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폐유기물
폐유기물은 유기성 폐기물이라고도 하며 일반 및 산업 폐기물 중에서도 주로 유기물을 주체로 하는 폐기물을 의미한다. 볏짚 및 보리짚과 같은 농업 부산물, 가축분뇨, 인분뇨, 나무껍질, 산업폐수오니, 식품산업폐기물, 생활하수오니 등이 폐유기물에 속한다. 폐유기물을 그대로 작물 생산에 이용하면 여러 가지 장해가 일어나는 경우가 있다. 비료화, 퇴비화(composting), 발효 처리하여 사용한다. 중금속과 같은 유해 성분이 함유된 것은 농업용으로 활용할 수 없다. 유기성 폐기물 중에서 농업적으로 활용되는 것은 가축분뇨가 가장 많고, 다음으로 농산 부산물이다. 하수오니 및 도시 쓰레기의 퇴비도 유통되고 있다.
2021년 5월, 한국 정부는 폐유기물 원료화 기술이 처리비용과 환경오염을 크게 줄일 수 있다고 보고 정부가 지원하는 고난도 R&D 사업으로 선정했다. 폐유기물을 플라즈마로 초고온, 단시간에 고부가가치 물질인 에틸렌이나 아세틸렌 등 기초원료로 전환하는 기술에 도전한다.[1]
개요
유기성폐기물은 생물에서 유래한 썩기 쉬운 유기물질로 이뤄진 폐기물이다. 음식물 쓰레기, 가축분뇨, 동ㆍ식물성 잔재물 등이 대표적이다. 과거에는 태우거나 땅에 묻는 대상으로만 인식됐지만, 과학이 발전하면서 이를 순환해야 하는 자원으로 보는 시각이 점차 우세해졌다. 특히 자원 빈국인 한국은 유기성폐기물을 환경에 나쁜 영향을 주지 않고 안전하게 자원으로 순환시키는 정책이 매우 중요하다.[2]
폐기물은 구성하고 있는 물질의 성상 면에서 유기성폐기물과 무기성 폐기물로 구분이 가능하며, 유ᆞ무기성을 구분하는 기준은 폐기물을 건조기준으로 휘발성 유기화합물이 40%이상을 유기성폐기물로 규정하고 있다. 또한 유기물 함량이 40%이상이라는 전제에서 플라스틱 등의 고분자 유기물이 포함될 수 있기 때문에 생물에 유래된 동식물성 폐기물을 유기성폐기물로서 정의하고 있다. 이를 정리하여 유기성폐기물을 정의하면 "생물에 유래한 동식물성의 폐기물로서 유기물의 함량이 40%이상인 폐기물"로 가능하다.
폐유기물의 경제적 잠재력
한국의 유기성 폐기물 생성량은 매년 증가하고 있다. 5대 주요 유기성 폐기물 중 음식물 쓰레기와 음폐수는 2015년 12월 기준으로 각각 연간 5,598,918t과 3,529,915t이 배출되었고 (환경부 2015, 2016b), 가축분뇨의 경우 2015년에 연간 63,255,960t이 발생했는데 이 중 돈분뇨가 52.9%로 가장 많은 부분을 차지했고 육우 분뇨와 젖소 분뇨가 각각 24.4%와 11.9%를 차지해 그 뒤를 이었다. 이 외에도 양, 사슴, 개, 타조 및 기타 가금류의 가축분뇨가 나머지를 차지한다 (환경부 2017a). 하수처리장에서 탈수가 된 후 생성되는 하수슬러지의 경우 2015년에 3,842,282t이 생성되었고 (환경부 2016a), 동식물성 잔재물은 2016년 기준으로 연간 1,527,051t이 발생하였다 (환경부 2017b). 이들 발생량은 매년 지속해서 증가하고 있어서 이를 처리하거나 재활용해야 하는 시설 또한 지속해서 갖춰지어야 하는 상황이다. 예전에는 해양투기 등을 통해 이와 같은 유기성 폐기물을 상당 부분 처리할 수 있었으나, 2013년 이후로 해양투기가 금지되면서 육상에서 처리해야 하는 당위성에 따라 여러 처리 방법 및 자원 재활용을 위한 방법과 기술 개발이 요구되고 있다.
