커피 찌꺼기, 재활용

커피 찌꺼기, 재활용

 

커피를 한잔 내리고 남는 찌꺼기를 커피박이라고 부릅니다. 아메리카노 한잔을 만들기 위해 약 15g의 커피 원두가 사용되는 데 이중 14.97g 즉 99.8%가 찌꺼기로 버려집니다. 폐기물로 버려지는 자원인 커피박은 재활용 가치가 매우 높은 유기성 자원입니다. 이를 어떻게 하면 효율적으로 재사용 할 수 있을까 고민해보기로 합니다.

 

1. 커피 찌꺼기

2. 재활용

 

1. 커피 찌꺼기

2019년 기준으로 대한민국 국민 1인당 연간 커피소비량은 평균 328잔, 이를 위해 약 150,000톤의 커피가 사용되고, 99.8%인 149,038톤이 폐기처리되어 버려집니다. 버려진 커피 찌꺼기인 커피박은 매립 또는 소각처리 됩니다. 쓰레기 봉투 가격으로만 치면 약 41억원이고, 이런 커피박 폐기로 인해 환경에 미치는 영향은 이산화탄소에 비해 21배의 온실효과가 발생합니다.

 

분명 유기물로 보이는데 재활용할 방안은 마땅하지 않고 현재까지는 처치 곤란한 생활 폐기물로 여겨지고 있지만, 커피박을 친환경적으로 활용하는 방법과 재활용을 목적으로 한 다양한 연구가 진행되고 있습니다. 또한 우리나라에서는 최근 국회에서 커피 찌거기를 체계적으로 수거하여 바이오에너지로 연료자원화하는 방안을 발간하여 재생에너지 자원으로서 가능성도 파악하고 있습니다.

 

2. 재활용

커피박에는 중금속이 섞여 있지 않고, 특유에 향이 있는 특징을 이용해 다양하게 활용할 수 있는 자원이며, 만노즈, 갈락토오스가 포함된 당류가 풍부하며 상당량의 단백질도 포함하고 있습니다. 또한, 셀룰로오스와 리그닌 성분을 갖고 있어 다양한 분야에 적용이 가능합니다.

 

커피 생산국에서는 커피 폐기물과 부산물로 환경오염을 겪고 있습니다. 커피콩 껍질인 커피펄프는 수분 함량이 높아 시간이 지나면 부패하여 큰 환경문제를 야기합니다. 이를 해결하기 위해 과거에는 커피펄프를 비료, 가축사료, 퇴비 등 제한된 용도로 활용하였지만, 최근에는 고온의 물을 이용한 전처리, 미생물 생분해 및 호기성 발효 등의 방법으로 독성물질을 최소화 할수 있게 되었고, 이로 인해 사일리지, 바이오가스, 동물사료, 생물농약, 단일 세포 단백질 효소, 프로바이도틱스 등 바이오 제품 생산으로 이어지게 되었습니다. 지금까지 제시된 다양한 응용 분야 및 기술에 대해서 요약해 보면, 아래와 같습니다.

1) 버섯 생산

리그닌이라는 목재 성분은 L. deodesm, Pleurotusspp. 또는 Flammulina velutipes와 같은 버섯균이 성장하는데 도움을 줍니다. 또한, 일반적으로 버섯을 재배할 시 살균이 필요한데 커피 껍질이나 찌꺼기를 이용하면 전처리 없이 버섯의 식용균 배양을 가능하게 합니다. 이 경우 버섯 재배 효율을 약85%까지 높일 수 있습니다.

2) 퇴비

커피 펄프는 좋은 퇴비가 될 수 있습니다. 35만t의 커피 펄프를 이용할 시 대략 87t의 유기 물질을 얻을 수 있고, 이는 퇴비로 사용될 수 있습니다. 더욱이 커피 펄프가 함유한 셀룰로오스로 인해 보습 능력이 뛰어나고 분해가 느려 지렁이가 생장할 수 있는 환경을 갖춰주고, 지렁이 퇴비화에 커피박을 이용하면 토양에 좋은 영양분을 공급할 뿐 아니라 다양한 식물의 생장에도 도움이 됩니다.

