악취가 나는 음식물쓰레기, 축산농가에서 나오는 가축분뇨, 생활하수를 처리하는 과정에서 발생하는 하수슬러지 등 생물학적으로 분해 가능한 ‘유기성폐기물’들.

얼핏 보면 아무 쓸모없고 냄새가 나며 보기에도 불결해서 얼굴을 돌리게 만드는 이 폐기물 속에도 우리가 활용할 수 있는 에너지가 숨어 있다.

농촌에서 이러한 유기성폐기물을 잘 활용한다면 새로운 농촌소득증대에 보탬이 돼 농업경쟁력의 대안으로도 활용할 수 있다.

실제로 버섯폐배지를 이용한 지렁이 사육으로 분변토를 생산해 양질의 유기질 비료로 활용할 수 있다.

이 방법은 농가에서 구입하기 쉬운 느타리버섯 재배 후 배지를 4~6개월간 부숙시키고 신선한 식품부산물 비지를 5~15% 혼합한 다음 4~5일 후 지렁이를 넣어두고 7~10cm 두께로 먹이를 공급하면 나중에 분변토를 생산하게 된다.

이러한 지렁이 사육은 축산법 제2조 제1호 및 동법 시행규칙 제4호의 규정에 의해 지난 2004년 2월 24일 가축의 기타 동물로 지정·고시됨에 따라 각종 정책자금 지원과 재해발생때 지원대상이 됨으로써 농가소득으로 기대되고 있다.

이러한 지렁이 분변토는 비료적 가치와 생물학적 특성이 우수해 친환경 유기농업 실천농가에서 양질의 유기질 재료로 활용성이 높은 편이다. 또한 지렁이는 음식물 쓰레기를 처리하는데도 활용된다.

축산분뇨 자원화로 재생에너지 생산 주력

유기성폐기물 자원화 연구는 대체 자원의 활용가능성면에서 1970년대에 활발했다. 1980년대에는 산업화·도시화 과정에서 발생되는 폐기물 처분과 재이용 측면이 강조된 연구결과가 나왔다.

그리고 1990년대에는 유기성 폐기물의 퇴비화가 정책적으로 장려되는 등 그 중요성이 강조돼 왔다.

농식품부에서는 축산업과 경종농업의 문제점을 해소하기 위해 축산분뇨를 퇴비와 액비(液肥) 등 자원화로 축분(畜糞)비료를 토양에 환원함으로써 그동안 화학비료 사용으로 척박해진 땅심을 높이고 친환경농산물을 생산하는데 기여하는 등 축산분뇨의 원활한 처리와 친환경농업의 육성을 동시에 추진하고 있다.

그리고 축산농가에서 나오는 축산분뇨의 처리 과정에서 배출되는 바이오가스를 활용해 전기를 생산하고, 이를 에너지원으로 사용함으로써 혐기발효 폐액(廢液)을 좋은 액비로 활용하기에 이르렀다.

지난 2002년도에는 바이오가스 실용화기술이 산업체로 기술이전을 통해 보급되기에 이르렀고, 음식물쓰레기 자원화과정에서 농업과학기술원을 중심으로 농업적 활용에서 문제점을 최소화하기 위해 염화나트륨(NaCl) 함량 1% 미만으로 퇴비화하는 기술을 활용하고 있다.

이러한 축산분뇨의 자원화는 녹색성장의 중요한 전략 중 하나로 선진국을 비롯한 많은 국가에서 기후변화에 대응한 스마트 축산전략을 설정·추진하고 있다.

현재 유럽에서는 유기성폐기물 등을 활용한 재생에너지 할당량은 점차 증가하고 있다. 이곳에서는 전기의 18%가 재생에너지로부터 생산되고 있다. 유럽은 오는 2020년까지 총에너지 사용량의 20%를 이러한 재생에너지로부터 충당하는 것을 목표로 하고 있다.

우리나라 가축분뇨 발생량은 지속적으로 증가해 2010년 현재 연간 4,600만 톤 수준에 달하며, 이중 80% 이상이 퇴비 및 액비 등의 자원으로 이용되고 있다.

