향기 나는 쓰레기에 불과했던 커피박의 변신

향기 나는 쓰레기에 불과했던 커피박의 변신

대학생신재생에너지기자단 18기 이유나

 

전 세계적으로 커피의 소비량은 증가하는 추세이다. 우리나라 역시 커피를 많이 소비하는 국가에 속한다. 현대경제연구소의 2019년 자료에 따르면 우리나라 커피 소비량은 유럽, 미국, 일본 등에 이어 6위를 차지했다. 2017년 기준 국민 1인당 연간 소비량은 512잔이었으며 이 수치는 매년 약 20%씩 증가하고 있다. 이로 인해 떠오르게 된 문제가 커피박이다. 흔히 커피 찌꺼기로 불리는 커피박은 커피를 만들고 남은 부산물을 말한다. 아래 그림을 통해 알 수 있듯이, 커피는 커피나무 열매 속 씨앗인 생두(green bean)를 볶고 물을 이용해 추출하는 것으로 달임법(decoction), 우려내기(infusion), 여과법(brewing), 가압추출법(press extraction) 등의 방법이 이용된다. 이 과정에서 커피 펄프 및 껍질 등 많은 양의 가공 부산물과 잔류물들이 생성되는 것이다.

[자료1. 커피나무열매의 단면도]

출처: 남근우 외 2인 (2017). 커피부산물의 최근 연구 동향 및 서울시의 커피 찌꺼기 현황 분석

일반적으로 아메리카노 한 잔을 만들 때 약 15g의 커피 원두가 사용되는데 이중 무려 14.97g은 커피박이 되어 폐기된다. 즉 99.8%의 원두는 버려지게 된다. 따라서 2017년 기준 커피박 배출 규모는 약 129,500톤이고 이는 생활 폐기물로 분류되기 때문에 모두 매립되거나 소각 처리되고 있다. 2019년에는 이보다 증가하여 149,038톤에 달하는 커피박이 발생했다. 커피박을 매립할 경우 온실가스 중 메탄이 배출되는데, 이는 지구 온난화에 치명적인 영향을 미치므로 처리 방안의 개선이 필요하다.

[자료2. 커피박 발생량]

출처: 서울신문

 

처치 곤란 커피박의 재발견

2019년 커피박 발생량 기준 쓰레기 봉투 가격으로만 약 41억원이 사용된 것으로 파악되었다. 우리나라에서 커피박은 처치 곤란한 생활 폐기물로 여겨지고 있지만 커피박을 친환경적으로 활용하는 방법과 재활용을 목적으로 한 다양한 연구가 진행되었으며 친환경 소재로 이용하는 연구도 계속되고 있다. 이는 커피박이 중금속 등 불순물이 섞여 있지 않고 특유의 향이 있는 특징을 이용해 다양하게 활용할 수 있는 자원이기 때문이다. 뿐만 아니라 커피박에는 만노즈와 칼락토오스가 포함된 당류가 풍부하며 상당량의 단백질을 포함하고 있다. 또한, 셀룰로오스와 리그닌 성분을 갖고 있어 다양한 분야에 적용이 가능하다.

커피를 생산하는 국가에서는 커피 폐기물과 부산물로 인해 환경오염을 겪고 있다. 특히 커피 펄프는 수분 함량이 높기 때문에 시간이 지나면 부패하여 더 큰 환경 문제를 야기한다. 이를 해결하기 위해 과거에는 커피 펄프나 껍질을 비료, 가축 사료, 퇴비와 같이 제한된 용도로만 이용했지만, 최근에는 고온의 물을 이용한 전처리, 미생물 생분해 및 호기성 발효 등의 방법으로 독성 물질을 최소화할 수 있게 되었다. 이로 인해 사일리지, 바이오가스, 동물 사료, 생물 농약, 단일 세포 단백질, 효소, 프로바이오틱스 등 바이오 제품 생산으로 이어질 수 있다.

