탄소중립이 전 세계적 관심사로 떠오르면서 우리 농업에도 친환경 영농에 대한 중요성이 부각되고 있다. 1992년 UN 기후변화협약으로 시작해 2021년 파리협정까지 이어지면서 2050년 자발적 탄소중립을 달성하기 위한 세계적 움직임이 계속되는 가운데, 농림축산식품부는 농업 현장에서 온실 가스 배출을 줄이기 위해 규제가 아닌 ‘농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업’을 시행하고 있다.

 

농림축산식품부의 ‘농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업’은 온실가스 배출 규제 대상이 아닌 농가(사업자)가 자발적으로 저탄소 농업기술(16가지 방법론)을 이용하여 온실가스를 감축하면 정부가 이를 인증하고 t당 1만 원의 인센티브를 지급하는 사업이다.
농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업 방법론은 에너지 이용 효율화, 신재생 에너지 사용, 합성비료 절감 등 기존 15가지에 바이오차(Biochar)를 활용한 저탄소 농업기술이 추가되면서 총 16가지로 확대됐다.

탄소중립의 또다른 실마리 ‘바이오차’
지난 2018년 기후변화에 관한 정부 간 협의체(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) 특별보고서에 바이오차가 처음으로 이산화탄소 제거기술의 하나로 포함되어 많은 주목을 받았다. 

바이오차 활용 저탄소 농업기술이란 식물계(나무, 초본, 왕겨 등) 바이오매스를 원료로 만든 바이오차를 농경지에 살포하여, 바이오차가 탄소를 토양에 고정시켜 이산화탄소(CO2)가 대기 중으로 배출되는 것을 억제하는 기술이다.

바이오차는 벌집 모양의 미세한 공극구조로, 천연 필터 역할을 해 토양 속 중금속이나 농약을 흡착하는 효과가 있다. 또한 기존 토양 개량제와 달리 친환경 유기자재로 악취가 없어 농촌 생활환경 개선에도 효과가 있다.

농가에서는 수확량 증대를 위해 매년 토양 개량 활동을 하고 있는데 바이오차를 사용하면 토양 산성화 방지, 바이오차 특성 상 많은 기공을 보유함으로써 근권부에 환경을 개선하고 비효를 보유할 수 있어 토양 내 양분 저장 능력을 향상시킬 수 있다. 또한 토양에 탄소고정 효과가 있어 최근 이슈인 저탄소 농업에 기여함은 물론 정부 사업에 참여해 인센티브도 얻을 수 있다.
농식품부 감축사업에 참여를 위해서는 ① 350℃ 이상 가열(열분해 또는 가스화) ② H/C(수소/탄소) 분자비(molar ratio) 70% 미만인 제품으로, 적용기준을 모두 만족하는 바이오차를 사용해야 한다. 특히 높은 온도에서 만들어진 바이오차일수록 분해가 많이 되어 산소와 수소 함량이 줄어들고, 탄소의 함량이 증가한다. 즉, 안정성이 높아지고, 기공이 증가하고, 표면적이 증가한다. 따라서 높은 온도에서 생산된 바이오차일수록 탄소저장 효과가 높다고 할 수 있다.

참고·바이오차(Biochar)를 이용한 농림업부문 기후변화 대응 적용사례(우승한)

 

 

탄소중립과 생육촉진의 새로운 해답 ‘바이오차(Biochar)’

현재 우리나라 농업 현장에서 바이오차는 생소한 유기자재로 여겨지지만, 그 관심도는 꾸준히 오르고 있고 실제 필요에 따라 이미 적극적인 활용을 하는 곳도 있다. 월간원예는 송년특별기획으로 국립농업과학원 이선일 연구사, (주)누보 신사업팀 김응준 팀장 두 분 전문가의 의견을 빌려 독자 여러분께 바이오차(Biochar)의 개념과 전망에 대한 이해의 폭을 넓혀드리고자 한다.

Q. 먼저 바이오차의 기념 개념에 대해 말씀 부탁드립니다.

김응준 팀장 - 목본, 초본 등의 식물과 톱밥 볓집, 축산분뇨 등 산업 활동에서 발생하는 폐 유기성 자원을 바이오메스라고 하며, 이를 산소가 없는 제한된 조건에서 열분해로 인해 만들어진 숯 형태의 신개념 친환경 물질로 뛰어난 물리성을 가지고 있으며, 탄소절감 및 토양계량에 효과가 높습니다.

이선일 연구사 - 바이오차(Biochar)는 바이오매스(biomass)와 숯(charcoal)의 합성어로, 바이오매스를 산소가 없는 환경에서 열분해하여 만든 탄소 함량이 높은 고형물입니다. 바이오차를 토양에 투입하면 탄소를 반영구적으로 저장해 토양 속에서 탄소를 격리할 수 있습니다.

