식품 폐기물의 가치를 높이는 상용화 기술 – 어디까지 왔을까?

상용화 가능성이 높은 기술

현재 연구실이나 파일럿 규모에서 검증되어 가까운 미래에 상용화 가능성이 높은 기술들을 살펴보면, 대체로 기술 성숙도가 비교적 높고 기존 산업 공정과의 호환성이 우수한 솔루션들이 주목받고 있습니다. 이러한 기술은 실증 프로젝트에서 긍정적인 결과를 보였거나 초기 시장 적용이 시작된 것들로, 상용화에 필요한 경제성, 안정성, 규제 적합성 면에서 우위를 가지고 있습니다.

1. 실험실 검증 기술 및 시범 프로젝트 사례

• 곤충자원화 기술: 앞서 언급한 검은병정파리(Black Soldier Fly) 유충 이용 기술은 이미 다양한 폐기물에 적용되어 그 유용성이 입증되었습니다. 음식물 쓰레기에 BSF 유충을 투입하면 유기성분을 유충의 체단백질과 기름으로 전환하고 잔여물은 양질의 비료로 만들 수 있는데, 이 공정을 통해 폐기물 부피를 크게 줄이면서 고품질 동물 사료와 비료를 생산할 수 있음이 확인되었습니다​. 유럽, 아시아 등지의 여러 스타트업이 해당 기술의 파일럿 시설을 운영 중이며, 일부는 양식어류 사료나 가금류 사료로 상용화하여 판매하고 있습니다.
• 바이오가스 업그레이드 및 소형화 기술: 혐기성 소화는 이미 상용화된 기술이지만, 최근 연구에서는 소규모 분산형 시스템과 생산된 원료가스를 정제하여 직접 연료나 화학원료로 사용하는 업그레이드 기술에 집중하고 있습니다. 예를 들어, 기존 바이오가스의 메탄 농도를 높이기 위한 막 분리, 생물학적 탈황, 흡착 기술 등이 실험실 및 현장 시범에서 성능을 향상시켰으며​, 이를 통해 정제된 바이오메탄을 도시가스망에 주입하거나 차량용 연료로 사용하는 프로젝트가 진행되고 있습니다. 또한 물 사용량을 최소화한 고체상 혐기소화 모듈은 도심이나 농가 단위에 설치 가능한 소형 설비로 개발되어 실증 중이며, 추후 대량 생산 시 상용화 가능성이 높다고 평가됩니다​.
• 폐기물 발효 기반 생물제품: 여러 폐기물 발효 기술들이 시험 단계에서 상업적 생산으로 넘어가고 있습니다. 예를 들어, 식품 가공 부산물을 탄소원으로 활용한 단세포 단백질(SCP) 생산 공정은 일부 기업에서 단백질 보충제나 사료 첨가제로 시험 판매를 시작했습니다. 미생물(효모, 조류 등)을 대량 배양하여 얻은 단백질은 기존 대두, 어분 등의 대체제로 주목받으며, 폐기물로부터 생산 시 원가 경쟁력이 높은 것이 장점입니다​. 또한 폐과일발효로 유기산 (젖산, 호박산 등)을 생산하는 기술도 상용효모株 개발과 공정 최적화를 거쳐 파일럿 생산에 도달했습니다​. 이러한 생물제품들은 식품, 화학, 제약 산업의 원료로 쓰일 수 있어 향후 시장성이 기대됩니다.
• 바이오디젤 및 지속가능 연료: 폐식용유나 고지방 식품폐기물로부터 바이오디젤을 생산하는 기술은 이미 일부 상용공장에서 구현되고 있습니다. 최근 실험실 연구에서는 지방질 함량이 낮은 일반 음식물 쓰레기에 곰팡이 균주를 접종하여 지질 축적을 유도한 후 추출된 오일로 바이오디젤을 제조하는 공정을 개발하여, 원료 확보 범위를 넓혔습니다​. 이러한 공정은 아직 연구 단계지만, 사용 균주와 공정 조건이 최적화되면 음식물폐기물 유래 바이오디젤의 상업 생산도 가능할 전망입니다. 한편, 바이오에탄올 분야에서는 썩은 과일, 폐빵 등의 당질 폐기물을 원료로 한 소규모 에탄올 플랜트가 브라질, 인도 등지에서 시범 운영되어 지역 연료로 활용되고 있습니다.
• 기능성 물질 및 첨가제 생산: 식품 폐기물에서 효소, 아미노산, 색소 등을 추출하거나 생산하는 기술도 상용화를 눈앞에 두고 있습니다. 특히 산업용 효소 생산에서 배지 원료 비용이 총 생산원가의 최대 30%까지 차지하는데​, 이를 식품 폐기물 유래 탄수화물/질소원으로 대체하여 비용을 절감하는 시도가 성공적이었습니다. 실제로 커피 폐기물에 곰팡이 균주를 고체발효시켜 α-아밀레이스를 회수하거나​, 종합 식품폐기물을 미생물 배양액으로 활용해 글루코아밀레이스, 프로테아제 등 여러 효소를 동시에 생산한 연구들이 보고되었습니다. 이러한 멀티 효소 생산 기술은 효소 제약/사료 회사 등에서 파일럿 규모로 검증되고 있어, 조만간 상업화될 가능성이 높습니다.

