가축분뇨(이하 ‘축분’)의 발생량은 지속적으로 증가하는 추세에 있다. 국내 농업분야 온실가스 배출량은 에너지 부문에서 감소, 비에너지 경종분야에서 유지되는데 비해 축산 분야에서 증가 추세에 있고, 축분 처리가 농업분야 온실가스의 주요한 부분을 차지하고 있어, 축분 처리 분야의 온실가스 감축이 농업분야 온실가스 감축에 주요한 해결과제임을 알 수 있다. 기존의 축분 처리 방식은 75% 이상 퇴비화하여 농경지에 살포하는 것이나, 점차 농경지가 감소함에 따라 축분 처리의 또 다른 해법이 필요한 상황이다.
본 연구는 첫째, 선행연구 사례 분석을 통해 축분 재활용 방안 검토, 둘째, 연구 대상이 되는 축분 재활용시스템 대상 온실가스배출량 평가, 셋째, 축분 고체연료가 국내 석탄 소비량을 일부 대체할 경우 온실가스 감축 기여도 평가, 넷째, 경제적 파급효과로써, 축분 고체연료를 석탄으로 대체할 경우 수입 회피효과, 온실가스 감축 편익 및 manure ash 매립 회피 효과에 대해 제시하였다.
연구 결과로 첫째, 축분 처리 방안과 이에 대한 선행연구 사례 조사 결과 현재까지 생물학적 처리방안 관련 연구가 가장 큰 비중을 차지하였고, 이를 보완하기 위한 방안으로 열화학적 처리를 통한 에너지화 방안이 제시되었다. 축분 고체연료화 또는 바이오매스 연료 활용은 열화학적 처리의 전처리 과정인 동시에 그 자체로도 연료로서의 활용 가능성 및 연료 연소 이후 부산물 활용 가능성이 있었다.
둘째, 재활용 공정과정의 잠재적 온실가스 발생량을 산정한 결과, 축분 1kg의 퇴비화에 0.17kgCO2 eq.발생하였다. 동일한 데이터를 바탕으로 전과정평가 기법을 적용하여 잠재적 환경영향을 산정한 결과 지구 온난화 지수가 99.2%, 자원발자국이 0.6%를 차지했다. 고체연료화의 경우, 공정 과정이 특정되지 않아 별도 산정은 시기상조이나, 관련 현황과 향후 산정방안을 제시하였다.
셋째, 축분 고체 연료 사용에 따른 온실가스 감축 효과는 국내 축분 예상 발생량을 기준으로 농림축산부의 축산환경개선대책에 제시된 축분의 에너지화 비율에 따라 고체연료화하여 석탄으로 대체 사용시의 온실가스 감축 효과로 산정하였다. 발생되는 축분을 제철용 원료 유연탄(Bituminous coal for raw materials, 이하 ‘BC-R’)으로 대체시에 온실가스 감축 효과가 가장 큰 것으로 나타난 반면, 연료용 무연탄(Hard coal for fuel, 이하 ‘HC-F’)으로 대체할 경우 감축효과가 가장 적었다.
넷째, 축분 고체연료로 석탄을 대체할 경우, 경제적 파급효과는 고체연료를 연료용 무연탄(HC-F)으로 대체할 경우 가장 높게 나타났다.
농업분야(비에너지) 온실가스 배출량은 2018년 기준 온실가스 배출량 21.2백만 tCO2 eq.이며, 이 중 축산부분은 42%를 차지하는 9.4백만 tCO2 eq.이다. 발생 축분 전량을 고체연료화하여 석탄대체에 사용한다고 가정할 경우, 본 연구에서 도출된 온실가스 감축 효과는 농업분야 온실가스 배출량 전체를 상쇄하는 것으로 나타났다.
국내 상황에 본 연구의 결과를 적용해 본다면, 가축농가에서 처리 곤란한 축분을 고체연료화한 이후 축분 고체연료의 공급 대상시설인 시멘트 소성로, 발전시설, 제철소 등의 대규모 시설에 공급하고, 연소 후 발생하는 manure ash는 시멘트의 클링커 대체 또는 부산물 비료로 활용하는 산업공생네트워크를 구축할 수 있다.
고체연료 전환기술 도입을 위해서는 고체연료 및 manure ash를 대규모로 소비하는 산업부문과의 연계가 중요하다. 현재 축분 고체연료화에 대한 효과 입증 및 인식 부족으로 수요가 없으나, 향후 석탄화력발전 시설 일부에 대한 중단이 예정되어 있고, 정부 차원에서도 가축분뇨의 에너지화 방안 마련을 위한 과도기적 시점으로, 차츰 축분 고체연료 사용 확대가 기대되며 파급 효과 역시 클 것으로 기대된다.

The amount of livestock manure(hereinafter referred to as “LSM”) is continuously on the rise. According to the national inventory report(hereinafter referred to as “NIR”) greenhouse gas(hereinafter referred to as “GHG”) inventory, When the GHG emission sources in the agricultural sector are classified into energy, non-energy(cultivation), non-energy(livestock). Considering that GHG emissions are decreasing in the energy sector and maintained in the non-energy(cultivation), while increasing in the LSM treatment accounts for a major part of GHG emissions in the livestock sector, GHG reduction in the LSM treatment is essential. It can be seen that reducing GHG emissions in the agricultural sector. The existing LSM treatment method is to compost about 75% of LSM and spread it on farmland, but as farmland gradually decreases, another solution for LSM treatment is needed.
The study consists of reviewing LSM treatments method through literature review, evaluating GHG emissions for LSM recycling systems, evaluating GHG reduction contributions when LSM solid fuel partially replaces domestic coal consumption, and suggesting a solution to manure ash recycling after solid fuel combustion.
As a result of calculating the amount of potential GHG generated in the recycling process, 0.17 kg CO2 eq. for composting 1kg of LSM was generated. As a result of calculating the potential environmental impact by applying the LCA method based on the same data, the global warming potential accounted for 99.2% and the abiotic depletion potential accounted for 0.6%. In the case of solid fuel conversion, it was difficult to calculate separately because the process was not specified, but the current status and future calculation plans were presented.
The GHG reduction effects of the using solid fuel were calculated based on the energization ratio of the Livestock Environment Improvement Measures set forth by the Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs. When replacing bituminous coal for raw materials(hereinafter referred to as ‘BC-R’), reduction effect was the highest while the reduction effect of hard coal for fuel(hereinafter referred to as ‘HC-F’) was the least.
When coal is replaced with LSM solid fuel, the economic ripple effect is highest when solid fuel is replaced with HC-F.
In the agricultural sector(excluding energy), GHG emissions were 21.2 million tCO2 eq. as of 2018. Among these emissions, the livestock sector accounted for 42%, tataling 9.4 million tCO2 eq. Assuming that all the generated LSM is converted into solid fuel and used as a substitute for coal in this study, GHG reduction effects were found to offset the entire GHG emissions from the agricultural sector.
Applying the results of this study to domestic situations, Eco Industrial Park-model can be established that supplies LSM to large facilities such as cement incinerators, power generation facilities, and steel mills. In order to introduce solid fuel conversion technology, it is important to link with the industrial sector, which consumes solid fuel on a large scale. Currently, there is no demand for LSM solid fuel conversion due to the lack of evidence and recognition of its effectiveness. However, some coal-fired power plants are scheduled to be discontinued in the future, and the government is expected to gradually expand the use of LSM solid fuel and have a great ripple effect.
It is expected that the use of solid fuels will gradually expand, and significant ripple effects are also anticipated.