미국 네브라스카대학교(University of Nebraska-Lincoln, UNL) 연구진은, 옥수수 곡물의 잔여물을 이용한 바이오에탄올 및 기타 바이오연료의 생산이 토양 탄소의 감소와, 가솔린보다 많은 지구온난화 가스를 발생한다고 "Nature Climate Change" 최신호에 발표하였다. 연구진은 옥수수 잔여물이 연방정부에서 주도하는 에탄올 생산 증가와 지구온난화 가스 배출 감소에 만족하는가에 대해 의구심을 가지고 이번 연구를 진행하였다.
옥수수 추수 후 농지에는 옥수수대(corn stover), 속대(cob), 잎사귀 등이 남게 되며, 이는 목질섬유소계 에탄올 생산에 주요 원료물질로 활용되고 있다. 미국 에너지부는 10억 달러 가량의 연방자금을 옥수수대 등을 이용한 목질섬유소계 바이오연료 생산 개발 연구에 투입하고 있다. 섬유소계 바이오연료 생산 공정은 아직 상용화 단계까지 도달하지 못했지만, 일부 사기업은 옥수수섬유를 연료로 전환하는 특화된 바이오리파이너리 공정을 개발 중이다.
Adam Liska 교수가 이끄는 연구팀은 슈퍼컴퓨터 모델을 이용하여, 옥수수벨트에 걸쳐져 있는 12개 주(洲)의 12800만 에이커 면적에서 옥수수대와 같은 농업 부산물 제거가 미치는 영향을 평가하였다. 연구진은 옥수수 농지에서 이루어지는 농업 부산물 제거 행위가 생산 바이오연료 에너지 MJ당 약 50~70g의 이산화탄소를 추가적으로 배출함을 밝혔다. 지난 5년간 평균적인 연간 총생산 배출량은 MJ당 약 100g의 이산화탄소와 맞먹었으며, 이는 가솔린 배출 수준의 7% 가량 높은 수준이었다. 특히 옥수수대 제거 규모에 상관없이, 탄소 배출 속도가 일정한 것으로 나타났다. Liska 교수는 “적은 양의 옥수수 부산물만이 제거된다면, 토양 탄소 감소가 줄어들겠지만, 바이오연료 에너지 수율 또한 줄어든다”고 말한다.
연구진은, 증가한 이산화탄소 배출와 감소된 토양 탄소를 저감하기 위해서는 토양 탄소를 고정하기 위한 지피작물(cover crops)을 심어야 한다고 제안한다. 또한 섬유소계 에탄올 생산자 측에서는 다년생 초목이나 목재 부산물과 같은 대체 원료물질로 전환하여야 하며, 바이오연료 생산 시설에서 발생하는 전기 에너지를 외부로 공급하여, 석탄 화력발전소 탄소 배출 상쇄 효과를 노려야 한다고 조언한다. 이 외에도 연료 효율성이 높은 수송차량 개발 및 국가적인 연료 수요를 상당량 줄이는 것 또한 고려할만한 대체 시나리오라고 밝혔다.
이번 연구 결과가 농민들에게 놀라운 발견은 아니다. 농지 상에 농작물 부산물 유지의 중요성은 오랫동안 인식되어 왔으며, 이는 토질 유지 및 침식 방지를 위해 중요한 요소였다. 현재까지, 과학자들은 농업 부산물 제거 후 이산화탄소 배출로 이어지는 토양 탄소 손실을 정량화하기 위해 노력해왔으나, 연간 탄소 손실 규모가 비교적 작고 측량이 어려우며, 지리공간적 분석이 겸비된 이산화탄소 배출 측량 입증 모델의 부재로 인하여, 영향 평가가 제한적이었다.
Liska 교수팀은 미 농무부의 토양 지도와 곡물 생산량을 바탕으로, 옥수수 벨트 주 면적을 지리공간 단위로 구분하여 잠재적인 이산화탄소 배출량을 외삽을 통해 추정하였다. 이를 통해 미네소타, 아이오와, 위스콘신 주가 농업 부산물 제거에 의한 탄소 순손실 규모가 가장 높은 것으로 나타났다. 이는 해당 지역의 냉랭한 기후 조건과 토양 내 탄소량이 높기 때문으로 해석된다.
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