또 정부는 2020년까지 축산분뇨 에너지화 시설을 100개소 가량 설치해 돼지분뇨의 20%를 에너지 생산에 활용할 계획을 세우고 있다. 하지만 지역주민들의 반발 등으로 신규부지 확보에 난항을 겪고 있으며, 에너지 생산의 경제성도 낮아 현재 이에 대한 개선이 필요하다.

경제성·환경성 갖춘 축산분뇨 처리체계 필요

우리나라는 지난 1980년대 이후 축산업이 전업·기업·집단화 형태를 띠면서 대량의 가축분뇨가 발생하게 됐다.

자연히 생산성향상 노력과 함께 가축분뇨처리에 관심이 집중되기 시작했다. 그런 반면 기존 관행적인 경종(耕種)농업의 농산물 생산·유통체계 내에서는 토양에 존재하던 유기물이 생산된 농산물에 포함돼 도시로 운반·소비된 후 매립 또는 소각의 방법으로 소실되기 때문에 토양 내 유기물의 보충이 필요한 실정이었다.

즉 토양의 유기물 상실로 인한 지력상실을 각종 화학비료와 농약으로 회복시키려다 보니 화학비료와 농약의 과다사용이 불가피해졌다.

이로 인해 토양이 산성화되면서 과다 투여한 질소와 인산성분은 적조 및 녹조현상과 같은 생태계의 환경오염 문제를 유발하는 원인으로 작용하고 있다.

이 같은 축산업과 경종농업의 문제점을 해소하기 위해서는 축산분뇨의 자원화가 절실하다. 그러나 자원화시설 중 퇴비화시설의 경우 시설비와 처리비용이 많이 소요되며, 수분조절제의 공급이 원활하지 않아 축산분뇨처리에 어려움이 가중된다.

농식품부는 이런 축산분뇨처리비용 절감 및 친환경농업의 육성을 위해 저장액비화시설 및 액비저장조, 수거·운반·살포장비를 지원해 축분발효액비활용 시범사업을 실시해왔다. 지난 2001년 이후부터 축산분뇨 퇴비화 사업과 함께 액비화 사업을 본격적으로 추진하고 있다.

농촌진흥청의 ‘축산분뇨 바이오에너지와 온실가스 저감’이라는 연구 자료(소규호 저)에 의하면 농촌의 축산분뇨 처리방법을 개선하기 위해선 먼저 이를 퇴비화하는 방법부터 개선하는 것이 시급하다.

우리나라의 대표적인 축산분뇨 처리방법인 퇴비화는 자원순환이라는 부분에서 긍정적인 기여를 하는 측면도 있지만, 과다한 생산으로 인해 토양 중 양분집적을 초래하고 질소·인의 유출은 수질오염으로 또 다른 영향을 미칠 수도 있기 때문이다.

때문에 퇴비의 판매와 경제성 문제, 축산분뇨 공공처리 시설 건설, 런던협약에 따른 해양투기 금지조치, 액비이용 농가의 증가 등은 축산분뇨 처리에 대한 새로운 패러다임으로 전환이 필요하다.

경제성과 환경성을 갖춘 새로운 축산분뇨 처리체계를 갖춰 나가는 것은 축산업의 지속가능성을 유지하고 축산업에 대한 국민 인식을 개선하는데도 중요하기 때문이다.

신재생에너지 보급지원 정책에 따른 자금지원으로 신기술을 적용한 최신 바이오가스 시설들이 일부 기업들에 의해 축산농가에 설치됐으며, 지자체들도 음식물류 폐기물 처리와 가축분뇨 처리에 가스 시설을 도입하고 있다.

최근 이러한 시설들의 특징은 첨단화된 제어시설을 갖추고 있으며, 겨울철 보온을 위한 설비와 황화수소 정제시설, 발전설비 등을 갖춘 상태에서 전기 판매까지 고려하고 있다.

그리고 이 과정에서 발생된 혐기소화액은 액비로 활용되거나, 폐수처리 시설을 이용해 처리하고 있다. 하지만 대부분의 시설 운영 목적이 여전히 축산폐수 처리에만 중점을 두고 있어 바이오가스 생산량이 낮으며 경제성 측면에서는 여전히 문제점을 가지고 있다.

