가축분뇨 유래 온실가스 저감을 위한 저장 기술 (1)
가축분뇨 유래 온실가스 저감을 위한 저장 기술 (1)
  • 김해금
  • 승인 2020.10.06 15:19
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Non-CO2온실가스 저감기술개발사업 연구팀 인하대학교 김 동 훈
(연구팀 구성: 인하대학교, 성지환경, ELT센서, 한밭대학교)

개요
가축분뇨는 농업중심의 산업구조일 때부터 고도성장을 이룬 현재까지 다양한 사회적•환경적 문제를 일으키는 유기성폐기물로 알려져 있다. 2019년에 발표한 환경부 통계자료에 따르면 그 배출량은 국내 주요 5대 유기성 폐기물 중 가장 많으며, 2018년 12월 기준 연간 약 67,550천 톤에 달한다. 발생한 가축분뇨의  대부분은 퇴·액비화(80~90%)로 처리되고 있으나, 지속적인 농경지 감소와 과잉 생산으로 인해 주변 유역의 지하수 오염과 하천 및 호소에 부영양화로 인한 녹조 발생을 유발하게 되어 정부에서는 바이오가스화 공정, 질소•인 회수 공정과 같은 친환경적 처리 및 자원 회수 기술 개발에 집중하고 있다.
한편, 농장에서 배출된 가축분뇨는 사육장 아래 피트 또는 외부 저장조에서 처리 시설로 이송되기 전 장기간(1~6개월) 체류되며, 이 때 다양한 오염물질을 배출한다. 악취는 가축분뇨에서 배출되는 대표적인 오염물질로 농장 운영의 가장 큰 골칫거리이며 농장에서는 상당 금액을 투자하여 이 문제를 해결하기 위해 오랜 기간 노력해오고 있지만, 관련 민원은 해마다 증가하고 있는 실정이다. 악취를 저감시키기 위한 기술로 스크러버, 바이오필터, 오존 산화, 미생물 제재와 같은 기술들이 개발 및 적용되고 있지만 악취 배출 저감에 큰 효과를 거두지 못하고 있다.

다른 오염물질로는 온실가스가 있다. 악취에 비해 시민들의 생활에 미치는 영향이 적기 때문에 그 동안 국내에서는 많은 관심을 받지 못했다. 하지만 UN 식량농업기구(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)에서 발표한 자료에 따르면 가축분뇨의 온실가스 배출량은 인간의 산업 활동에 의해 배출되는 전체 온실가스의 6~10%나 차지할 정도로 주요 배출원으로 알려져 있어 유럽을 중심으로 한 선진국에서는 이미 상당히 오래전부터 가축분뇨 저장 및 관리 기술에 많은 관심을 보이고 있다. 국내 온실가스종합정보센터에서 발표한 국내 축산업의 온실가스 배출량은 약 9.4백만 톤 CO2 eq.으로 추정되며 이중 약 57%(5.4백만 톤 CO2 eq.)가 가축분뇨로부터 기인하는 것으로 알려져 있다. 이는 파리협정 의거 농축산 분야 의무 감소량(2030년까지 1∼2백만 톤)을 초과한 양으로 국내에서도 많은 양의 온실가스가 가축분뇨로부터 배출되는 것을 예상할 수 있다. 현재까지 국내에서는 IPCC 가이드라인을 기반으로 가축분뇨의 온실가스 배출량을 산정하고 있으며 국내 가축분뇨 배출량의 50% 이상을 차지하고 있는 돈분뇨에서 톤당 약 45 kg CO2 eq.(메탄 기준)의 온실가스가 배출되는 것으로 추정하고 있다. 하지만, 실제 배출량은 분뇨가 피트 및 저장조에 체류되는 기간에만 산정할 경우에도 2배를 초과할 수 있다는 연구 결과를 본 연구팀에서 얻을 수 있었으며, 이에 대해서는 2부의 글에서 상세히 설명할 예정이다.

