지속 농업이 전 세계 식량 생산 부문에 미치는 영향

전세계의 총 식량 수요는 2010년부터 2050년까지 35~56% 증가할 것이라고 예측되며, 전세계 인구가 꾸준히 늘어나면서 상황은 더욱 악화될 것으로 전망됩니다. 최근에는 COVID-19 팬데믹, 러시아와 우크라이나의 전쟁, 기후변화, 지역 분쟁으로 인해 식량 생산 및 유통 비용이 증가하고 있습니다. 국제통화기금은 국가, 그중에서도 빈곤 국가의 식량 불안정성을 줄이고 비료 접근성을 개선하기 위해서는 정책의 변화가 필수적임을 강조했습니다.

합성 비료와 유기 비료는 지속적인 농업을 위한 핵심적인 요소입니다. 합성 비료는 인광석에서 얻은 인, 칼륨 광석에서 얻은 칼륨, 공중 질소 고정을 통해 얻은 질소를 사용하는데, 이러한 자원의 추출 공정은 많은 에너지를 필요로 하며, 채광 작업을 수행하고 생산 과정에서 화석 연료 에너지원을 사용하기 때문에 장기적으로 보았을 때 환경에 악영향을 미치게 됩니다. 유기 비료에는 여러 동물로부터 얻은 거름, 알팔파 가루, 혈분, 어분, 재거름, 하수 폐기물이 포함됩니다. 유기 비료를 형성하는 거름과 기타 폐기물은 부피가 크고 밭에 뿌리거나 처리할 때 운반 비용이 비싸지만, 이러한 유형의 폐기물을 생산 현장이나 그 부근에서 가공한다면 비싼 운반 비용을 지출할 필요 없이 양분을 얻어 활용할 수 있습니다.

지속 농업 시스템은 현세대와 미래 세대가 번창할 수 있도록 물, 에너지, 양분을 제공하는 자원을 효율적으로 사용하여 환경에 미치는 영향을 줄이고 경제력을 유지하고 공급량이 적은 유한한 자원에 대한 의존성을 최소화합니다. 하수에서 양분을 회수하여 이를 비료로 재사용, 재활용하는 방식을 그림 1에서 확인할 수 있습니다.

이처럼 유한한 자원 중 하나가 바로 비료의 대량영양소입니다. 예를 들어의 인광석 매장량의 경우 50~100년 내로 완전히 고갈될 수 있습니다. 또한 폐기물을 활용한 농산물도 환경에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있는데, 작물이 약물, 병원균, 금속 폐기물에 오염되거나 지표수의 부영양화가 발생할 수 있습니다. 그러나 이러한 폐기물에는 많은 양분이 함유되어 있어 큰 잠재력을 가집니다.

지속 농업을 향한 여정: 혁신 활용 기회

순환형 바이오경제라는 용어는 생물학적 자원의 관리를 통해 토지, 식량, 보건 및 산업 시스템을 변화시키고 관리하여 자연과 더불어 지속 가능한 방식으로 행복한 삶을 영위하는 방법을 나타냅니다. 지속 농업 부문의 혁신적인 기술을 활용하면 폐기물에 포함되어 있는 양분을 이용해 식량 생산량을 늘리고 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있습니다. 일반적으로 사용하는 생물학, 화학, 물리 측면의 양분 회수 방법이 표 1에 요약되어 있습니다. 다음은 최근 몇 년간 주목을 받은 지속 가능성이 있는 방법들입니다.

• 스마트 나노 비료: 질소 나노 비료의 경우 식물에 질소가 더 잘 흡수되게 만들고 배출되는 질소의 양을 줄여 질소 이용 효율을 높여줄 것으로 예상됩니다. 이러한 작업은 다양한 방식으로 진행할 수 있는데, 비료의 크기를 나노입자 수준으로 줄이거나 비료에 나노 물질을 추가하거나 캡슐화를 통해 나노 복합물 구조를 구성하거나 나노포어를 활용해 영양분 용출을 제어합니다.

• 바이오리파이너리: 기본 원료로 작물을 활용한 1세대 바이오리파이너리와는 다르게 다르게 2세대 바이오리파이너리는 잔여 및 폐기 스트림을 활용합니다. 바이오매스가 다양한 전환 플랫폼을 사용하는 효소 및 미생물로 인해 액체 연료와 화합물로 전환됩니다.

• 바이오차 (숯): 탄소 격리와 관련해 바이오차를 사용한다는 것은 상대적으로 새로운 개념이지만 이 숯과 유사한 물질의 이력은 2000년 전으로 거슬러 올라가는데, 그 당시 아마존 분지에서는 숯이 된 바이오매스를 토양과 섞으면 토양의 질과 생산력이 높아질 수 있다고 생각했습니다. 죽은 식물이나 낙엽과 같은 유기물의 혐기성 열분해를 통해 깨끗하고 에너지 효율적인 방식으로 안정된 형태의 탄소를 만들어낼 수 있습니다.

• 그린 암모니아: 재생 가능한 에너지, 질소, 물을 사용하여 100% 재생 가능하고 탄소가 없는 암모니아를 만듭니다. 물의 전기분해를 사용하여 H2를 공급하는 그린 암모니아 합성 프로젝트는 최근 몇 년간 Air Products, Siemens, OCP, thyssenkrupp, Grupo Fertiberia를 비롯한 주요 기업들을 통해 상업화되었습니다.

• 스트루바이트: Guanite 또는 인산암모늄마그네슘(MAP)이라고도 알려진 스트루바이트는 하나의 결정체로, Mg²⁺, (NH₄)⁺, PO₄³가 분자비 또는 화학량론적 비율인 1:1:1로 결합되어 있습니다. 스트루바이트는 단독으로 사용하거나 다른 폐기물 기반 산물들, 미생물 접종원, 또는 일반적인 무기 비료와 함께 화성 비료 제형에 활용할 수 있습니다. 많은 양분이 함유되어 있는 구성으로 완효성을 띠고 있어 상업적 비료 생산에 유용합니다

표 1. 일반적으로 사용하는 폐기물 양분 회수 공정 개요