Q. 최근 탄소중립이 전 세계적 이슈로 떠오르면서 지속가능한 친환경 농업에 대한 관심이 커지고 있다. 바이오차에 어떤 역할과 효과를 기대할 수 있습니까?

 

 

이선일 연구사 - 바이오차를 토양에 투입·저장하면 대기 중 이산화탄소 농도를 줄일 수 있어 기후변화 완화기술로 주목받고 있습니다. 바이오차는 분해 안정성이 높아 반영구적(100년 이상)으로 농경지 토양에 격리·저장 유지할 수 있습니다. 토양 내에서 바이오차의 일부가 분해되더라도 장기간 저장되는 탄소는 초기에 흡수된 이산화탄소의 약 20% 정도가 되며, 이는 탄소 네거티브입니다 (그림 1).

바이오차는 탄소격리 효과 이외에도 농경지 토양의 양분 흡착능력 향상으로 농경지 토양에서 발생하는 온실가스인 아산화질소(N2O) 줄일 수 있으며, 메타 분석으로 동아시아지역 연구 결과를 분석한 결과 N2O 배출량이 평균 21.1±2.4% 감소했습니다.(그림 2) 또한 염류가 집적된 토양에서는 물리성을 개량하여 작물 수확량 증진 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 880건의 연구 결과를 분석한 결과 작물 수확량은 평균 11% 증가했습니다.(그림 3) 

김응준 팀장 - 우리나라 정부에서도 ‘탄소중립 2050정책’으로 저탄소 경제구조를 만들기 위해 국가 전체적으로 많은 정책과 지원이 진행되고 있습니다.

이에 발맞추어 농림축산식품부 에서도 저탄소 농업기술을 활용하여 생산 전과정에서 온실가스 배출을 줄인 농축산물에 저탄소 인증을 부여하는 제도인 “저탄소 농축산물 인증제”를 시행하고 농업계에서 온실가스 저감을 위해 활용할 수 있는 방안으로서 바이오차를 주목하고 있습니다. 

바이오차를 사용함으로서 질소분해시 발생될 온실가스 흡착하여 대기로 방출하지 않고 지중으로 분산시킴으로서 온실가스를 저감하는 효과를 분수 있습니다.

Q. 바이오차의 구체적인 활용 방안이나 사례에 대해 말씀 부탁드립니다.

김응준 팀장 - 바이오차는 단순히 온실가스 저감을 위한 목적 뿐 아니라, PH가 중성에서 알칼리성 사이로 토양의 산성화를 방지하고, 많은 기공으로 작물의 근권부에서 산소를 공급하며 기공을 통해 토양 내에서 수분과 비분을 보관하는 역할을 합니다.

이를 통하여 지속적으로 수분과 비분을 작물에게 공급해 주며, 작물에게 습해 및 환경적인 스트레스를 줄여주는 역할을 하게 됩니다. 

실제의 사례로서 강원도 고랭지 지역은 높은 경사도와 척박한 환경으로 새벽이슬로만 농사를 짓는다고 할정도로 토양 및 수분과 비분의 유실이 매우 심한 환경입니다.

그래서 고랭지 농가의 경우 수분관리와 비분관리에 특히 신경을 많이 쓰는데, 대표적인 고랭지인 태백에서 산나물을 재배하고 있는 농가에서 바이오차를 사용하고 바이오차의 보습력과 보비력 및 토양계량 효과로 인하여 비료사용과 관수를 주변 농가와 대비하여 훨씬 줄일 수 있었던 예가 있었습니다.  

이선일 연구사 - 바이오차 다양한 용도로 활용이 되며 토양개량제, 퇴비 제조 시 첨가제, 수처리 등의 목적으로 사용되고 있습니다. 농업적 활용으로 토양개량제로 활용은 작물 재배 전에 밑거름 투입과 동시에 바이오차를 표토 전면에 흩뿌린 다음 로터리를 하여 표토 내 균등하게 혼합할 수 있습니다 (그림 4).

바이오차를 가축분 퇴비와 혼합하여 펠릿화한 것을 토양에 투입하기도 합니다.
또한 고설재배, 양액재배 배지, 육묘장에서도 각각 용토 및 상토에 일정 비율의 바이오차를 혼합하여 보습, 보비, 통기성을 개선하고, 뿌리 성장을 촉진하는 목적으로 사용하기도 합니다. 

