농업계의 탄소중립, 바이오차로 해결할 수 있을까

농업계의 탄소중립, 바이오차로 해결할 수 있을까

대학생신재생에너지기자단 29기 이연선

농업계가 직면한 탄소중립 위기

[자료 1. 바이오차]

출처 : ⓒ 29기 이연선(Chat GPT 생성)

농업은 화학비료, 가축들의 메탄 배출 등으로 농산업 분야에서 가장 많은 탄소를 배출한다. 전 세계적으로 농업에서 배출되는 탄소량은 총배출량의 16.2%로 약 80억 톤에 해당한다. 우리나라의 경우 농산업이 배출하는 탄소량은 총배출량의 3%에 해당하지만, 단위 배출량과 에너지 소요가 상당하다. 또한, 육류 소비량의 증가와 가축 분뇨로 인해 메탄 배출도 증가하는 추세다. 현재 추세가 유지된다면 2059년 농업 분야의 온실가스 배출량은 2,320만 톤으로 예상되며 이는 2018년 대비 2.9% 증가한 수치이다.

2021년 10월 탄소중립 시나리오가 발표되면서 우리나라에서는 2030년에는 2018년 대비 탄소 배출 40% 감소라는 목표가 설정되었다. 이에 따라 농축수산 분야에서는 배출 탄소량을 2018년 대비 27.1% 감축해야 한다. 감축 수단으로는 저탄소 농업, 가축 분뇨 에너지화 및 정화 처리, 고효율 에너지 시설 보급 등이 제시됐다.

하지만 농업 분야의 탄소중립 달성은 여러 구조적인 이유로 쉽지 않다. 농업에서 발생하는 온실가스의 상당 부분이 자연적인 생물학적 과정에서 발생하기 때문에 에너지 효율 개선이나 연료 전환만으로는 감축에 한계가 있기 때문이다. 또한, 식량 생산을 유지해야 한다는 특성상 생산 규모를 줄이거나 배출원을 근본적으로 제한하기 어렵다는 점도 농업 분야 탄소중립 달성을 어렵게 만드는 요인으로 꼽힌다.

폐기물에서 탄생하는 탄소 저장고, 바이오차

이러한 상황에서 바이오차가 농업계의 실질적인 탄소중립을 달성할 방안으로 주목받고 있다. 바이오차는 바이오매스를 산소 제한 조건에서 열분해할 때 생산되는 물질이다. 안정한 형태의 방향족 구조를 가지므로 토양 미생물이나 다른 환경적 요인에 의해 쉽게 분해되지 않는다. 토양에 탄소를 고정하는 능력과 수분 보유 능력이 뛰어나 토양 개량제로도 사용된다.

바이오차 생산에 활용되는 바이오매스는 매우 다양하다. 대표적인 원료로는 왕겨, 톱밥, 옥수수대, 볏짚과 같은 농업 잔재물이 있으며, 나무 부산물이나 음식물 폐기물 등도 원료로 사용될 수 있다. 특히 농업 폐기물은 발생량이 많고 비교적 쉽게 확보할 수 있어 바이오차 생산에 널리 활용한다. 임업에서 발생하는 폐목재의 경우 넓은 표면적을 지니고 있어 수처리 분야에서의 활용 가능성이 높다는 점에서도 주목받고 있다. 이와 함께 도시 고형 폐기물에 해당하는 하수 슬러지 역시 바이오매스로 이용할 수 있다. 이러한 점으로 인해 바이오차는 폐기물을 자원으로 전환하는 자원순환 측면에서 유용한 기술로 평가된다.

탄소중립 달성에서 바이오차의 역할 

바이오차는 기존의 바이오매스 에너지화 방식과 비교했을 때, 대기 중 탄소를 토양에 저장할 수 있는 수단이 된다는 점에서 차별성을 가진다. 바이오매스를 고온에서 열분해할 경우 가스와 오일이 생성되어 에너지원으로 활용될 수 있으며, 저온 열분해 과정에서 생성되는 바이오차는 토양에 투입되어 탄소를 저장함으로써 탄소중립에 기여할 수 있다.

이러한 역할은 바이오차가 미생물 분해에 대한 높은 저항성을 가지기 때문에 가능하다. 바이오차는 안정한 구조를 가진 물질로 미생물에 의해 쉽게 분해되지 않는 특성이 있으며, 초기 바이오매스에 포함된 탄소의 약 20%를 토양 속에 바이오차 형태로 격리할 수 있다. 이러한 안정성은 바이오차의 수명에도 영향을 미친다. 바이오차는 분해 속도가 매우 느려 수백 년 이상 토양에서 탄소를 저장할 수 있으며, 이론적으로는 광합성에 의해 포획된 탄소의 약 20%를 장기간 저장하는 것이 가능한 것으로 알려져 있다.