유기성 폐기물의 처리 현황을 보기 위해서는 먼저 각 폐기물의 잠재량을 알아볼 필요가 있다. 잠재량은 연간 발생한 유기성 폐기물이 현재 어떠한 방법으로 처리되거나 재활용되고 있는가를 경제적인 측면에서 TOE(석유환산톤, Ton of Oil Equivalent)로 나타내는 지표로서, 각 유기성 폐기물의 경제적 효과를 정량적으로 비교할 수 있다는 점에서 좋은 지표로 인정받고 있다 (그림 1). 이론적 잠재량의 경우 폐기물 발생량에 이론적 바이오가스 발생량, 바이오가스 내 메탄 함량(대개 60%를 기준으로 삼음)을 단순히 적용하여 석유환산톤으로 환산한 양으로서, 배출량에 절대적으로 의존하는 잠재량이다. 다만 가축분뇨의 경우 돈분뇨와 우분뇨, 그리고 기타 가금류(닭, 말, 오리, 양, 사슴, 개 등)를 모두 포함하되 각 분뇨 내 유기물 비율을 VS(Volatile Solids, 휘발성 고형물) 기준으로 환산하여 적용하고, 메탄농도도 일률적으로 60%를 적용하는 것이 아니라 축종 별로 대표값을 지정해 적용한다. 또한, 각 사육 두수마다 배출 분뇨량을 일일이 측정할 수 없으므로 축종별로 분뇨발생계수를 적용하되 2014년 이후에 개정된 값을 따른다 (국립환경과학원 2014). 지리적 잠재량은 현실적으로 지리적 여건상 혹은 실제로 수거된 양을 기준으로 하거나 환경부에 고시된 양을 기준으로 환산한 잠재량을 의미한다. 예를 들어 음식물 쓰레기나 음폐수의 경우 총발생량에서 분리배출 되는 비율을 고려한 생성량에서 유도된 잠재량을 의미하며, 하수슬러지의 경우 공공처리시설 내 혐기소화조의 설치비율에 따른 배출량으로 한정하였고, 가축분뇨도 지리적 여건상 수거 가능한 돈분뇨와 우분뇨만을 대상으로 하였으며, 동식물성 잔재물의 경우 환경부에 신고되어 고시된 양(96%로 추정)을 기준으로 한다. 기술적 잠재량은 실제로 바이오가스가 생산되어도 바이오가스 내 메탄을 전량 회수하는 것은 기술적으로 한계가 있으므로 이를 반영하였고, 마찬가지로 수송 과정에서의 손실도 고려해야 하므로 이를 모두 적용하며, 이론적 바이오가스 발생량을 실제 바이오가스 발생량으로 대체하여 산정한 것이 기술적 잠재량이라고 할 수 있다. 다만 가축분뇨의 경우 별도의 실제 바이오가스 발생량 자료 대신 기존의 메탄 수율과 분뇨 내 유기물 함량을 그대로 이용하되, 유기성 기질을 오직 돈분뇨로 한정해서 산정하는 것이 일반적이다. 시장 잠재량은 향후 시장을 형성하였을 때의 실제적 경제적 가치를 창출하는 부분을 산정하는 것이기 때문에, 기술적 잠재량 중 현재 다른 용도로 이미 재활용되고 있는 부분은 제외하고 계산한 것이 시장 잠재량이다. 따라서 모든 잠재량 중 시장 잠재량 값이 가장 작을 수밖에 없다.
