과학 포털 iKAOS

[렛츠 키릿!] 이걸 그냥 버렸다고? 커피 찌꺼기의 반전(feat. 자원순환)

매일 전 세계에서 쏟아지는 엄청난 양의 커피 찌꺼기는 그동안 처리 곤란한 생활 폐기물로 여겨져 왔습니다. 하지만 최근 한국지질자원연구원에서는 젖은 커피 찌꺼기를 별도의 전처리 과정 없이 즉각 바이오차로 전환하는 세계 최초의 기술을 성공적으로 개발했습니다. 화염 플라즈마를 활용한 이 공정은 장비가 매우 콤팩트하면서도 에너지를 적게 사용하는 고효율 방식입니다. 단순히 버려지는 쓰레기를 가치 있는 새로운 자원으로 탈바꿈시킨다는 점에서 자원 순환의 새로운 가능성을 제시한 기술로 평가받고 있습니다. 이번에 개발된 기술의 핵심적인 경쟁력은 압도적인 공정 속도와 효율성에 있습니다. 기존 방식은 커피 찌꺼기의 수분을 제거하는 데 막대한 에너지와 시간이 소모되었으나, 새로운 공정은 수분이 함유된 상태에서도 약 90초 만에 바이오차로 전환이 가능합니다. 이는 기존 방식 대비 약 240배나 시간을 단축한 초고속 공정입니다. 생산된 바이오차는 약 29MJ의 높은 열량을 내는데, 이는 실제 발전소에서 사용되는 무연탄과 유사한 수준의 에너지 효율을 보여주어 연료로서의 실질적인 가치를 충분히 입증했습니다. 연구팀은 이 독보적인 기술을 바탕으로 역량 있는 벤처 기업과 기술 이전 계약을 체결하며 상용화의 발판을 마련했습니다. 기술 이전은 연구 개발의 결과물인 특허와 고유의 기술 노하우를 기업이 독점적으로 사용할 수 있도록 권리를 부여하는 중요한 과정입니다. 특히 산업 현장에 대한 이해도가 깊은 연구진과 자원 재활용 사업에 확고한 의지를 가진 기업이 협력하여 비즈니스 모델을 구체화했다는 점이 고무적입니다. 연구 과정에서 옷에 밴 탄 냄새 때문에 겪었던 유쾌한 에피소드는 연구진이 현장 중심의 기술 개발을 위해 쏟은 헌신을 잘 보여줍니다. 환경적인 영향 측면에서도 커피 찌꺼기 기반의 바이오차는 기존 화석 연료보다 월등한 장점을 지니고 있습니다. 일반적인 석탄 연료는 연소 과정에서 황산화물이나 질소산화물 같은 유해 물질을 배출하여 대기 오염을 유발하지만, 커피 바이오차는 성분 분석 결과 질소와 황 성분이 거의 검출되지 않았습니다. 즉, 에너지를 얻는 과정에서 유해 가스 배출이 거의 없는 친환경적인 연료가 탄생한 것입니다. 다만 플라즈마 기술 없이 일반적인 방식으로 연소할 경우 매연이나 냄새가 발생할 수 있으므로, 플라즈마를 통한 정교한 크래킹 공정은 이 기술의 핵심적인 차별점입니다. 이번 성과는 커피 찌꺼기라는 단일 품목에 머물지 않고, 다양한 생활 쓰레기와 폐기물을 고부가가치 자원으로 전환할 수 있는 가능성을 열어주었습니다. 연구진은 앞으로 수소 반응 기술을 활용한 소재 고순도화 연구는 물론, 실생활에서 발생하는 폐기물을 고부가가치화하는 범용적인 연구를 지속할 계획입니다. 우리 주변에서 무심코 버려지는 것들을 다시 한 번 돌아보고, 이를 어떻게 가치 있게 활용할 것인지 고민하는 자세가 무엇보다 중요합니다. 연구진은 폐기물의 자원화를 꿈꾸는 다양한 주체들과 협력하여 더 나은 미래를 위한 실천적인 연구를 이어가겠다고 강조했습니다.

