2012년 하수슬러지와 가축분뇨, 2013년에는 음식물 탈리액(이하 음폐수)의 유기성 폐기물에 대한 해양배출규제 즉, ‘런던협약 96의정서’로 인해 해양배출이 금지된다.

이러한 문제로 인해 국내에서는 경제위기 타개와 에너지 자립도를 높이기 위한 차원에서 선진국을 중심으로 녹색성장에 대한 관심이 고조되고 있는 상황이다.

이 같은 현실에서 제한된 자원을 재이용 하는 자원순환형 사회로의 변화가 절실히 요구되고 있다.

혐기성소화, 자원 창출과 온실가스 감축

이러한 세계적인 추세에 절실히 요구되는 것이 자원순환의 기술이다. 그런데 우리나라는 순수한 자원순환 국산 기술을 가진 업체가 많지 않다.

최근 유기성폐기물로 바이오가스를 생산해 낼 수 있는 국산 순수기술로, 자원순환을 통해 신재생에너지를 생산해낼 수 있는 기술을 통해 주목받고 있는 환경기업이 있다.

질소 안정화를 통한 유기성폐기물·폐수의 신개념 에너지화 공법을 개발한 (주)안나비니 테즈(대표이사 최두호)는 신재생에너지 가운데 하나인 ‘폐자원 에너지화 기술’과 ‘지구온난화 가스저감기술’을 연구개발해 사업화를 이뤄내 주목받고 있다.

특히 혐기성소화에 관련한 기술에 중점을 두고 유기성 폐기물로부터 발생될 수 있는 모든 문제점을 원천적으로 해결함으로써 두 마리의 토끼를 잡는데 성공했다.

첫째로 유기성폐기물을 자원으로 전환시켜 국가적인 비용을 절약할 수 있고, 둘째로 이 폐기물로부터 신재생에너지를 생산하여 결국은 온실가스를 감축하는 효과를 얻을 수 있다는 것이다.

(주)안나비니 테즈는 대한민국을 대표하는 이탈리안 외식기업인 ‘안나비니’를 기반으로 2009년에 창립됐다.

음식물쓰레기를 줄이려고 시작한 노력이 현재는 폐기물의 최소화와 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 줄이는 값진 기술로 창출된 것이다. 핵심부서인 환경사업부에서는 유기성 폐기물을 이용한 사업화로 ‘혐기성소화’를 통한 음식물 쓰레기의 처리 및 자원화 그리고 에너지화에 초점을 맞추고 있다.

이로써 (주)안나비니 테즈는 국가의 녹색성장 패러다임에 발맞춰 환경사업과 신재생에너지 사업으로 세계를 선도하는 기술력으로 세계시장을 주도한다는 계획아래 오늘도 연구 개발에 박차를 가하고 있다.

밥과 반찬 그리고 황금비율, ‘미생물’이 편안해야 ‘황금알(에너지)’을 낳는다.

혐기성소화는 하수슬러지 등 유기성 고형물질의 안정화 즉, 부피감소를 위해 널리 이용되어온 오랜 공법 중 하나다.

분자상태의 산소가 존재하지 않는 환경조건 아래 미생물(박테리아)에 의해 유기물질을 분해하는 공정이며, 그 부산물로 바이오가스가 생산되는 것이다.

예를 들어 혐기성소화는 음식물쓰레기를 처리하는 기기 내에서 미생물이 살기 좋은 조건을 만들 경우, 미생물이 기기내로 들어오는 음식물쓰레기를 섭취하면서 가스를 배출하게 되고 그 나머지가 맑은 물로 나오는 현상을 말한다.

결론적으로 100이 들어가면, 90은 가스로 나오고 나머지 10은 물로 나오는 질량보존의 법칙에 따르게 되어 있다고 말한다. 이를 최 대표는 ‘밥과 반찬’, ‘황금비율’의 비유로 설명한다.

“우리가 식사를 할 때, 밥과 반찬 둘 중 어느 하나라도 지나치게 많을 경우, 결국 어느 한 가지는 남길 수밖에 없게 됩니다. 미생물도 마찬가지입니다.