표1, 2는 각 유기성 폐기물 별로 산정한 4대 잠재량의 결과값을 나타내고 있다. 유기성 폐기물의 생성량만을 놓고 보면 단연 국내에서 가축분뇨의 발생량이 가장 많다. 따라서 이론적, 지리적 및 기술적 잠재량도 5대 유기성 폐자원 중 가장 많을 수밖에 없는데 시장 잠재량을 비교해 보면 그렇지가 않다. 왜냐하면, 현재 가축분뇨의 경우 대부분이 자원화 시설에서 퇴비 및 액비로 재활용되거나 정화 처리되고 있으므로 실제로 혐기소화를 통해 바이오가스로 생산되어 시장을 형성할 수 있는 부분이 극소량이기 때문이다 (Jo and Kim 2018). 상대적으로 하수슬러지는 혐기소화조를 거친 후에는 타 용도로 사용되는 부분이 거의 없으므로 기술적 잠재량이 그대로 시장을 형성한다고 간주하여 5대 유기성 폐기물 중 가장 많은 시장 잠재량을 가지는 것으로 산정되고 있다. 이는 현재 공공처리시설 중 약 3/4 정도만 혐기소화조가 설치된 점에 미루어 볼 때, 추가로 혐기소화조를 장착할 경우 시장 자체의 확대가 가능하다는 긍정적인 환경 정책을 기대해 볼 수 있다. 음식물 쓰레기의 경우 기술적 잠재량이 축산분뇨 다음으로 많으므로 새로운 시장 형성에 있어서 적극적인 기대를 해볼 수 있지만 이미 타 용도로 재활용 중인 것이 85% 이상이기 때문에 상대적으로 시장 잠재량에서의 감소 폭은 매우 큰 편이다 (환경부 2017b). 음폐수는 이미 분리배출 된 음식물 쓰레기에서 기인하는 것이기 때문에 기수집된 음식물 쓰레기 대비 분리 배출률이 100%라고 가정하여, 이론적 잠재량과 지리적 잠재량은 동일한 값으로 산정되었다. 추정치에서 인구의 영향을 가장 많이 받는 것이 음식물 쓰레기와 음폐수의 발생량이므로 향후 인구 추이에 따라 추정치는 얼마든지 변화할 가능성이 크다. 현재 인구 추이로 볼 때 OECD 국가 중 가장 낮은 출산율을 기록하고 있으므로 2030년 전후에서 인구가 정점에 도달한 뒤 그 후에는 인구가 감소 추세로 간다고 가정하면, 음식물 쓰레기와 음폐수 배출량도 이와 같은 추세를 따를 가능성이 다분히 존재한다. 물론 인구가 감소하면 축산 농가의 사육 두수, 그리고 하수 발생량도 간접적인 영향이 있을 수 있으므로 이에 대한 추정치의 변화도 가능하다.