[2021 KIGAM Tech-Biz 파트너링] 커피찌꺼기로 제조된 활성탄 기반 수퍼커패시터용 고성능 전극 제조 기술

현대 사회에서 매년 막대하게 발생하는 커피 찌꺼기는 이제 단순한 폐기물을 넘어 새로운 자원화의 가능성을 열어주고 있습니다. 특히 에너지 저장 장치의 핵심 소재인 고기능성 활성탄을 제조하는 기술은 폐기물 자원화와 고부가가치 창출이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡는 전략입니다. 현재 고품위 활성탄은 대부분 수입에 의존하고 있어, 이를 국산화하고 친환경적인 공정으로 전환하는 연구는 탄소중립 시대에 매우 중요한 산업적 가치를 지닙니다. 커피 찌꺼기는 특유의 섬유 구조 덕분에 활성탄으로 변환하기에 매우 적합한 특성을 가지고 있습니다. 연구팀은 복잡한 전처리 과정을 단순화하여 탄화와 활성화 공정을 단일화함으로써 제조 비용을 획기적으로 낮추는 데 성공했습니다. 또한 기존의 폴리머 바인더 대신 고농도 활성탄 잉크를 활용하여 전극 저항을 낮추고 전해액 침투성을 높였습니다. 이러한 최적화 과정은 소재가 높은 비표면적을 유지하면서도 효율적인 에너지 저장 성능을 발휘할 수 있게 돕습니다. 새롭게 개발된 커피 찌꺼기 기반 활성탄은 기존 상용 제품과 비교했을 때 월등히 향상된 에너지 저장 능력을 보여주었습니다. 이는 1,000에서 1,500 사이의 높은 비표면적과 더불어 표면에 존재하는 질소와 황 같은 표면 기능기들이 복합적으로 작용하여 얻어낸 결과입니다. 특히 전도성 바인더의 도입은 활성탄의 유효 비표면적을 극대화하여 정전 용량을 크게 향상시켰습니다. 소재 자체의 우수한 물리적 특성이 전기화학적 성능으로 이어지며 차세대 에너지 저장 장치의 핵심으로 부상하고 있습니다. 이 기술의 응용 범위는 단순히 에너지 저장에만 국한되지 않습니다. 높은 비표면적을 가진 활성탄의 특성을 활용하면 수중의 오염 물질을 제거하거나 대기 중의 유해 물질을 걸러내는 고성능 흡착 필터로도 사용이 가능합니다. 또한 일반적인 슈퍼커패시터의 한계를 넘어 더 높은 에너지 밀도를 목표로 하는 하이브리드 시스템에도 적용될 수 있음을 실험적으로 확인했습니다. 커피 찌꺼기에서 추출되는 오일까지 활용하는 전방위적 자원 순환 체계는 친환경 기술의 새로운 지평을 열 것으로 기대됩니다. 전 세계적으로 커피 소비량이 늘어남에 따라 원료가 되는 커피 찌꺼기의 수급 또한 매우 안정적이라는 점은 이 기술의 큰 상업적 강점입니다. 사용된 원두의 99%가 폐기물로 배출되는 상황에서 이를 저비용 고효율 에너지 소재로 전환하는 것은 경제적으로도 매우 유망합니다. 전기차와 공유 모빌리티 산업의 급성장으로 슈퍼커패시터 시장이 확대되는 시점에서, 고성능 활성탄 제조 기술의 확보는 미래 에너지 산업의 경쟁력을 높이는 핵심적인 동력이 될 것입니다.

커피찌꺼기

[렛츠 키릿!] 이걸 그냥 버렸다고? 커피 찌꺼기의 반전(feat. 자원순환)

한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실

[2021 KIGAM Tech-Biz 파트너링] 커피찌꺼기로 제조된 활성탄 기반 수퍼커패시터용 고성능 전극 제조 기술

한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실