2. 시장 적용 가능성이 높은 처리 공법 및 솔루션

• 기존 시설과 연계한 공동 처리: 상용화를 위해서는 기존 산업 기반과 연결성이 중요합니다. 이 측면에서 공동 처리(co-processing) 기술들이 부각되고 있습니다. 예를 들어, 시멘트 소성로에 건조 음식물폐기물을 소량 혼합 연료로 투입하거나, 석탄 화력발전 보일러에서 목질/농업 잔재 펠릿을 혼소(co-firing)하는 방식은 비교적 간단히 도입 가능하면서 폐기물 감축에 효과적입니다. 이미 유럽 일부 시멘트 공장과 국내 발전소에서 이러한 공동 소각/소비를 테스트하여 긍정적인 결과를 얻었으며, 규제 요건을 충족하는 한 상용화로 이어질 전망입니다.
• 모듈형 소규모 처리 시스템: 음식물 폐기물 발생 원천에 설치할 수 있는 모듈형 처리기도 시장성이 높습니다. 예를 들어, 대형 음식점이나 군부대 등에 배치할 수 있는 소형 혐기성 소화기는 폐기물을 현장에서 슬러리화하여 메탄가스를 포집하고 잔여물을 비료화하는 일체형 시스템으로 개발되고 있습니다. 또한 가정이나 슈퍼마켓에서 유통기한 경과 식품을 투입하면 자동으로 건조 분말 형태로 만들어주는 기기도 시제품 단계에 나와 있습니다. 이러한 솔루션은 폐기물 수거·운반 비용을 절감하고 분산형 자원화를 실현한다는 점에서 시장 잠재력이 높습니다.
• 정보통신기술(ICT) 활용 솔루션: IoT 및 센서를 접목한 스마트 폐기물 관리 시스템도 상용화 후보입니다. 예를 들어, 음식물 수거용기에 RFID 칩과 중량 센서를 부착하여 배출량 데이터를 수집하고, 모바일 앱으로 배출자에게 인센티브를 제공하는 시스템이 한국 등에서 도입되었습니다. 또, AI 기반 영상인식 기술을 통해 쓰레기통에 버려지는 품목을 자동 분류·기록하여 사업장의 음식물 낭비 패턴을 분석해주는 폐기물 모니터링 솔루션(예: Winnow 시스템)이 상용화되어 다국적 기업 구내식당 등에 적용되고 있습니다​. 이러한 ICT 솔루션은 폐기물 감축과 효율적 처리를 동시에 달성할 수 있어 향후 보급률이 높아질 것으로 보입니다.
• 순환 자재화 및 제품화: 산업 공정 부산물과 식품 폐기물을 결합해 새로운 업사이클 제품을 만드는 솔루션도 주목됩니다. 예를 들어, 버려지는 과일 껍질과 폐플라스틱을 함께 가공하여 복합 재생 건축자재를 만드는 기술, 벼 껍질 등 농업폐기물을 균사체와 혼합해 포장 완충재를 제조하는 기술​ 등이 시도되고 있습니다. 이처럼 이종 폐자원 간의 시너지를 활용하는 접근은 기존 폐자원 단독 활용보다 기능 향상이나 원가 절감 효과를 얻을 수 있어, 시제품 평가 후 일부 제품이 시장에 나오기 시작했습니다.

 

 

3. 기존 산업 공정과의 결합 가능성 분석

신기술이 상용화되기 위해서는 기존 산업 공정에 무리 없이 통합될 수 있는지가 관건입니다. 아래는 몇 가지 결합 시나리오와 그 가능성입니다.

• 식품 가공업과 바이오에너지의 결합: 대규모 식품가공 공장(도축장, 음료공장 등)은 폐기물 발생량이 많으므로 자체 바이오에너지 회수 설비를 갖출 잠재성이 있습니다. 예를 들어, 설탕공장의 당밀, 맥주공장의 폐맥주효모 등을 공장 내 발효조에 투입해 에탄올이나 바이오가스를 생산하고, 이를 공정 에너지로 재투입하는 루프를 구축할 수 있습니다. 이러한 에너지 자급형 모델은 이미 일부 설비에 시험 도입되어 에너지 비용 절감 효과를 검증하고 있습니다.
• 농업 현장과 지역산업 연계: 농업 부산물(볏짚, 옥수수대 등)을 수거하여 인근 열병합 발전소나 목재 가공소의 연료로 사용하는 협업 모델은 경제성과 효율 면에서 실현 가능성이 높습니다. 기존 화석 연료 대비 탄소중립적 연료로 인정받을 경우 탄소 크레딧 등의 인센티브도 기대할 수 있습니다. 다만 운송 및 저장 비용을 낮추기 위해 펠릿화 등 전처리가 병행되어야 하며, 이에 대한 지역 단위의 투자와 조정이 필요합니다.
• 폐기물 처리산업과 화학산업의 연결: 음식물 쓰레기 처리장에서 나오는 지방산, 아미노산 등이 정제되어 인근 화학공장의 원료로 공급되는 방안도 거론됩니다. 예를 들어, 음식물류 폐기물을 산발효하여 얻은 휘발성 지방산(VFA)을 바이오플라스틱 공장의 발효원료로 사용하거나, 폐기물 유래 에탄올을 인근 화학단지에서 그린 솔벤트로 사용하는 식입니다. 이러한 산업 공정간 공생(symbiosis) 모델은 이미 EU의 여러 산업공생 프로젝트에서 설계·검토되고 있으며, 순환경제 정책 기조와 맞물려 구현 가능성이 높아지고 있습니다.

이처럼 상용화 유망 기술들은 실증 단계를 거쳐 기술적 타당성과 경제성을 인정받고 있으며, 관련 규제가 정비되고 시장 수용성이 확보되는 대로 기존 산업 생태계 속에 흡수될 것으로 예상됩니다.