[순환경제㉚]‘커피 찌꺼기의 화려한 변신’ 국내·외 사례

[디지털비즈온 이호선 기자] 한국인의 커피애호는 어느정도일까? 현대경제연구원에 따르면 국내 1인당 커피소비량 평균은 353잔으로 하루 0.9잔을 마신다고 했다.

매일 전 세계적으로 22억 5천만 잔의 커피가 소비된다. 이들 각각은 평균 11g을 사용하며 연간 1,800만 톤의 커피 찌꺼기 쓰레기를 만들어낸다. 찌꺼기는 일반적으로 폐기되지만 이러한 종류의 남은 음식에는 여전히 귀중한 영양 성분이 포함되어 있다.

사용한 커피 찌꺼기에는 유기체의 번성을 돕는 영양소인 항산화제와 단백질이 포함되어 있으며 미세조류 배양을 위한 귀중한 영양 물질로 사용된다.

자원 재순환을 하면 1석2조의 효과를 볼 수 있다. 요즘처럼 기후변화에 탄소배출량도 줄이고, 소각 비용 대신 바이오디젤을 생산할수 있는 것이다.

바이오디젤은 대부분 농작물에서 공급된다. 특히 야자나무는 야자유를 생산하기 위해 베어져 식품 산업과 유기 디젤 생산에 사용된다. 다른 기름 공급원은 콩과 해바라기 씨앗에서 팜유를 생산하는데, 삼림 벌채를 유발하고 매년 수천 톤의 온실 가스 배출에 대한 책임도 생긴다.

◇영국, 커피 찌꺼기의 연구

사용한 커피 찌꺼기는 바이오디젤 생산을 위한 미세조류를 키우는 데 사용할 수 있는 오일과 영양소가 풍부하다고 영국 애스턴(Aston University)의 연구결과가 나왔다.

애스턴대학 과학자들은“커피 찌꺼기에는 10~15%의 바이오디젤을 구성하는 오일”이 포함되어 있고, “미세조류 배양을 위한 유기체의 번성을 돕는 영양소인 항산화제와 단백질이 포함되어 있다.”고 Innovation Origins 의 베스나 나지다노비치 박사가 설명했다.

과학자들은 유기체에 저항하는 능력이 있는 클로렐라 불가리스 (Chlorella vulgaris)라는 종을 선택하여 미세조류를 배양하는데 이용했다. 클로렐라는 녹색 미세 조류 일종으로 주로 건강 보조 식품 또는 단백질이 풍부한 식품 첨가물로 사용된다.

과학자들은“커피 찌꺼기에서 추출한 바이오매스는 여과와 건조과정”을 거쳐 추출된 유기 용매를 사용하여 미세조류 바이오매스에서 생성된 오일을 생산한다. 즉, 용매는 양조 과정에서 발생하는 것과 유사한 고체 바이오매스에서 오일을 선택적으로 추출한다. 이는 물이 풍미를 추출하는 용매인 커피 제조 과정과 유사했다.

연구원들은 미세조류를 성장시키는 착안점을 두어, 커피 찌꺼기에서 생성된 오일을 미세조류와 혼합하였더니 자유롭게 성장했다. 이 방법은 고형물의 총 함량이 1% 미만인 것에 비하면 효과적인 결과물의 산출이다. 결과적으로 이러한 방식으로 조류를 수확하는 것은 비용이 많이 들고 에너지 집약적인 과정임이 밝혀졌다.

이러한 이유로 과학자들은 이전에 폴리우레탄에서 조류를 키우는 견고한 구조를 실험을 거쳐유기체를 더 쉽게 수확할 ​​수 있는 좋은 식물 깔짚 시스템이 입증되었다.

영국 커피 협회에 따르면 Bio-Bean에서는 버려지는 커피 찌꺼기의 일부를 이용해 coffee log로 만들어 팔며 커피 찌꺼기를 재활용하고 있다. 바이오빈은 전국 800개 코스타 커피(Costa coffee)에서 연간 3천톤의 커피 찌꺼기를 수집하며, 네트워크 레일을 이용하는 수천 명의 승객들이 생산하는 수백톤의 커피 찌꺼기도 수집한다.

호주의 경우 비영리 환경단체인 Planet Ark Enviꠓronmental Foundation에 따르면 시드니의 카페에서 일년 동안 나오는 약 3,000톤의 커피 찌꺼기 중 7%만 재활용에 사용하고 나머지 93%는 모두 매립지에 버려진다고 보고하고 있다.

던킨도너츠는 자체적으로 사용한 커피 찌꺼기를 사용하여 에너지를 공급하는 바이오디젤을 생산하고 있다.

◇국내, 커피 찌꺼기의 연구 사례

현재 커피 찌꺼기 재활용에 대하여 다양한 연구가 시도되고 있지만 대부분은 아직까지 원천 기술개발 수준이고 여전히 실용화 및 활성화에 대한 문제가 남아있다. 커피 찌꺼기와 관련된 국내외 논문 발표 현황을 살펴보면 단순히 다방면으로 기술개발을 시도하고 이에 대한 특성을 파악해보는 수준에 머물러 있다.

커피 추출 폐기물 재활용 현황과 기술 동향 분석 자료에 의하면, 2013년 Kwon et al.의 바이오 디젤과 바이오 에탄올동시 생산 연구에 따르면 커피 찌꺼기로부터 바이오 에탄올을 직접 변환하는 것은 원료에 존재하는 중성지방과 유리산에 있는 느린 효소 때문에 바람직한 선택이 아닌 것으로 나타났다.

2016년 Han et al.의 커피 부산물의 Pyrolysis Reaction 연구에 의하면 커피 찌꺼기 바이오 원유의 발열량은 목질계 바이오매스로 생산한 바이오원유 보다 높게 나타났다. 그리고 커피 찌꺼기 바이오 원유와 목질계 바이오 원유를 비교 했을 때 에너지 수율은 큰 차이를 보이지 않는 결과를 보였다.

커피 찌꺼기로 연료 펠릿을 만드는 연구도 있다. 2012년 Limousy et al.의 spent coffee grounds pellets관련 연구에 따르면 커피 찌꺼기 또는 소나무 톱밥과 혼합하여 생산된 농업 펠릿들은 우수한 에너지 특성과 연소가 보여진다.

이상엽 KAIST 교수팀이 가솔린, 디젤, 항공유의 구성 성분인 ‘알칸’을 만드는 미생물 균주를 개량해 가솔린을 생산하는 미생물을 개발하는 데 성공했다. KIST의 청정에너지연구센터도 인도네시아 현지 비식용 바이오연료의 일종인 팜오일 부산물을 이용해 탄화수소를 생산하는 인공미생물을 개발하는 집중하고 있다.

이처럼 커피 찌꺼기에는 활용도가 높은 기름과 탄소가 함유되어 있어 커피 찌꺼기의 가치를 높일 수 있을 것으로 보여지고 있지만 국내 연구는 경제성 대비 효율성이 떨어진다는 전문가들의 의견이다.

에너지 회수 관련 분야가 전 세계적으로 활발히 연구되고 있음을 미루어 봤을 때, 커피 찌꺼기를 활용한 친환경 재활용 기술은 경쟁력 있는 기술로 성장할 것으로 예측된다.