Life Cycle Assessment of Coconut Residue Valorization via Pyrolysis

매일같이 세상은 과일 껍질부터 견과류 껍질에 이르기까지 막대한 양의 폐기물을 생성하며, 이 중 상당 부분은 매립지라고 불리는 거대한 구덩이에 묻히게 됩니다. 쓰레기를 매립하는 것은 흔한 관행이지만, 이는 서서히 진행되는 문제를 야생합니다. 산소가 없는 지하에서 유기물이 분해되면서 이산화탄소보다 훨씬 더 효과적으로 대기 중에 열을 가두는 가스인 메탄을 방출하기 때문입니다. 동시에 인류는 우리의 삶을 지탱하기 위해 석유나 석탄과 같은 화석 연료에 과도하게 의존하고 있으며, 이러한 습관은 기후 변화를 가속화하고 한정된 자원을 고갈시킵니다. 과학자들은 이 폐기물을 유용한 무언가로 바꾸는 방법, 즉 재료가 버려지는 대신 계속 사용되는 순환 경제라는 개념을 찾기 위해 점점 더 노력하고 있습니다. 유망한 방법 중 하나는 산소 없이 밀폐된 용기 안에서 식물 기반의 폐기물을 가열하는 것인데, 이 과정은 재료를 연료와 고체 탄소로 분해합니다. 이 접근 방식이 단순히 폐기물을 묻어버리는 것보다 진정으로 지구에 더 나은지 이해하기 위해, 연구자들은 식물이 자라는 순간부터 최종 폐기물 처리에 이르기까지 제품의 전체 수명을 살펴봐야 하며, 얻게 되는 이득과 대비하여 물 한 방울, 비료 한 그램, 운송 거리 1마일까지도 모두 따져보아야 합니다.

코코넛 야자수에 초점을 맞춘 한 연구에서, 브라질의 연구진은 코코넛 껍질을 열처리 과정인 열분해를 통해 유용한 재료로 만드는 것이 표준 방식인 위생 매립지로 보내는 것과 비교했을 때 환경적 영향이 어떠한지 조사했습니다. 플루미넨세 연방 대학교에서 근무하는 연구팀은 먼저 녹색 코코넛 껍질을 수집했는데, 이는 과일 무게의 상당 부분을 차지하며 수분을 섭로한 후 흔히 버려지는 부분입니다. 연구진은 껍질을 부수고 햇볕에 자연적으로 건조시킨 후, 실험실 용광로에서 400도에서 600도 사이의 온도로 작은 샘플들을 가열했습니다. 이 과정은 껍질을 바이오차라고 불리는 고체 숯 형태의 물질, 바이오 오일이라고 알려진 액체 연료, 그리고 에너지로 사용할 수 있는 가스의 세 가지 뚜렷한 생성물로 분해했습니다. 연구진은 모든 환경적 비용과 이득을 추적하기 위해 전 과정 평가(Life Cycle Assessment)라는 상세한 회계 방식을 사용했습니다. 그들은 동일한 양의 코코넛 폐기물을 단순히 매립지에 묻었을 때의 시나리오와 직접 비교했습니다. 매립지에서는 폐기물이 분해되면서 가스가 발생하며, 일부는 연료를 만들기 위해 포집되지만 상당 부분은 공기 중으로 유출됩니다.

연구 결과, 코코넛 폐기물을 가열하는 것이 매립지에 묻는 것보다 환경에 훨씬 더 유익한 것으로 나타났습니다. 처리된 코코넛 껍질 100그램당, 열분해 과정은 0.081킬로그램의 이산화탄소 당량(온실가스의 표준 측정치) 방출을 방지하고 2.02메가줄의 비재생 에너지를 절약했습니다. 이러한 긍atic적인 결과는 주로 생산된 고체 숯이 보통 화석 연료로 만들어지는 상업용 활성탄을 대체할 수 있고, 가스와 오일이 디젤과 천연가스를 대체할 수 있었기 때문입니다. 이러한 대체재를 만듦으로써, 이 과정은 기존 제품을 만드는 데 발생했을 환경적 피해를 효과적으로 상쇄했습니다. 반면, 매립 시나리오는 가스를 에너지로 포집하려는 노력에도 불구하고 전반적으로 더 높은 환경적 부담을 초래했습니다. 매립지는 메탄이라는 강력한 열 가둠 가스를 방출하고, 유용한 대체 재료를 생성하는 수준의 성과를 내지 못한 채 운영을 위해 중장비와 디젤 연료를 필요로 했습니다.

흥미롭게도, 가장 큰 환경적 비용은 가열 과정 자체나 매립지 운영에서 발생한 것이 아니라, 폐기물이 생성되기 전 단계인 농업 단계에서 발생했습니다. 연구진은 코코넛을 재배하기 위해 사용하는 비료와 살충제, 그리고 나무를 지지하는 데 사용되는 나무 말뚝의 처리가 수질 및 토양 독성과 같은 대부분의 부정적 영향을 차지한다는 것을 발견했습니다. 이는 열분해가 폐기물을 처리하는 데 우수한 방법이긴 하지만, 폐기물 생성에 이르는 농업 방식이 개선된다면 전체적인 환경 발자국을 더욱 줄일 수 있음을 시사합니다. 또한 연구진은 가열 전 코코넛 껍질을 말리는 다양한 방법을 테스트했습니다. 그들은 전기 오븐을 사용하여 껍질을 말리는 것은 너무 많은 전력을 소모하여 전체 과정을 훨씬 더 환경에 해롭게 만드는 반면, 껍질을 햇볕에 말리는 것은 높은 환경적 이득을 유지한다는 것을 발견했습니다. 이는 단순하고 에너지 소비가 적은 단계가 종종 가장 지속 가능한 선택임을 강조합니다.

연구진은 또한 매립지에서 발생하는 가스를 더 많이 포집하면 그 옵션이 경쟁력을 갖출 수 있을지 탐구했습니다. 그들은 매립지에서 발생하는 가스의 절반이 아닌 전량을 포집하여 연료로 전환하는 시나리오를 시뮬레이션했습니다. 가스를 모두 포집하고 처리하기 위한 최대의 노력을 기울였음에도 불구하고, 매립지는 열분해의 환경적 성능을 따라잡을 수 없었습니다. 가스를 포집하고 처리하기 위해 필요한 추가 장비가 새로운 에너지 수요와 배출을 유발하여 가스 유출을 막는 데서 오는 이득을 상쇄했기 때문입니다. 이 연구는 코코넛 껍질의 경우, 가열을 통해 연료와 재료로 만드는 것이 매립하는 것보다 더 지속 가능한 경로라고 결론지었습니다. 이는 폐기물 발생에 이르는 농업 관행 또한 세심하게 관리된다면, 온실가스를 줄이고 화석 자원을 절약하며 폐기물이 자원이 되는 시스템을 지원하는 길을 제공합니다.