미생물이 살기 좋은 환경의 비율을 만들지 못하면 미생물이 살아남지 못하게 됩니다. 혐기성소화조내 미생물의 활성도+를 극대화하기 위한 최적의 환경이란 초기 소화조 내의 질소와 알칼리도, 질소 부하율, 유기물 부하율, 혐기성소화조의 용량 등의 비율조건을 말합니다.

이러한 조건 즉, ‘황금비율’이 충족되었을 때 바이오가스의 생산량이 증가하게 됩니다.”

최대표의 말처럼 바이오가스의 생산량은 유출수에서의 유기물 농도와 관계가 높다.

바이오 가스 생산량이 높을수록 COD 배출농도는 감소하여 맑은 물이 배출되고, 반대로 바이오가스 생산량이 낮다는 얘기는 음식물쓰레기가 소화가 덜 되어 COD 배출농도가 높게 배출된다.

최대표는 “무엇보다도 미생물이 활발히 살아 움직일 수 있는 환경을 만드는 것, 즉 밥과 반찬을 적절하게 조절할 수 있는 ‘황금비율’이 제일 중요하다고 강조한다.

국내의 혐기성소화조 시설운영에 있어서 최 대표는 “혐기성소화의 충분한 기술적 검토가 이뤄지지 않은 상태에서의 시설운영은 결과적으로 국가적 예산 낭비뿐만 아니라 혐기성소화방식에 대한 신뢰도마저 저하시킬 수 있다”고 우려한다.

국내 혐기성소화조는 대부분 소화시설의 배출 COD농도가 1만~4만mg/L의 범위로 알려져 있다.

이 조건에서 소화조로부터 생산되는 바이오가스가 이론적인 수치에 가깝게 생산된다고 한다. 이에 대해 혐기성소화조 관련 국내 일인자로 꼽히는 안나비니 테즈 기술연구소의 허관용 소장은 “혐기성 소화조의 소화효율을 고려할 때 의문점으로 남는 부분이 있다”고 이에 대한 문제점을 제기한다.

허 소장에 따르면 “소화조 유출수 COD농도가 1만mg/L일 경우의 소화효율을 가정했을 경우, 초기 조건은 1일 음식물(또는 음폐수) 100m3/d의 유량으로 소화조에 유입하면 소화조 유입 COD 20만mg/L, 유출 COD 1만mg/L이라는 결과가 나온다. 하지만 대부분 소화효율을 95%로 정의한다.”

허 소장은 이같이 소화효율을 산출하는 방식은 소화조 내의 COD농도를 고려치 않은 계산이라고 전한다.

기존 소화조의 소화효율을 외국에서 범용적으로 사용하는 소화효율 계산법으로 산출하면, 결국은 40% 전후의 소화효율이라고 말하는 것이 바람직하다는 것이다.

또한 소화효율 계산법에 의해 소화조 내에서 소화효율이 40% 정도라면, 이에 비례해 바이오가스의 생산량 또한 40% 수준에서 생산되어야 한다는 것이다.

따라서 배출 COD농도가 2만mg/L, 3만mg/L, 4만mg/L일 때 소화효율은 각각 약 25%, 19%, 15% 정도여야 함에도 불구하고 바이오가스 생산량은 이론치에 근접한 양을 생산하고 있다는 주장은 “물리학의 허수”라며, 이를 반박한다.

그에 반해 안나비니 테즈의 공법에 의하면 나오는 COD의 농도가 1,500mg/L이하이며 질소농도가 400mg/L이하로 소화효율은 90% 이상으로 이론치의 가스를 생산할 수 있다고 주장한다.

그리고 다른 예로 과부하에 대해 “일부 지자체에 설치되어 있는 음식물쓰레기 에너지화시설의 가동이 정지된 이유가 ‘탈수기의 고장’으로 알려져 왔다.

하지만 당시 탈수기 고장의 근본적인 원인은 탈수기로 유입되는 고형물 부하가 증가했기 때문인 것으로만 알려졌다.