온실가스 및 악취 저감을 위한 새로운 방법
대표적인 온실가스로는 메탄(CH4)과 아산화질소(N2O)가 있으며 가축분뇨의 저장 조건에 따라 배출되는 가스는 달라진다. 메탄은 산소의 농도가 희박한 혐기성 조건에서 유기물들이 다양한 미생물들의 복합작용에 의해 분해되면서 생성된다. 아산화질소는 크게 질산화와 탈질화 과정 중에 생성될 수 있으며 이중 산소가 필요하지 않은 탈질화를 통해 대부분 생성된다. 하지만 탈질화가 되기 위해서는 산소가 필요한 질산화가 선행되어야 하므로 산소 공급이 용이한 조건에서 많이 배출된다. 국내에서 배출되는 가축분뇨는 일반적으로 공기와의 접촉이 용이하지 않은 피트나 외부 저장조에서 저장되므로 이 기간 동안에는 대부분 메탄의 형태로 배출되며 토양의 부족한 양분을 보충하기 위해 가축분뇨를 토양에 살포하면 아산화질소의 배출량이 크게 증가하는 것으로 알려져 있다.
가축분뇨에서 배출되는 악취 물질로는 암모니아(NH3)와 황화수소(H2S)) 등이 있다. 대표적인 가축분뇨의 악취 물질인 암모니아는 미생물의 분해 작용에 의해 생성된 암모니아가 대기로 확산되면서 배출된다. 이와 같이 배출된 암모니아는 국내 전체 암모니아 가스 배출량의 70%나 차지하고 있고 최근 암모니아가 미세먼지 형성을 촉진하는 전구물질로 보고되고 있어 이를 줄이기 위해 국내⦁외에서 많은 관심을 기울이고 있다. 인체에 치명적인 유독성을 가지고 있는 물질인 황화수소는 가축분뇨 내 황을 포함한 유기물질 또는 무기황으로부터 생성가능하며 대부분은 유기물질로부터 배출되는 것으로 알려져 있다. 이 가스는 취기한계가 암모니아에 비해 약 1,000배나 낮아 상당히 낮은 농도만 존재하더라도 악취를 유발할 수 있다.
 온실가스와 악취는 성분은 다르지만 가축의 장내미생물이 유기물을 분해하면서 배출하므로 생산 기작에는 큰 차이가 없다고 볼 수 있다. 이는 음식물을 냉장고에 저장하여 신선함을 유지하는 것과 같이, 분뇨가 저장조에 머무르는 기간에 생물학적 분해를 억제하면 온실가스와 악취의 원천적 발생을 차단할 수 있음을 의미한다. 이와 관련하여, 덴마크, 프랑스, 영국 등의 선진국에서는 다양한 기술을 활용하여 가축분뇨에서 배출되는 온실가스를 줄이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 한가지 예시로 덴마크에서는 산성 물질인 황산을 가축분뇨에 첨가하여 암모니아 휘발을 억제함과 동시에 장내미생물의 활성도를 떨어뜨려 메탄 배출량을 70~80% 감량에 성공하였다. 하지만, 황산은 강산으로서 이용 시 위험성이 있고, 후처리 시 황화수소의 배출을 증가시킬 수 있다는 단점이 있다. 이러한 점을 극복하기 위하여 2017년 Non-CO2 온실가스사업단에서 새로운 기술 개발을 하고 있으며, 현재 파일롯까지 검증된 단계이다. 특히 온실가스와 악취 배출이 억제된 가축분뇨는 후처리인 바이오가스화율 증진에도 큰 효과를 보일 수 있는 장점이 있다. 다시 강조하자면, 황당한 이야기일수도 있지만, 기피 대상인 분뇨를 냉장고에 저장하여 보관하면 깨끗한 돈사환경 조성은 물론 지구를 살릴 수 있다. 이와 관련한 연구 결과에 대해서는 2부에서 자세히 소개하도록 하겠다.

 



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