최근 국회입법조사처에서 ‘커피 찌꺼기 수거 체계 확립을 통한 바이오 에너지 연료 자원화 방안’을 발간했는데, 이를 통해서도 커피박이 재생에너지원으로 바이오 에너지 생산이 가능함을 파악할 수 있다. 발전 및 수송용 화석 연료의 일정 부분을 대체할 수 있을 거라 평가받고 있다. 특히 커피박의 높은 발열량에 초점을 맞췄다. 커피박의 발열량은 5,648.7kcal/kg로 나무껍질(2827.9kcal/kg)의 약 2배에 달한다. 심지어 발전용 바이오 에너지 연료로 사용되고 있는 큰 목재 펠릿(1등급 기준 4,300kcal/kg)과 비교해도 더 높은 수치를 갖고 있다. 또한, 앞서 언급했듯 셀룰로오스, 리그닌과 같은 목질계 성분으로 이루어져 있으며 CO와 분진 배출량이 적기 때문에 친환경적이라고 할 수 있다. 바이오 연료의 형태도 고체, 액체 다양하게 가공할 수 있기 때문에 체계화된 수거법만 갖춘다면 수입이나 환경적 영향을 받지 않고 안정적인 공급이 가능하다. 해당 보고서에서는 2019년에 발생한 약 15만t의 커피박을 바이오 에너지원으로 재활용할 시 약 180억원의 비용 절감이 있을 것으로 추산했다. 에너지 회수 효과로는 85만 2,778Gcal로 주장했는데, 이 수치는 2017년 기존 목재 펠릿을 통해 생산한 국내 에너지 공급량의 약 7.8%만큼이다.

[자료3. 커피박 발열량]

출처: 서울신문

그러나 아직 연구가 활발히 진행 중인 상태이므로 대량의 폐기물이 발생할 경우 최적으로 커피 잔류물을 처리하거나 이용하는 것은 미흡한 상황이다. 그렇다면 지금까지 제시된 다양한 응용 분야 및 기술에는 무엇이 있을까?

 

커피박을 이용한 재활용 방안 및 기술

1) 버섯 생산

리그닌이라는 목재 성분은 L. deodesm, Pleuro-tus spp. 또는 Flammulina velutipes와 같은 버섯균이 성장하는데 도움을 준다. 또한, 일반적으로 버섯을 재배할 시 살균이 필요한데 커피 껍질이나 찌꺼기를 이용하면 전처리 없이 버섯의 식용균 배양을 가능하게 한다. 이렇게 할 경우 버섯 재배 효율을 약 85%까지 높일 수 있다.

2) 퇴비

커피 펄프는 좋은 퇴비가 될 수 있다. 부엽토와 유기 탄소의 좋은 재료이기 때문이다. 35만t의 커피 펄프를 이용할 시 대략 87t의 유기 물질을 얻을 수 있고, 이는 퇴비로 사용될 수 있다. 더욱이 커피 펄프가 함유한 셀룰로오스로 인해 보습 능력이 뛰어나고 분해가 느려 지렁이가 생장할 수 있는 환경을 갖춰 준다. 지렁이 퇴비화에 커피박을 이용하면 토양에 좋은 영양분을 공급할 뿐 아니라 다양한 식물의 생장에도 도움이 된다.

3) 식이섬유 및 아로마 화합물, 식품

커피 잔류물은 섬유질을 포함하고 있으며 커피 섬유는 항산화 특성을 갖고 있다는 특징이 있다. 섬유질과 항산화 특성을 동시에 보유하고 있다는 것은 일반 섬유질보다 효과가 더 좋다는 점에서 유용하게 이용될 수 있다. 대표적으로 커피펄프, 체리껍질, 은피와 같은 커피 부산물에서 추출된 기능성 화합물이 천연 향산화 물질로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라 농업 관련 산업에도 도움이 되는데, 신선한 커피 펄프는 잼, 주스, 젤리 및 향료 같은 다양한 식품으로 쉽게 가공이 가능하기 때문이다. 실제 2000년에 Soares 그룹에서는 포도당을 투여한 커피 껍질에서 생장한 구과균(Ceratocystis fimbriata)을 이용해 과일 맛을 내는 연구를 수행했다. 그 결과 포도당의 농도 20~46% 범위에서 발효를 거쳐 강한 파인애플이나 바나나 향을 갖는 화합물을 형성할 수 있었다. 2003년 Adriane 그룹의 연구를 통해서는 커피 펄프와 껍질을 이용해 아로마 화합물을 생산했다. 이러한 연구 결과는 커피박이 식품이나 다른 분야에 있어 향이나 풍미를 더해주는 역할을 할 수 있다는 점을 시사한다.

