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최근까지 전세계 에너지의 대부분은 석탄, 석유 및 가스로부터 확보되어왔다. 그러나 천연자원의 부족, 에너지 가격 상승 및 지구 온난화는 재생가능 에너지에 대한 관심을 불러일으켰고, 바이오에너지를 생산하는 방안에 대한 다양한 접근방법들이 논의되어왔다. 이러한 시점에서 지난 5년간 바이오석탄을 생산하기 위한 열수탄화(Hydrothermal Carbonization, HTC) 기술은 상당한 발전을 이루었고, 흥미로운 과학적 소재가 되고 있다.

열수탄화는 바이오매스의 변환을 위한 위한 처리 공정이다. 자연적인 조건 하에서 바이오매스를 석탄으로 변환하는 일에는 몇 백년의 시간이 필요하다. 이에 비해 바이오석탄은 단 몇 시간 내에 변환이 가능하다. 이 공정에서 열이 배출되고 물 분자는 탄수화물에서 분리되어 탄소가 풍부한 물질인 바이오석탄을 생산할 수 있게 된다. 그러나 이러한 바이오매스 활용 공정과 관련하여 간과되는 부분이 있는데 이는 바이오매스 부산물 생산 과정에서 발생하는 대량의 메탄 및 CO2 배출이다. 따라서 연구진은 열수탄화 공정의 부산물을 재활용하기 위한 새로운 방안을 모색해왔다.

독일 라이프니츠 연구소(Leibniz Institute for Agricultural Engineering) 및 베를린 공과대학(Technische Universitat Berlin)의 De Gruyter Open, Benjamin Wirth, Jan Mumme은 “Anaerobic Digestion of Waste Water from Hydrothermal Carbonization of Corn Silage"라는 제목의 논문을 Applied Bioenergy에 발표하였다. 이들은 HTC 공정에서 발생하는 액상 부산물을 혐기성 처리하여 유기오염물을 절감할 수 있다고 주장하였다.

혐기성 소화는 바이오가스로 알려진 메탄 및 이산화탄소를 주로 하는 가스를 생산하는 생물학적 공정이다. 따라서 혐기성 소화는 HTC 공정의 산업적 적용에 있어 중요한 역할을 할 수 있을 것이다. 유기폐기물을 퇴비화하는 것 대신에 바이오석탄을 생산하는데 활용할 수 있다면, 바이오석탄을 이용하여 열과 전기를 생산할 수 있을 것이다. HTC 공정에서 발생하는 액상 부산물은 주변환경으로 배출되기 전에 처리해야하는 유기폐수라 할 수 있다. 이 유기폐수를 혐기성 소화를 통해 처리하면 메탄이 생산되며, 이는 다시 HTC 공정 자체를 위한 스팀 생산에 재활용될 수 있다.

논문의 저자는 HTC 액상 부산물를 이용하여 연속적인 혐기성 소화 테스트를 실시하였다. 이들은 고정층 반응기(Fixed-bed Reactor)와 연속교반반응기(CSTR)를 비교하였다. 액상 부산물은 혐기성 소화에 적절한 것으로 나타났으며, 다양한 유기 화합물에도 불구하고 유독성은 없는 것으로 판단되었다. HTC 공정 전문가이자 네바다 대학(University of Nevada) 교수인 Charles Coronella는 “이번 연구는 옥수수 대(Corn Stover)의 바이오탄소(Biocarbon) 변환에 대한 실현가능성을 보여주었다”고 밝혔다. 퇴비화 비용이 증가되고 있는 시점에서 HTC 공정의 부산물 재활용의 경제성은 자원보존 및 지속가능 에너지에 큰 기여를 할 것으로 예상된다.