 구조가 다공질로서 공기와 물속의 오염물질을 흡착하는 특성을 가지고 있어 오염물질을 흡착하는 용도로 사용되고 있다. 또한 특유의 다공질성과 흡수성 등을 이용하여 화장품, 의약품, 반도체, 2차전지 등 다양한 산업에 적용이 되고 있다.
 

바이오차의 다양한 이용방안