식품의 온실가스 배출 문제에 대해 흔히 소가 주범으로 지목되지만, 식물성 식품 또한 간과할 수 없는 온실가스 발자국을 남깁니다. 가축이 큰 비중을 차지하는 것은 사실이나, 비료 생산과 같은 '숨겨진 요소'들 역시 우리 식품 시스템에서 발생하는 137억 톤의 이산화탄소 상당량에 기여하고 있습니다.
비료, 식물 영양제(질소, 인, 칼륨 등) 및 토양 관리 관행은 숨겨진 배출원입니다. 질소, 인, 칼륨은 농업에 필수적이지만, 이들의 원료, 생산 및 공급망은 온실가스 배출의 원인이 됩니다.
암모니아는 매우 많은 양의 온실가스를 배출합니다
세계 인구가 계속 증가함에 따라, 2019년 FAO 보고서는 비료용 질소 수요가 계속 증가할 것으로 예측하고 있습니다. 비료의 경우, 전통적인 암모니아 생산 방식(하버-보슈법 등)은 암모니아 비료 공급을 가능하게 하지만 상당한 양의 이산화탄소를 발생시킵니다. 그러나 이러한 수요를 충족하기 위한 방법들은 현재 전통적인 암모니아 생산 관행에 집중되어 있어, 온실가스 배출량은 계속 증가할 전망입니다.
더 친환경적인 암모니아 생산이 가능합니다
더 친환경적인 암모니아 생산을 개발하기 위한 연구가 활발히 진행 중입니다. 이는 지속 가능한 전력을 사용하여 원료인 수소를 전기화학적으로 생성함으로써 가능합니다. 또한 화학 분야에서는 광화학적 또는 전기화학적 질소 환원과 같은 더 진보된 개념을 제시합니다. 그림 1은 직접적인 전기화학적 질소 환원 과정을 보여줍니다. 호크만(Hochman) 등의 분석에 따르면, 직접 전기촉매 방식이 물의 전기분해와 하버-보슈법을 결합한 방식보다 비용 효율적인 것으로 나타났습니다.
친환경 암모니아 생산에 대한 인센티브
경제적 관점에서 유럽연합 집행위원회는 수입품에 대한 이산화탄소 배출 관세 부과를 계획하고 있습니다. 이 관세 계획은 엄격한 기후 변화 정책을 준수하는 유럽연합 생산자들에 비해 수입업자들이 부당한 이득을 취하지 못하도록 하기 위한 유럽연합의 해결책입니다. 이 법안은 2023년 1월부터 2026년 말까지 3년에 걸쳐 단계적으로 시행될 예정입니다.
천연가스 가격 불안정과 현재의 지정학적 상황은 유럽이 천연가스 기반 암모니아 생산의 대안을 찾도록 하는 강력한 혁신 동력이 되고 있습니다. 암모니아 생산을 위한 보다 저렴한 대규모 전기분해 기술과 결합한다면, 친환경 암모니아는 머지않아 경쟁력을 갖추게 될 것입니다.
천연자원으로서의 인에 대한 의존
지난 몇 년간 “인 위기”에 대한 보고가 이어졌습니다. 농민들의 구매력, 오염, 비료 과다 사용, 그리고 인 천연자원에 대한 지정학적 통제 등이 모두 문제의 일부로 인식되고 있습니다. 또한 채굴 가능한 인광석의 양과 그 '품질'에 대한 의문도 제기되고 있습니다.
이는 식량 및 물 안보 문제로 직결되며, 인구 증가와 함께 더욱 심화될 것입니다. 인으로 인한 수질 오염 관리 비용은 매우 높으며, 그 결과로 발생하는 녹조의 독성 영향 또한 심각합니다.
인 재활용: 순환 경제의 기회
폐수는 훌륭한 2차 인 공급원입니다. 폐수에서 인을 제거해야 하므로 이를 회수할 기회도 생깁니다. 폐수, 바이오솔리드, 하수 슬러지 재에서 인을 재활용하는 과정은 화학적 침전법과 미생물을 이용한 강화된 생물학적 인 제거법과 같은 방법으로 시작됩니다.
2001년 이후 비료 영양소 회수와 관련된 폐수 처리 방법에 관한 과학 문헌은 전반적으로 증가하는 추세입니다(그림 1). 문헌상 가장 널리 연구되는 방식은 생물학적 처리 공정이며, 물리적 방법과 화학적 방법이 그 뒤를 잇습니다. 영양소 회수는 인 재활용이라는 복합적인 전체 과정의 한 측면입니다.
스트루바이트 침전법은 폐수에서 인산염을 제거하는 방법으로 점점 더 각광받고 있습니다. 이 방법은 폐수 처리장의 효율을 높여주지만, 인 회수 잠재력은 낮은 편입니다.
하지만 폐수에서 인산염을 제거하는 것과 이를 다시 사용 가능한 형태로 되돌리는 것은 별개의 과제이며, 특히 기존 비료 제품군을 목표로 할 때는 더욱 그렇습니다. 전통적인 비료 생산 방식으로는 회수된 물질을 즉시 시장에 투입 가능한 제품으로 전환하는 데 한계가 있습니다.
하수 슬러지나 슬러지 재를 비료로 만드는 다양한 방법이 고도로 개발된 단계에 있습니다. 이러한 공정은 대개 인이 포함된 폐기물에서 시작하여 상당한 화학적 변환 과정을 거쳐 가치 사슬에 포함될 수 있는 물질을 얻습니다. 예를 들어, 인 재활용 기술은 (집중적인 건조나 농축 단계를 포함하여) 관리해야 할 막대한 에너지를 소비할 수 있습니다.