4) 활성탄 및 생체 흡착제

커피박을 고온에서 열분해 시키면 다공성 구조를 갖는 활성탄이 만들어 지며, 중금속을 비롯해 여러 물질이 흡착할 수 있는 흡착제로서 기능할 수 있다. 커피박을 이용해 생산된 활성탄은 폐수 정화 시 흡착제로서 사용될 수 있으며 저렴하고 쉽게 이용이 가능하여 긍정적으로 평가되고 있다. 2008년 Oliveira 그룹에서 보고한 연구에 따르면, 커피 껍질의 경우 별도의 전처리 과정을 거치지 않아도 수용액상에서 중금속을 제거할 수 있었다. 뿐만 아니라 커피오일이나 바이오디젤을 생산하고 남은 찌꺼기 압축물은 수용액에서 메틸렌 블루를 제거하는 흡착제 원료로 이용이 가능하다.

5) 바이오에탄올, 바이오가스 및 연료

커피박을 포함해 여러 분야에서 폐기되는 잔류물로부터 에너지를 생산하는 연구는 현재까지도 활발히 진행되고 있다. 2010년 Burton 그룹에서는 커피박을 이용해 ASTM 표준 바이오 디젤을 생산했으며, 추출한 커피 오일의 사용 가능성을 확인했다. 뿐만 아니라 효소 촉매 작용을 이용해 약 98%의 전환율을 얻을 수 있었다. 또한, 커피나무 추출물은 바이오가스 생산을 가능케 했는데, 이때 생산된 바이오가스는 엔진을 가동시켜 전기를 생산할 수 있으며, 냉각 및 배기가스의 모든 저등급의 폐열은 커피 건조에 사용될 수 있다. 커피박의 높은 발열량은 보일러 등의 연료에도 이용이 가능하다. 2008년 Kondamudi 그룹에서 진행된 연구에 의하면, 사용된 커피박에서 기름을 추출하고, 이를 에스테르화 화학반응을 통한 바이오 디젤로의 전환을 통해 연료화가 가능했다. 이때 사용된 커피의 종은 Arabica, Robusta였는데 약 15% 오일이 추출되었으며 바이오 디젤로의 오일 전환율은 거의 100% 이루어졌다. 커피박을 이용해 생산된 바이오 디젤은 공기 중 약 한 달 이상의 기간동안 안정적인 상태였으며, 오일 추출 후 남은 커피박은 비료, 에탄올 공급원료 및 연료펠렛으로 사용이 가능했다. 

 

우리나라의 커피박 재활용 현황

그렇다면 현재 우리나라의 커피 찌꺼기 재활용 현황은 어떨까? 늘어나는 커피 찌꺼기의 양을 해결하기 위해 이를 이용한 환경협약 및 연구들이 활발히 진행되고 있다. 대표적인 것이 커피박 재활용 활성화 시범사업 참여협약이다. 이 협약은 2016년 4월 14일에 환경부, 스타벅스, 자원순환사회연대가 참여했다. 커피박으로 친환경퇴비를 만들어 지역 농가에 기부하거나 커비박을 활용한 사회공헌 활동을 하기 위함이다. 아래 그림에서 볼 수 있듯, 스타벅스는 농가에서 사용할 친환경 커피퇴비에 필요한 커피박과 퇴비구입기금을 지원하고, 지원 받은 농가는 우수한 농산물을 스타벅스에 공급하는 순환방식의 협약을 이행하고 있다. 환경부는 이 협약을 발판으로 커피박의 가치창출을 위한 환경부-커피전문점 간의 긍정적인 상생모델을 구축하고, 국내 다른 커피전문점으로 참여를 확대할 것을 목표로 했다.

