젖은 커피찌꺼기, 무연탄급 고급 연료로 탈바꿈

지질자원연 박태준 박사 연구팀, 수분 55% 커피찌꺼기를 건조없이 90초내 고품위 바이오차 전환 성공 세계 최초 ‘화염 플라즈마 열분해’ 기술 개발 한국지질자원연구원 자원활용연구본부 박태준 박사 젖은 커피찌꺼기가 무연탄급 고급 연료로 탈바꿈한다. 한국지질자원연구원(KIGAM)은 자원활용연구본부 박태준 박사 연구팀이 갓테크와 공동으로 수분 약 55%를 함유한 젖은 커피찌꺼기를 별도의 건조나 탈지(기름 제거) 과정없이 단 90초 만에 고품위 바이오차(biochar)로 전환하는 ‘화염 플라즈마 열분해(FPP·Flame Plasma Pyrolysis)’ 기술을 세계 최초로 개발했다고 20일 밝혔다. 이 기술은 LPG(액화석유가스)와 압축공기를 연소시켜 약 800~900℃의 대기압 화염 플라즈마를 생성하고 이를 이용해 고수분 바이오매스를 직접 처리하는 방식이다. 기존 열분해 공정에서는 수분 제거를 위한 사전 건조가 필수적이지만 이 기술은 이러한 전처리 과정을 완전히 생략할 수 있다는 점에서 차별성을 지닌다. 연구팀이 최적 조건인 90초 처리 조건에서 수행한 실험 결과 원료(커피찌꺼기 21.8MJ/㎏) 대비 약 33% 향상된 29.0 MJ/㎏ 수준의 발열량을 확보해 일반 무연탄과 유사한 고품위 고체연료 특성을 나타냈다. 또한 고정탄소 함량은 약 3배(15.6%→46.2%) 증가하고 황 성분은 완전히 제거되어 연소 시 황산화물(SOx)이 발생하지 않는 친환경적 특성을 보였고 비표면적 역시 115.4m²/g까지 증가해 활성탄 전구체나 흡착 소재로의 추가 활용 가능성도 확인됐다. 기존 열분해 공정에서 문제가 됐던 연기나 타르 등 2차 오염물질의 발생도 거의 나타나지 않았다. 이 기술은 기존 수열탄화 공정(1~6시간) 대비 최소 40배에서 최대 240배, 토레팩션 공정(30분 이상) 대비 약 20배 이상 처리시간 단축할 수 있고 전기 기반 플라즈마 장치 대비 에너지 소비를 줄일 수 있어 경제성과 친환경성을 동시에 확보했다. 무엇보다 고수분 원료를 그대로 활용할 수 있어 건조에 필요한 에너지 비용과 공정 복잡성을 획기적으로 낮춘 것이 핵심 성과로 평가된다. 박태준 박사는 “향후 다양한 고수분 유기성 폐기물로 적용 범위를 확대하고 산업 현장에 적용 가능한 상용화 기술로 발전시켜 나갈 것”이라고 말했다. 이번 연구 성과는 화학공학 분야 세계적 권위의 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal(Elsevier, IF 13.2, 화학공학 분야 3위/83개 저널)’에 게재됐다.