우리나라의 유기성 폐기물 발생량은 현재 계속 증가 추세에 있는데 발생량만을 기준으로 삼으면 가축분뇨의 재활용 잠재량이 가장 크다고 할 수 있다. 그러나 시장 잠재량 기준으로는 오히려 하수슬러지가 가장 큰 값을 가지므로 공공처리시설에서의 혐기소화조 확대 정책은 긍정적으로 검토해 볼 만한 가치가 있다. 가축분뇨의 경우 여전히 돈분뇨가 가장 많은 발생량을 차지하고 있으므로 이에 대한 혐기소화공정의 효율을 높임과 동시에 기존에 재활용되는 것을 바이오가스로 전환하면 막대한 경제적 효과의 창출이 가능하다. 음식물 쓰레기 및 음폐수는 인구에 가장 영향을 많이 받는 폐자원이므로 이를 고려하여 적절하게 경제적 잠재량을 극대화할 수 있는 환경 정책을 도모하는 것이 필요하다고 할 수 있다.[3]
폐유기물 활용 바이오가스 자동차연료화
강원도 원주시 가현동에 있는 강원바이오에너지 공장은 총 294 억 원을 투입해 완공한 플랜트다. 유기성 종합폐기물을 활용한 바이오가스 자동차연료화 플랜트로는 국내 에서 유일하다. 1 만 9000 ㎡ 터의 강원바이오에너지 입구에 들어서자 대형 트럭들이 퀴퀴한 냄새를 내뿜는 음식물쓰레기와 도축 잔재물 등 유기성 폐기물을 가득 싣고 와 수시로 쏟아낸다. 이곳 플랜트의 1 일 처리량은 평균 220t. 파쇄기와 탈수기를 거쳐 분해되는 유기성 폐기물에서 독성 물질이 발생하고, 이를 완전히 없애기 위해 미생물을 이용한다. 이후 여러 공정을 거치면서 55 일이 지나면 바이오가스가 생성된다. 이후 물과 전기 이 외의 어떠한 화학약품도 투입하지 않고 친환경적으로 불순물과 냄새를 제거하면 정확히 60 일 만에 완벽한 바이오가스가 만들어진다. 찌꺼기(슬러지)는 별도로 반출된다. 하루 220t 의 폐기물 처리를 통해 만들어지는 바이오가스는 4106 ㎥로 택시 200 대가 가득 충전할 수 있는 양이다. 실제 원주시에서 운행 중인 택시 60 여 대가 이곳에서 바이오가스를 충전해 쓰고 있다. 바이오가스 연료는 기존 택시 연료인 LPG 에 비해 가격이 70％ 이상 저렴해 인기다. 도시가스사업법에 따르면 바이오가스는 '천연가스 대체연료' 로 규정돼 있다. 태양광이나 풍력 이용률이 20% 수준인 반면 바이오가스는 연중 24 시간 가동하므로 100% 활용할 수 있는 신재생에너지원이으로 음식물쓰레기와 하수슬러지, 축산분뇨에서 나오는 메탄가스를 고순도로 정제하는 자체 기술력으로 국산화한 데 힘입어 20 년간 상업운전에 들어갔다.
각주
- ↑ 과학기술정보통신부·환경부·해양수산부·보건복지부, 〈하늘 나는 무인잠수정 등 5개 ‘혁신도전 프로젝트’ 본격 추진〉, 《대한민국 정책브리핑》, 2021-05-03
- ↑ 박천규 환경부 차관, 〈유기성폐기물 관리 왜 중요한가〉, 《한국일보》, 2019-10-24
- ↑ 김웅 경북대학교 환경공학과 교수, 〈유기성 폐기물의 경제적 잠재량〉, 《월간인물》, 2020-07-23
참고자료
- 유기성 폐기물 종합관리기술구축을 위한 물리ᆞ화학적 성상 분석 - https://www.koreascience.or.kr/article/JAKO200526834976472.pdf
- 유기성 폐기물 에너지화 기술 동향 - file:///C:/Users/sms/Downloads/Konetic_Report_2016-074%ED%98%B8(2016.11.16.)_%EC%9C%A0%EA%B8%B0%EC%84%B1_%ED%8F%90%EA%B8%B0%EB%AC%BC_%EC%97%90%EB%84%88%EC%A7%80%ED%99%94%EA%B8%B0%EC%88%A0%20(1).pdf
- 〈유기성폐기물〉, 《토양사전》
- 과학기술정보통신부·환경부·해양수산부·보건복지부, 〈하늘 나는 무인잠수정 등 5개 ‘혁신도전 프로젝트’ 본격 추진〉, 《대한민국 정책브리핑》, 2021-05-03
- 박천규 환경부 차관, 〈유기성폐기물 관리 왜 중요한가〉, 《한국일보》, 2019-10-24
- 김웅 경북대학교 환경공학과 교수, 〈유기성 폐기물의 경제적 잠재량〉, 《월간인물》, 2020-07-23
같이 보기