그러나 소화조 유출수의 COD가 2만~4만mg/L 정도에서의 고형물 농도는 설계 당시보다 2~4배의 고형물이 탈수기로 유입되어 과부하를 받기 때문에 문제가 발생할 수 있다.

결과적으로 탈수기 장애 발생의 근본 원인은 혐기성 소화조의 분해가 충분히 이뤄지지 않아, 이를 해결하기 위한 과정(과부하, 희석)에서 발생한 것으로 판단된다”는 것이 과부하에 대한 허 소장의 설명이다.

혐기성소화조 공정 설계, 운전에 관한 지침 정립 필요

바이오가스를 생산해 낼 수 있는 유기성폐기물 처리의 새로운 기술에 대한 아이템 개선방안이 도출 또는 수립될 수 있도록 정부정책이 개방되어야 한다.

우리나라 특성상 유기성 폐기물이 많고 이를 에너지(혐기성소화)화 하는 분야에서는 하·폐수와는 달리 공정의 적정한 정책이 이뤄지지 않게 되면 지속적으로 운전의 악순환이 반복되기 때문에 시설의 초기설계단계부터 정확한 설계가 필요하다.

아울러 혐기성소화의 기본원리 및 연구단계의 재정립도 필요하다. 외국기술의 국내 도입 시에는 단순한 겉모습, 설계도면의 벤치마킹에 그치는 것이 아닌, 그 기술이 가지고 있는 기본 원리 및 운영 노하우 등도 반드시 함께 도입해야 한다.

최 대표는 “국내 혐기성소화조는 30~40년 역사를 가지고 있지만 지금까지 혐기성소화조의 형태, 모습, 특이사항 등의 물리적인 측면에 치우친 연구로 수행됐을 뿐 생물학적 측면의 연구는 간과되어 왔다. 따라서 이제는 생물학적 처리과정인 혐기성소화의 생물학적 원리에 대한 관심과 연구가 필요하다”는 점을 분명히 했다.

그리고 그는 기존 시설의 문제점을 보완 및 개선해 혐기성소화조 공정 설계 및 운전에 관한 지침의 정립이 요구되는 상황인 만큼 먼저 소화조 운전 실패의 원인 규명이 가장 우선시 돼야 한다고 언급한다.

아울러 현재 운영 중인 혐기성소화 시설의 심층적인 점검으로 현 상황을 정확하게 파악하고 이에 대한 보완 및 개선 방안 마련과, 소화조 설계 및 운전에 관한 보편화된 지침을 마련해 기본·실시 설계 시 이를 반드시 반영해야 한다는 것을 강조했다.

또한 향후에는 혐기성소화의 설계 및 운영을 담당하고, 이 분야의 전문가를 양산하는 교육프로그램과 별도의 전문기관의 필요성도 역설했다.

안나비니 테즈는 산하에 환경연구소도 설립해 오늘날 환경 분야에서 전 세계적으로 문제가 되고 있는 지구온난화와 관련 지난 2009년에 우수한 연구개발 인력을 바탕으로 에너지 소재개발, 분석, 설비기술 차별화를 토대로 차세대 신재생에너지개발(혐기성소화, 활성탄 및 K-1 시스템)을 통해 21세기 친환경적인 에너지원 개발을 위해 혼신의 힘을 다하고 있다.

이와 관련 최 대표는 “우리 환경연구소는 국내는 물론 미국, 몽골, 중국, 러시아 등 국외 연구소와 유기적인 협력체계를 구축해 지역적 특색에 맞는 신재생에너지 방안을 연구·개발 효율성을 증대시키는데 더욱 주력할 것”이라고 밝혔다.

그와 더불어 최 대표는 “혐기성소화는 국내외 유기성 폐기물 관리 추세를 반영한 적절한 육상처리 대안이 될 수 있다.

이를 통해 환경문제를 해결하는 동시에 화석연료의 대체에너지로 생산해 국내 온실가스 감축에 기여할 수 있을 것”으로 기대했다.

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