3) 식이섬유 및 아로마 화합물, 식품

커피 잔류물은 섬유질을 포함하고 있으며 커피 섬유는 향산화 특성을 갖고 있다는 특징이 있다. 섬유질과 향산화 특성을 동시에 보유하고 있다는 것은 일반 섬유질보다 효과가 더 좋다는 점에서 유용하게 이용될 수 있습니다. 대표적으로 커피펄프, 체리껍질, 은피와 같은 커피 부산물에서 추출된 기능성 화합물이 천연 향산화 물질로 사용될 수 있습니다. 뿐만 아니라 농업 관련 산업에도 도움이 되는데, 신선한 커피 펄프는 잼, 주스, 젤리 및 향료 같은 다양한 식품으로 쉽게 가공이 가능하기 때문입니다.

 

실제 2000년에 Soares 그룹에서는 포도당을 투여한 커피 껍질에서 생장한 구과균(Ceratocystis fimbriata)을 이용해 과일 맛을 내는 연구를 수행했습니다. 그 결과 포도당의 농도 20~46% 범위에서 발효를 거쳐 강한 파인애플이나 바나나 향을 갖는 화합물을 형성할 수 있었습니다. 2003년 Adriane 그룹의 연구를 통해서는 커피 펄프와 껍질을 이용해 아로마 화합물을 생산했습니다. 이러한 연구 결과는 커피박이 식품이나 다른 분야에 있어 향이나 풍미를 더해주는 역할을 할 수 있다는 점을 시사합니다.

４) 활성탄 및 생체 흡착제

커피박을 고온에서 열분해하면 다공성 구조를 갖는 활성탄이 만들어지며, 중금속을 비롯해 여러 물질이 흡착할 수 있는 흡착제로서 기능할 수 있습니다. 커피박을 이용해 생산된 활성탄은 폐수 정화 시 흡착제로 사용될 수 있으며 저렴하고 쉽게 이용이 가능하여 긍정적으로 평가되고 있습니다. 2008년 Oliveira그룹에서 보고한 연구에 따르면, 커피 껍질의 경우 별도의 전처리 과정을 거치지 않아도 수용액상에서 중금속을 제거할 수 있었습니다. 뿐만 아니라 커피오일이나 바이오디젤을 생산하고 남은 찌꺼기 압축물은 수용액에서 메틸렌 블루를 제거하는 흡착제 원료로 이용이 가능합니다.

5) 바이오에탄올, 바이오가스 및 연료

커피박을 포함해 여러 분야에서 폐기되는 잔류물로부터 에너지를 생산하는 연구는 현재까지도 활발히 진행되고 있습니다. 2010년 Burton 그룹에서는 커피박을 이용해 ASTM 표준 바이오 디젤을 생산했으며, 추출한 커피 오일의 사용 가능성을 확인했습니다. 뿐만 아니라 효소 촉매 작용을 이용해 약 98%의 전환율을 얻을 수 있었습니다. 또한, 커피나무 추출물은 바이오가스 생산을 가능케 했는데, 이때 생산된 바이오가스는 엔진을 가동시켜 전기를 생산할수 있으며, 냉각 및 배기가스의 모든 저등급의 폐열은 커피 건조에 사용될 수 있었습니다. 커피박의 높은 발열량은 보일러 등의 연료에도 이용이 가능하다. 2008년 Kondamudi 그룹에서 진행된 연구에 의하면, 사용된 커피박에서 기름을 추출하고, 이를 에스테르화 화학반응을 통한 바이오 디젤로의 전환을 통해 연료화가 가능했습니다. 이때 사용된 커피의 종은 Arabica, Robusta였는데 약 15% 오일이 추출되었으며 바이오 디젤로의 오일 전환율은 거의 100% 이루어졌습니다. 커피박을 이용해 생산된 바이오 디젤은 공기 중 약 한 달 이상의 기간동안 안정적인 상태였으며, 오일 추출 후 남은 커피박은 비료, 에탄올 공급원료 및 연료펠렛으로 사용이가능했습니다.