바이오에너지 생산용 작물을 재배하는 토양에 숯 성분을 첨가하는 것이 온실가스의 배출을 줄이는 데에 효과적이라는 것이 밝혀졌다.
바이오차(Biochar)로 불리는 숯 성분을 에너지 생산용 작물에 첨가하면 토양에서의 온실가스 배출을 약 1/3가량 줄일 수 있다. 토양은 영국에서 배출되는 이산화탄소의 가장 큰 배출원이기 때문에 본 연구는 이 문제를 해결하는 데에 중요한 실마리를 제공한다.
본 연구의 주저자인 영국 환경과학 연구위원회(Natural Environment Research Council, NERC)의 생태 및 수리학 센터의 박사과정 학생인 Sean Case는 바이오차를 첨가하는 것이 이산화탄소 배출을 아주 확실히 저감시킨다는 것을 수 년에 걸쳐 확인하였다고 설명하였다. 기존의 연구들이 이러한 영향을 실험실 규모에서 짧은 기간 동안 확인하였다면, 본 연구는 실제 바이오에너지 생산용 작물 재배지에서 오랜 기간 동안 바이오차의 영향을 연구한 첫 번째 연구이다.
억새나 버드나무 같은 바이오에너지 생산용 작물을 재배하는 데 있어서 가장 중요한 점은 화석연료를 연소시키지 않고 에너지를 생산하는 것이다. 이러한 에너지 작물의 재배는 2020년까지 에너지의 1/5를 재생 가능한 에너지원에서 얻고자 하는 EU의 목표에 도달하기 위해서 필수적이다.
그러나 본 연구는 바이오에너지 생산용 작물을 통한 에너지 생산과 더불어 그 재배 토양을 통해 탄소가 안정화되고 저장됨으로써 얻어지는 또 다른 이점이 있다는 아이디어를 바이오차의 첨가를 통해 보강하였다. 바이오차는 토양의 호흡(이산화탄소 배출)을 줄이고 질소 비료가 온실가스 중 하나인 아산화질소로 전환되는 것을 줄임으로써 토양 중의 미생물 활동을 변화시키는 것으로 생각된다. 따라서 토양에 바이오차를 첨가하는 것은 토양이 지금까지보다 더 많은 양의 탄소를 저장할 수 있도록 도울 것으로 기대된다.
본 연구의 공저자인 Jeanette Whitaker 박사는 바이오차가 그 자체 내에 많은 양의 탄소를 보유하고 있기 때문에 그것을 토양에 첨가하는 것 만으로도 이미 탄소 격리의 효과가 있지만, 본 연구는 바이오차가 토양의 호흡을 통해 이산화탄소가 배출되는 양을 제어하여 탄소 격리에 보다 큰 효과를 나타냄을 확인하였다고 설명하였다. 이것은 바이오에너지 생산용 작물의 지속 가능성을 극대화시킨다.
본 연구는 바이오에너지 생산용 작물의 하나인 억새 경작지를 연구하였다. 연구진은 이산화탄소, 아산화질소, 메탄 등 세 가지 온실가스가 이 경작지에서 2년간 얼마나 많이 배출되는가를 측정하였다. 이 측정 결과가 날씨나 기타 조건에 의해 영향을 받지 않았는가를 확인하기 위하여 실험실 조건 하의 대조군에서 배출되는 이산화탄소 또한 측정하였다.
바이오차가 첨가된 억새 경작지는 그렇지 않은 곳보다 37 퍼센트 적은 양의 온실가스를 배출하였으며, 실험실 조건에서는 55퍼센트 적은 양이 배출되었다. 이 수치의 대부분은 이산화탄소 배출의 저감에 기인한 것이며, 메탄은 큰 역할을 하지 않았고 아산화질소는 매우 적은 양만이 존재하였다.
Case는 억새가 질소 비료를 크게 필요로 하지 않는 작물이기 때문에 토양에서 아산화질소가 얼마 배출되지 않았을 것이라고 설명하였다. 식용 작물과 같이 질소 비료가 많이 필요한 경작지에서는 아산화질소의 배출량 또한 증가한다. Case는 이러한 경우에 대해서도 연구를 진행 중이며 실험실 규모의 선행 실험 결과는 바이오차의 첨가가 농경지에서 발생하는 아산화질소를 90에서 95 퍼센트 저감시키며 전체 온실가스 배출을 약 40 퍼센트 줄일 수 있음을 보였다.
현재는 바이오에너지 생산용 작물이 에너지를 얻기 위해 연소되기 때문에, 본 연구에서 사용된 바이오차는 어느 곳에서나 수확할 수 있는 나무에서 얻어졌다. 그러나 이것은 향후 몇 년간 변화할 것이다. 바이오매스를 에너지로 전환하는 새롭고 효율적인 방법들이 존재한다. 이러한 방법들은 열분해(Pyrolysis)로 불리는 방법을 사용하는데, 이 기술은 유기물질에 열을 가함으로써 숯 성분과 액체/기체 연료를 생산하는 방법이다. 향후에는 이렇게 생산된 연료가 자동차 또는 전력 생산에 사용되고 숯 성분은 토양의 첨가제로 사용될 것이다.
Whitaker는 장기적인 관점에서 보면 바이오차를 나무를 통해서만 얻지는 않게 될 것이며 쓰레기나 닭 배설물 등을 통해서도 만들어낼 수 있다고 설명한다. 에너지 생산과 함께 이산화탄소를 격리하기 위한 바이오차 생산에 열분해 기법을 기반으로 하는 기술을 사용하자는 것은 꽤 설득력이 있는 주장이다. 그러나 이 기술을 보다 큰 규모에 적용하기 위해서는 전체적인 영향에 대한 추가적인 연구가 필요하다.
본 연구 결과는 과학저널 Global Change Biology Bioenergy를 통해 발표되었다.
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