바이오가스 생산 위한 신선하고 양질의 분뇨 사용

우리나라는 1995년에 축산농가용 49개소와 주정, 사료, 식품, 섬유 분야 같은 산업용 35개소에 혐기소화 장치가 보급된 바 있다.

하지만 원료물질의 전처리 미흡으로 인한 잦은 기계 고장, 혐기소화액의 활용 방안 부재, 생산 바이오가스의 이용률 저조 등으로 실질적인 경제성을 확보하는데 어려움이 있다. 그래서 혐기소화기술 외에 제반 기술의 통합 연구가 요구되고 있는 실정이다.

이런 가운데서 최근 저탄소 녹색성장의 국가정책에 부합해 다양한 정부지원정책 및 바이오가스 기술력의 증가에 따라 국내에 축산분뇨를 이용한 바이오가스 생산시설이 증가하고 있는 추세이다.

또한 2007년에 설치된 시설의 대부분이 축산분뇨만을 원료로 사용해 바이오가스를 생산하지만, 2008년 이후로 설치된 시설은 축산분뇨에 음식물쓰레기나 하수슬러지를 첨가하는 통합소화형 시설이 대부분이다.

이들 시설들은 대부분 유럽에서 많이 볼 수 있는 혐기소화공정인 CSTR(continuous stirred tank reactor), UASB(upward-flow anaerobic sludge blanket), PFR(Plug-flow reactor)의 소화공정으로 구분되며 유입원료의 특성에 따라 구분되고 있다.

그 외에도 농식품부는 2020년까지 35개소의 바이오가스 시설 설치를 목표로 하고 있다. 특히 우리나라 실정상 가축 분뇨만으로는 바이오가스의 발생량이 적기 때문에 식품폐기물, 도축장폐기물 등과 같은 다른 원료를 첨가해서 가스 증산을 도모해야 한다. 이 경우 지역전체의 유기성 폐기물 재활용 시스템을 고려하지 않으면 안 된다.

농가에서 바이오가스 생산을 위한 시설을 운영할 경우 기존의 분뇨처리시설보다 더 많은 관리와 주의가 요구될 수 있다. 국내 농가에 설치되었던 시설들이 실패하였던 원인 중의 하나가 경험부족에 따른 관리 부실에 의한 것이었다.

그러므로 바이오가스 시설을 운영할 때 주의해야할 것으로 첫째는 신선하고 양질의 분뇨를 사용해야 한다. 이를 위해서는 친환경적인 사양관리시스템하에서 항생제와 소독제의 사용을 적게 하여 바이오 가스를 생산하는 미생물에 악영향을 주지 않는 분뇨를 투입해야 한다.

슬러리 저장조에 오랫동안 보관된 분뇨의 경우 저류돼 있는 동안 상당한 양의 유기영양소가 파괴되기 때문에 가스발생량이 적어 분뇨가 배출되는 즉시 바이오가스 시설에서 이용해야 바이오가스의 생산량을 극대화 할 수 있다.

또한 슬러지 저장조에 돼지 사체를 투척하거나, 크기가 지나치게 큰 이물질이나, 돈사에서 유래된 모래 등이 바이오가스 시설의 고장원인이 될 수 있어 이러한 것들이 투입되지 않도록 주의해야 한다.

이외에도 바이오가스 시설은 산소가 없는 조건에서 미생물들이 가스를 생산하는 시설로 갑작스럽게 많은 양의 고농도 폐기물을 투입하게 되면, 여러 가지 미생물들에게 좋지 않은 상황이 발생해 미생물들을 죽게 만들게 되고 결국 시설가동이 중단되는 원인이 될 수 있어 정해진 분뇨량에 맞게 투입하고 관리돼야 한다.

그래서 소화조내의 pH, 휘발성지방산 농도, 알칼리도, 가스발생량, 암모니아 농도 등을 주기적으로 분석해 관찰하면서 관리해야 한다.

이와 같이 바이오가스 생산시설을 농가에서 직접 운영할 경우 지속적인 교육과 유지관리에 대한 컨설팅을 통해 세심한 주의를 가지고 관리해야 만이 성공적인 바이오가스 시설을 운영할 수 있다.