[자료4. 커피박 재활용 활성화 시범사업 순환 시스템]

출처: 스타벅스 코리아

재활용뿐 아니라 상품화 된 경우도 쉽게 찾아볼 수 있다. 국내 특허들을 살펴보면, 커피 찌꺼기를 활용해 만든 수초지, 커피보드, 커피점토, 테이블 등이 있는 것을 확인할 수 있다. 커피의 향이 나고 친환경적이며 감각적인 색감도 표현이 가능하다.

[자료5. 스타벅스 광화문역점의 커피박 조명과 커피박 원탁탁자]

출처: 제주환경일보

 

커피박 자원화의 한계와 시사점

한국의 커피 소비량은 매년 증가하고 있고, 그에 따라 커피 수입량도 거듭하여 증가하고 있다. 커피박의 자원화에 대한 기반은 마련되어 있다. 2018년 5월 폐기물처리신고자가 동식물성 잔재물을 수집하고 운반할 수 있도록 폐기물관리법 시행규칙이 개정됐으며, 바이오 고형연료제품(SPF)으로 제조 가능한 식물성 잔재물에 커피박이 추가되었다. 또한, 커피박을 재료로 한 화장품 및 방향제가 재활용환경성평가 승인을 얻기도 했다. 그러나 정작 순환자원으로는 인정받지 못해 여전히 폐기물로 분류되기 때문에 재활용으로의 전환은 쉽지 않아 보인다. 앞서 언급했듯, 환경부는 민간 주도 커피박 재자원화 협업에 참여했지만 정부 차원의 활성화 대책은 없는 것으로 알려졌다. 더군다나 커피박이 어느 정도의 규모로 어떤 방식으로 재활용되고 있는지 현황조차 파악하지 못한 것으로 알려졌다.

우리나라는 커피박 배출 비용이 지나치게 낮기 때문에 이를 분리하여 배출하고 수거할 필요성이 떨어진다. 이로 인해 커피박에 자원화에 대한 연구가 진행된 것에 비해 정부 차원에서는 사실상 손을 놓고 있으며 주로 지역과 기업 차원에서 커피박 재활용이 이뤄지고 있는 것이다. 이에 대해 정부 관계자는, 현재 친환경 정책이 새로운 재활용에 대한 발굴보다 재활용을 제한하는 분위기이기 때문에 민간이 준비할 수 있는 여지도 적은 것이 사실이라 말했다.

현재까지의 커피박 처리 및 재활용 기술은 조금 더 구체적이고 경쟁력 있는 연구가 필요한 시점이긴 하나 진행된 연구를 미루어 봤을 때 커피 찌꺼기를 이용한 친환경 재활용 기술은 경쟁력 있는 기술로 인정될 가능성이 충분하다고 여겨진다. 더욱이 커피 찌꺼기는 발생량이 매년 꾸준히 증가하고 있기 때문에 이를 처리하고 재활용하는 연구는 필요하다. 부산물의 종류에 따라 응용 분야가 다양하므로 바이오에너지, 활성탄, 퇴비 등 여러 분야에서 활용될 것을 기대해 본다.

 

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참고문헌

1. 고현준, “커피 찌꺼기, 친환경 퇴비로 재활용..”, 2016.04.14., 제주환경일보, http://www.newsje.com/news/articleView.html?idxno=77129

2. 남근우, 김민숙, 안지환 (2017). 커피부산물의 최근 연구 동향 및 서울시의 커피찌꺼기 현황 분석. 에너지공학, 26(4), 14-22

3. 문상윤, “[알고 마시면 더 맛있는 커피] ① 커피 한 잔의 건강…적당히 마시면 건강에 이롭다”, 2021.04.09., 프레시안, https://www.pressian.com/pages/articles/2021031215344536928?utm_source=naver&utm_medium=search#0DKU

4. 박승기, “커피박, 찌꺼기라고? 퇴비·방향제 넘어 바이오 연료랍니다”, 2020.10.13., 서울신문,  https://www.seoul.co.kr/news/newsView.php?id=20201014022001&wlog_tag3=naver

5. 스타벅스 코리아, “우리 농산물 사랑 캠페인”, https://www.starbucks.co.kr/responsibility/our_agriculture.do, 2021.04.29. 검색

6. 커피박 재자원화 운영사무국, “당신이 몰랐던 커피박의 진실”, http://coffeebak.kr/explanation/