바이오차는 농업에서 생성되는 메탄이 대기로 방출되는 것을 억제하는 데에도 효과가 있다. 바이오차는 열분해 과정에서 미세 기공이 발달하는 특성을 가지며, 이러한 구조적 특성으로 인해 바이오차가 첨가된 토양은 환기성이 증가하게 된다. 이로 인해 토양 내부에서의 가스 이동이 원활해지고, 토양 내 메탄의 이동이 촉진되는 것으로 알려져 있다.

토양 개량제로도 활용되는 바이오차 

바이오차는 열분해 온도에 따라 그 특성이 달라진다. 일반적으로 제조 온도가 높아질수록 pH와 양이온 교환능이 증가하는 경향을 보인다. 이러한 특성으로 인해 바이오차는 단위 탄소당 양이온 흡착 능력이 일반적인 토양 유기물보다 높은 특징을 가진다. 이는 바이오차가 토양 개량제로 활용되는 중요한 이유 중 하나로, 토양 내 영양분의 흡착과 침출, 그리고 식물 이용성에도 영향을 미친다.

바이오차가 처리된 토양은 알칼리화 효과로 인해 pH가 상승하는 경향을 보인다. 이러한 라임 효과는 산성 토양을 완화하는 데 유리하게 작용해 토양 환경 개선에 도움을 준다. 또한, 바이오차가 첨가되면 유기물의 전하 밀도가 증가하고 표면적이 넓어지면서 토양의 양이온 교환능이 향상된다. 그 결과 암모늄 이온의 침출이 감소하고, 토양 내 영양분이 보다 안정적으로 유지될 수 있다.

또한, 바이오차의 미세 기공 구조는 토양의 물리적 특성과 작물 생육에도 영향을 미친다. 미세 기공은 물을 저장하는 역할을 하여 토양의 수분 보유력을 높이고, 건조한 환경에서도 작물이 보다 안정적으로 생육할 수 있도록 돕는다. 동시에 토양의 투수성과 통기성이 개선되면서 뿌리의 침투가 용이해지고 토양 미생물의 활동 역시 활발해진다. 특히 바이오차의 기공 구조는 산소를 저장하는 역할을 하여 미생물의 호흡 활동을 촉진하고, 질소 고정 및 질산화와 같은 질소 순환 과정에도 영향을 미친다. 이러한 미생물 활성 증가는 식물체가 이용할 수 있는 질소 공급을 원활하게 만들어 작물 생육에 긍정적인 효과를 가져온다.

전 세계가 주목하는 바이오차 

2019년 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC) 지침 개정본에서는 바이오차의 원료와 생산 과정별 탄소 고정에 따른 온실가스 감축량이 제시됐다. 이후 2021년에 6차 보고서에서 바이오차와 탄소 저장 기술이 명시되면서 공식적인 탄소 저감 기술로 인정받기 시작했다. 이에 따라 국제사회에서도 기후변화 해결을 위한 방안으로 바이오차를 주목하고 있다. 바이오차 시장 규모에 대한 평가 보고서에 따르면 바이오차는 연간 15.4% 성장하여 2031년에는 그 가치가 약 63억 달러를 넘어설 것으로 전망된다.

최근 바이오차 산업이 탄소 제거 기술(CDR)로 주목받으면서 글로벌 기업들의 투자와 참여 역시 빠르게 확대되고 있다. CDR은 바이오차를 토양에 활용함으로써 탄소를 장기간 격리하는 과정에서 발생하는 탄소 배출권을 의미한다. 이는 기업들이 탄소중립 목표를 달성하기 위한 주요 수단으로 활용되며, 시장 규모도 지속적으로 성장하는 추세다.

대표적인 사례로 구글은 바이오차 기반 탄소 제거 시장에서 가장 큰 규모의 계약을 체결했다. 구글은 미국의 참(Charm)과 인도의 바라하(Varaha)로부터 10만 톤씩, 총 20만 톤의 바이오차 탄소 제거 크레딧을 구매하기로 했다. 해당 크레딧은 2030년까지 단계적으로 납품될 예정이며, 이는 현재까지 체결된 바이오차 탄소 크레딧 계약 중 최대 규모로 평가된다. 이 계약은 기업이 단순히 탄소 배출을 상쇄하는 수준을 넘어, 실질적인 탄소 제거 기술에 투자하는 흐름이 확대되고 있음을 보여주는 사례로 분석된다.