경제적 효과 674억·일자리 7,800개 창출

농식품부는 지난 2009년에 오는 2020년까지 공동자원화 시설 150개를 설치해 돼지분뇨 550만 톤(전체 발생량의 35%)을 처리하겠다는 목표를 세웠다.

이 중 100곳은 에너지화 시설을 설치해 연간 365만 톤의 돼지분뇨를 바이오 에너지로 바꿀 계획이다.

국내 축산분뇨 에너지화 전환 기술수준을 2020년까지 선진국 대비 90~100% 수준으로 높이기 위한 연구개발도 추진되고 있다. 그리고 사용 원료의 특성별 최적 바이오가스 생산기술, 시설의 운전 및 관리 기술, 바이오가스 정제 및 농축기술 등의 개발에 나서고 있다.

농식품부 관계자는 “농식품부의 가축분뇨 에너지화 사업에 의해 2020년까지 가축분뇨 처리비 절감, 원유 수입대체 등의 효과가 나타나면 그 경제적 효과가 674억 원에 달하고, 시설 건설 및 운영에 필요한 7,800개의 일자리가 창출될 것”으로 내다봤다.

지난 2003년 설립된 폐수처리·바이오에너지 전문기업인 (주)에코데이(대표이사 최홍복)는 특수생물반응기기술(E.PFR-1)을 개발했다.

이 기술은 호기성 미생물을 이용해 오염농도가 높은 가축분뇨나 음식물폐수를 처리하는 기술이다.

에코데이의 E.PFR-1 개발은 지난 2006년 환경부의 차세대 핵심환경기술개발 실증화 과제를 기반으로 이뤄졌다. 이로써 혐기성소화액·가축분뇨 등 기타 고농도 유기성폐수 처리도 가능하도록 했다.

에코데이는 이런 기술개발의 노력으로 지난 2009년 고농도 유기성폐수 처리기술로서는 국내 최초로 환경부 신기술인증(NET)을 받았다.

에코데이의 또 다른 기술인 혐기성 바이오가스화 공정(E.PFR-2)은 미생물 발효를 이용해 음식물폐기물뿐 아니라 가축분뇨를 메탄(CH4)이 포함된 바이오가스로 만들어내는 기술이다.

이 기술에서는 반응조에서 생성되는 미세한 바이오가스가 상부 공간에 모여 큰 기포 형태로 상승하면서 균일하고 적절한 혼합작용이 일어나기 때문에 혼합을 위한 추가 동력이 필요 없다.

이렇게 에코데이가 개발한 기술은 경기도 파주시 음식물자원화시설 폐수처리장을 비롯한 7개 음식물자원화시설과, 울산 용연 하수처리장 혐기성소화액 수처리 시설 등 6개 혐기성 소화액 처리시설 등과 11개의 축산분뇨 처리시설·식품폐수 처리시설 등에 적용됐다.

자원순환형 농촌마을 조성의 핵심 역할

가축분뇨 바이오가스화가 경제성을 갖기 위해서는 혐기소화 후 폐액에 대한 후처리가 중요하다. 현재의 환경기준에서 혐기폐액은 액비로 활용되거나 정화처리 후 방류해야 한다.

혐기소화는 미생물에 의한 유기물 분해과정으로 특유의 악취가 감소하며 소화액의 조성은 안정화되기 때문이다.

바이오가스 시설은 에너지 및 자원순환형 농촌마을을 조성하는데 가장 중심적인 역할을 할 것으로 기대를 모으고 있다.

축산농가에서 발생한 축산폐기물과, 가정이나 사업장에서 발생한 식품 및 음식물폐기물을 바이오가스 생산 시설로 보내 혐기소화로 처리하고, 이 과정에서 발생된 에너지와 열을 이용해 다시 축산농가나 원예농가, 가정으로 보내 활용할 수 있기 때문이다.

그리고 발생된 혐기소화 폐액은 경종농가에 보급돼 작물의 생산에 재활용되고, 경종농가에서 생산된 작물은 다시 소비자에게 공급하는 체계가 이뤄지는 에너지·자원순환형 사회가 건설된다면 지역별 자원순환체계는 바이오가스 시설의 경제성 향상과 더불어 에너지 소비를 최소화하고 지속가능한 농업경영 시스템을 갖출 수 있을 것으로 전망되고 있다.

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