바이오차의 품질과 기능은 어떻게 만들어지는가에 따라 크게 달라집니다. 이번 글은 바이오차를 만드는 다양한 방법과 활용 가능한 원료의 종류에 대해 구체적으로 살펴봅니다.
1. 바이오차 제조의 핵심 원리 – 열분해(Pyrolysis)
바이오차는 산소가 거의 없는 환경에서 바이오매스를 가열하는 열분해(Pyrolysis) 과정을 통해 생산됩니다. 이 과정에서는 다음과 같은 결과물이 생성됩니다:
- 고체 : 바이오차 (Biochar)
- 기체 : 합성가스(Syngas, CO, H₂ 등)
- 액체 : 바이오오일(Bio-oil)
이 중 바이오차는 고형 탄소의 형태로 남아, 토양에 투입될 수 있는 중요한 자원이 됩니다.
2. 열분해 방식의 종류
열분해는 온도, 시간, 산소 유무에 따라 다음과 같이 나눌 수 있습니다:
- 저온 열분해 (Slow Pyrolysis) : 350~500℃ / 수 시간 이상 → 바이오차 수율이 높음
- 고온 열분해 (Fast Pyrolysis) : 500~700℃ / 수 초~수 분 → 바이오오일 수율이 높음
- 가스화(Pyrogasification) : 800℃ 이상 / 산소 또는 증기 일부 포함 → 합성가스 중심
토양 개선 및 탄소 저장을 목표로 할 경우, 일반적으로 저온 열분해 방식이 가장 효과적입니다.
3. 바이오차 원료로 사용 가능한 바이오매스 종류
다양한 유기성 폐기물이 바이오차의 원료가 될 수 있습니다:
| 분류 | 예시 | 특징 |
|---|---|---|
| 목질계 | 톱밥, 나무껍질, 나뭇가지 | 구조 안정성 높음, 다공성 우수 |
| 농업 잔재물 | 볏짚, 옥수수대, 왕겨 | 다량 확보 가능, 지역 농업 연계 용이 |
| 축산 분뇨 | 닭분, 돈분, 우분 | 양분 함량 높음, 악취 제거 효과 |
| 음식물 쓰레기 | 채소 껍질, 과일 찌꺼기 | 도시형 바이오차 원료로 주목 |
주의 : 원료의 수분 함량이 높을 경우 사전 건조 과정이 필요하며, 중금속이나 염분이 많은 폐기물은 부적절합니다.
4. 제조 시 품질에 영향을 주는 요소
- 열분해 온도 : 온도가 높을수록 안정된 탄소 구조 생성, 하지만 양분 손실 가능
- 시간 : 충분한 반응 시간이 구조 형성에 중요
- 원료 성분 : 목질계는 구조 안정성 우수, 분뇨계는 영양분 함량 높음
최종적으로 바이오차의 pH, CEC(양이온교환능력), 다공성, 탄소 함량이 이 변수들에 따라 결정됩니다.
5. 소규모 생산과 상업적 생산 방식
바이오차는 다음과 같은 규모에서 제조될 수 있습니다:
- 소규모: 농가용 드럼 열분해기, 벽돌가마 등
- 중규모: 지역 협동조합 단위의 반자동 열분해 장치
- 대규모: 산업용 컨베이어 시스템 및 가스 회수 장치 포함
규모에 따라 에너지 회수 효율 및 생산량이 달라지며, 탄소 크레디트 등록 여부도 영향을 받을 수 있습니다.