바이오차의 한계와 확대 방안 

다만 바이오차의 경제성은 아직 개선해야 할 문제다. 일반 비료나 토양 개량제 대비 높은 생산원가는 실제 농업 현장에서 바이오차가 쓰이지 않는 원인이 된다. 또한, 비료 공정 규격에 맞지 않는 바이오차가 도비 지원 바이오차 보조 사업에 포함되며 신뢰성에 논란이 일기도 했다. 가축분뇨법 내 바이오차 활용의 법적 근거가 마련되지 않은 점도 바이오차 활성화가 더딘 이유에 포함된다.

이에 지난 1월에 개최된 바이오차 활성화 토론회에서 박대권 유기산업 대표는 바이오차에 대한 제도적 정비가 필요하다고 강조했다. 박 대표는 현재 바이오차 확대를 위해 진행되는 저탄소 농업 프로그램은 홍보와 교육이 미미하고 바이오차에 대한 검증 없이 단순 무게로 투입량을 산정하는 것을 문제로 꼽았다. 또한, 실질적인 필요량의 10분의 1 정도만 지원되어 바이오차의 효과를 경험하기 어렵다는 점도 문제로 제기했다.

따라서 박 대표는 바이오차의 활성화를 위해 규제 요인의 완화를 요청했다. 박 대표는 부산물을 섞지 않고서는 현재의 염분 기준을 만족할 수 없다는 점을 들어 현재 2%로 설정된 염분 기준을 완화해야 한다고 주장했다. 염산불용해물 역시 탄화로 인해 유기물이 분해되어 유기물 함량이 낮은 바이오매스는 수분 함수율이 낮으면 기준치에 미치지 못한다는 점을 들어 현물 기준에서 건물 기준으로 수정할 것을 건의했다.

박 대표는 바이오차의 경제성 확보를 위한 방안으로 바이오차 생산 시설 지원과 바이오차 보조 사업의 확대를 역시 주장했다. 또한, 가짜 바이오차의 논란을 원천 차단하기 위해 비료 생산업 등록을 위한 전문 인증 기관의 필요성을 강조했다. 아울러 바이오차의 확대 방안으로 탄소 배출권을 활성화하고 바이오차의 토양 내 탄소 고정 효과를 수치화해야 한다는 의견을 제시하기도 했다.

바이오차는 탄소중립과 지속 가능한 농업을 위한 혁신적인 대안임이 분명하다. 하지만 높은 생산 단가와 불투명한 품질 관리 체계는 여전히 문제점으로 작용하고 있다. 이제는 단순히 기술의 우수성을 홍보하는 단계를 넘어, 현장에서 체감할 수 있는 가격 보조와 실증 데이터를 제공하는 현장 밀착형 정책이 필수적이다. 바이오차가 실험실 안의 대안이 아닌, 우리 농축산업의 필수 자재로 거듭나길 기대해 본다.

바이오차에 대한대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "스마트팜, 과연 한국 농업의 대안일까", 27기 조재경, https://iksung.tistory.com/141

2. "식물 전투 시리즈 3편: 식물과 기술의 연합전선", 27기 조재경, https://renewableenergyfollowers.org/climate-change/?bmode=view&idx=168993832

참고문헌 

[농업계가 직면한 탄소중립 위기] 

1) 한국농어촌공사 농어촌연구원, “탄소중립을 위한 바이오차”, 2023.07.14

[폐기물에서 탄생하는 탄소저장고, 바이오차] 

1) 우승한, “토양탄소격리를 위한 바이오차”, Clean Technology, vol 19, no. 3, pp 201-211, September 2013.

[탄소중립 달성에서 바이오차의 역할 ] 

1) 우승한, “토양탄소격리를 위한 바이오차”, Clean Technology, vol 19, no. 3, pp 201-211, September 2013.

[토양 개량제로도 사용되는 바이오차 ] 

1) 우승한, “토양탄소격리를 위한 바이오차”, Clean Technology, vol 19, no. 3, pp 201-211, September 2013.

[전 세계가 주목하는 바이오차] 

1) 한국농어촌공사 농어촌연구원, “탄소중립을 위한 바이오차”, 2023.07.14 

2) James, G, Google Blog, “We’re announcing our first partnerships to scale biochar for CO2 removal", 2025.01.16, https://blog.google/feed/were-announcing-our-first-partnerships-to-scale-biochar-for-co2-removal/

[바이오차의 한계와 확대방안] 

1) 농경과원예 친환경TV, "2026 BIO-CHAR 바이오차활성화 토론회 - 주제발표 '바이오차의 활성화 방안 ' 박대권 (주)유기산업 대표이사", 2026.01.15, https://youtu.be/UMex4cKiVRU?si=gEmJpy3m9R45Al5N

2) 이은원, "바이오차, 온실가스의 강력한 흡수원으로 떠오르다", 영농자재신문, 2026.01.16, https://www.newsfm.kr/news/article.html?no=10572