커피찌꺼기.[지구하다 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 최근 급증하고 있는 생활폐기물 ‘폐 커피찌꺼기’를 재활용해 무연탄급 고급연료로 만드는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

전 세계적인 커피 소비 증가로 연간 1000만 톤 이상의 커피찌꺼기가 발생하고 있지만 대부분 매립되거나 소각되며 온실가스 배출과 환경오염 문제를 유발하고 있다.

한국지질자원연구원(KIGAM) 자원활용연구본부 박태준 박사 연구팀은 ㈜갓테크와 함께 수분 55%를 함유한 젖은 커피찌꺼기를 별도의 건조나 탈지(기름 제거) 과정 없이 단 90초 만에 고품위 바이오차(biochar)로 전환하는 ‘화염 플라즈마 열분해’ 기술을 개발했다.

바이오차(Biochar)란 바이오매스(Biomass)와 숯(Charcoal)의 합성어로, 곡물의 줄기, 동물의 배설물, 음식물 찌꺼기 등의 유기물질을 350℃ 이상의 산소가 희박한 조건에서 열분해해 만든 물질이다. 숯처럼 탄화하면 미생물이 분해하기 어려운 다환방향족 구조를 형성하기 때문에 유기물이 저장한 탄소의 20% 정도는 분해되지 않고 그대로 땅 속에 붇혀 장기간 동안 땅 속에 탄소를 저장할 수 있다.

화염플라즈마 공정 처리 과정.[한국지질자원연구원 제공]

이 기술은 LPG(액화석유가스)와 압축공기를 연소시켜 약 800~900℃의 대기압 화염 플라즈마를 생성, 이를 이용해 고수분 바이오매스를 직접 처리하는 방식이다. 기존 열분해 공정에서는 수분 제거를 위한 사전 건조가 필수적이지만, 이 기술은 이러한 전처리 과정을 완전히 생략할 수 있다는 점에서 차별성을 지닌다.

연구팀이 90초 처리 조건에서 수행한 실험 결과, 원료(커피찌꺼기 21.8MJ/kg) 대비 약 33% 향상된 29.0 MJ/kg 수준의 발열량을 확보해 일반 무연탄과 유사한 고품위 고체연료 특성을 나타냈다. 또한 고정탄소 함량은 약 3배(15.6% → 46.2%) 증가하고, 황 성분은 완전히 제거되어 연소 시 황산화물(SOx)이 발생하지 않는 친환경적 특성을 보였다. 비표면적 역시 115.4 m²/g까지 증가해 활성탄 전구체나 흡착 소재로의 추가 활용 가능성도 확인됐다. 기존 열분해 공정에서 문제가 되었던 연기나 타르 등 2차 오염물질의 발생도 거의 나타나지 않았다.

박태준 한국지질자원연구원 박사.[한국지질자원연구원 제공]

공정 효율 측면도 크게 개선됐다. 기존 수열탄화 공정(1~6시간) 대비 최소 40배에서 최대 240배, 토레팩션 공정(30분 이상) 대비 약 20배 이상 처리시간 단축할 수 있다. 또한 전기 기반 플라즈마 장치 대비 에너지 소비를 줄일 수 있어 경제성과 친환경성을 동시에 확보했다.

박태준 박사는 “이번에 개발한 기술은 폐기물을 단순 처리 대상이 아닌 고부가가치 에너지 자원으로 전환하는 새로운 기술적 패러다임을 제시한 것이다.”고 밝히며, “향후 다양한 고수분 유기성 폐기물로 적용 범위를 확대하고, 공정 최적화와 실증 연구를 통해 산업 현장에 적용 가능한 상용화 기술로 발전시켜 나가겠다.”고 말했다.

이번 연구성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 게재됐다.