Q. 국내·외 바이오차 산업은 태동기에 있습니다. 경쟁력을 갖추기 위한 조건은?

이선일 연구사 - 바이오차는 농경지 토양의 물리적, 화학적 개량을 통한 작물 생산성을 증진하는 측면과 토양 탄소저장 및 온실가스 배출 저감의 탄소중립 측면에서 활용 효과는 검증되었습니다. 하지만 바이오차의 구입 가격이 이용 제한요인이므로 경제성 개선방안이 요구됩니다. 따라서 농과원을 비롯, 농업연구기관에서는 경제성을 개선하기 위한 연구를 계획하고 있습니다. 탄소중립 관련 국가사업과 연계를 확대하기 위해 감축 사업 적용 방법론 개발, 환경·경제성 전과정평가 및 현장 실증연구를 추진할 계획입니다.

김응준 팀장 - 한국의 바이오차 산업은 이제 막 시작하는 단계에 있습니다. 바이오차를 생산하고 판매하는 업체도 많지 않은 상황이며, 업체별 제품별로 제품의 특징이나 스펙 또한 제각각입니다.

바이오차에 대한 관리법이나 지침이 아직 미비한 상태로 온실가스 저감을 위한 탄화온도의 기준 등이 확정되지 않아 시장에는 지금까지는 저온탄화 바이오차 제품들이 주를 이루고 있었습니다.

 저온탄화 제품의 경우 H/C몰이 높아 온실가스 저감효과가 현저히 떨어지게 되는 문제가 있었습니다. 이와 관련하여 최근 바이오차 제품의 탄화 온도에 따른 온실가스 저감량에 대한 기준이 마련되면서 당사 바이오차를 비롯한 고온탄화 제품에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 
당사 바이오차의 경우 IPCC(유엔산하 기후협약기구)에서 인정하는 국제기준 측정방법을 통해 한국농업기술진흥원에서 자발적 탄소감축사업에 적합성을 인정받은 제품입니다.

사용적인 측면에서 보자면, 지금까지 시장에 유통되는 제품은 사용자의 편의성을 전혀 고려하지 않은 제품들이 대부분이었습니다. 농업인구의 감소와 고령화로 기계를 이용한 살포가 반드시 필요했으나, 대분의 제품이 분상이나 미립자 형태로 출시되어 농가에서 사용 시에 바이오차 가루가 주변으로 다 날려 물을 뿌려가며 사용하고 기계시비가 어려워 직접살포를 하여 많은 노동력이 들어가는 등 개선을 해야할 부분이 많이 있었습니다. 당사에서는 이점에 주목하여 식물계 바이오매스 중 비중이 높은 야자열매의 껍질을 고온에서 탄화시켜 제품화 하는데 성공하였습니다. 높은 비중으로 수분을 추가로 첨가 하지 않아도 농업현장에서 사용 시 날림이 없고 입자화가 되어있어 기계시비가 가능하도록 만들었습니다.   

앞으로 바이오차 산업은 지속적으로 성장할 것이라고 예상하고 있으며, 시장에 유통되고 있는 제품 또한 기술의 개선과 발전이 지속적으로 이루어 질 것이라고 보입니다. 

Q. 마지막으로 바이오차를 활용하게 될 우리 농업현장에 한 말씀 부탁드립니다.

김응준 팀장 - 바이오차라는 농자재가 농업현장에서는 아직은 낯설고 익숙하지 않은 제품입니다. 하지만, 전 세계적으로 심각한 기후위기와 지구온난화의 속도를 늦추기 위함과 동시에 최적화된 영양과 수분의 공급으로 농민의 어려움인 토양개선 문제의 해답을 줄 수 있는 제품입니다.
토양의 복원을 통한 건강한 농작물 수확과 함께 탄소배출권 획득, 저탄소 농축산물 인증 등 선진화된 영농을 위한 바이오차 사용을 검토해 보시길 권합니다.  

이선일 연구사 - 바이오차는 국제 사회에서 기후변화를 완화할 수 있는 소재로 인정됨에 따라, 다방면에 널리 활용될 것으로 전망됩니다. 전 세계 바이오차 시장규모에 대해 평가한 보고서(Transparency market research, 2021)에 따르면, 시장규모는 연간 15.4% 성장할 것이며, 가치는 2031년까지 약 63억 달러를 넘어설 것이며, 농업 분야에서 활용도가 높을 것으로 예상됩니다. 이러한 바이오차가 농업 현장에서 알맞게 사용되기 위해 적용조건별 표준 사용기준을 설정하여 보급할 계획입니다.
‘탄소중립’ 쉽지 않은 도전이지만, 미래세대를 위해 꼭 이뤄야만 하는 목표입니다. 농업에서 바이오차 활용은 탄소중립에 작은 도움이 되는 활동입니다. 바이오차 활용 확대에 관심을 두어주시길 바랍니다.