전 세계 커피 소비 증가로 연간 1000만 톤 이상 커피 찌꺼기가 발생하며 환경오염·온실가스 배출 문제를 유발하는 가운데, 이를 효율적으로 자원화할 수 있는 기술이 개발됐다.
한국지질자원연구원(원장 권이균)은 박태준 자원활용연구본부 박사팀이 갓테크와 공동으로 수분 함유 55%의 젖은 커피찌꺼기를 별도 건조·탈지(기름 제거) 과정 없이 90초 만에 고품위 바이오차(biochar)로 전환하는 '화염 플라즈마 열분해(FPP)' 기술을 세계 최초 개발했다고 20일 밝혔다.
이 기술은 액화석유가스(LPG)와 압축공기를 연소시켜 약 800~900도 대기압 화염 플라즈마를 생성하고, 이를 이용해 고수분 바이오매스를 직접 처리하는 방식이다. 기존 열분해 공정과 달리 수분 제거를 위한 사전 건조를 완전히 생략할 수 있다.
플라즈마 초고온 에너지로 내부 수분이 기화하면서 입자 내부 압력이 상승하고, '팝콘 효과'라 불리는 미세 폭발이 발생하는데, 이 과정에서 수분이 탄화 반응을 촉진하는 수증기 활성화제로 작용해 다공성 구조 형성과 반응 속도 향상에 기여한다.
이 기술은 공정 효율 측면에서 큰 장점을 보인다. 기존 수열탄화 공정(고온·고압의 물속에서 젖은 폐기물을 고압솥처럼 찌듯이 가열해 숯 형태로 만드는 기술) 대비 최소 40배에서 최대 240배, 토레팩션 공정(산소가 없는 상태에서 건조된 폐기물을 200~300도 열로 구워 고체 연료 가치를 높이는 기술) 대비 약 20배 이상 처리시간 단축할 수 있다.
또 전기 기반 플라즈마 장치 대비 에너지 소비를 줄일 수 있어 경제성·친환경성을 동시에 확보했다. 무엇보다 고수분 원료를 그대로 활용할 수 있어 건조에 필요한 에너지 비용과 공정 복잡성을 획기적으로 낮춘 것이 핵심 성과로 평가된다.
박태준 박사는 “이번 개발 기술은 폐기물을 단순 처리 대상이 아닌 고부가가치 에너지 자원으로 전환하는 새로운 기술적 패러다임을 제시한 것”이라며 “향후 다양한 고수분 유기성 폐기물로 적용 범위를 확대하고, 공정 최적화와 실증 연구를 통해 산업 현장에 적용 가능한 상용화 기술로 발전시켜 나가겠다”고 말했다.
이번 연구 성과는 화학공학 분야 세계적 권위의 학술지인 'Chemical Engineering Journal'에 게재됐다.
향후 분산형·현장형(on-site) 폐자원 에너지화 설비로의 적용 가능성이 높을 것으로 기대된다. 특히 커피찌꺼기뿐만 아니라 음식물 쓰레기, 슬러지 등 다양한 고수분 유기성 폐기물로 적용 범위를 확대할 수 있어 산업적 파급효과도 클 것으로 전망된다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
