자트로파 요약, 경제성, 피마자와 자트로파 영농의 경제성 단순비교

자트로파 요약

 

소개;

Jatropha (중국명; 麻风树, 小桐树, 膏桐)

학명; (Jatropha curcas L.) 과 (Euphorbiaceae)

낙엽, 관목 혹은 작은 교목, 양지식물, 씨앗의 발아율 일반적으로 90%이상, 뿌리는 크고 건장하게 발달. 독성을 가지고 있어 강한 내 병충해, 척박한 생존능력으로 구릉지대 적합, 4~50년 생존가능,

아열대 및 건조한 열대지방에 자생하며 아프리카의 모잠비크, 잠비아, 오스트레일리아의 퀸스랜드 및 마카오, 미국 플로리다의 올랜드지역, 하와이제도 등 지역에 분포한다, 중국은 대륙의 남부지방에 재배가 가능하다.

일반적으로 Castor Oil이라고 불리는 파마자유에는 두가지가 있다. 그중에 한가지는 우리가 아는 한국에서 봄에 파종해 가을에 수확하는 피마자이다.

이 책의 주요 내용인 피마자는 한국등지에서 재배되는 피마자(Riccinus Communis)로 바이오 디젤보다는 윤할유의 제조에 더 적합하다. 또다른 한가지는 이곳 부록에서 추가 설명하는 자트로파(Jatropha)로 바이오 디젤의 원료로 사용된다. 일반적으로 바이오 디젤의 원료로 쓰이는 피마자(Castor)오일이란 자트로파를 말한다.

인도네시아어 로는 Jarak Pagar(인니어로 Jarak은 피마자, Pagar는 울타리를 말한다)로 주로 아프리카 등지에서 밭이나 집안의 울타리 용도로 많이 재배된다고 한다.

 

성장 특징;

1, 나무의 활착율이 높고 성장속도가 빨라 꺽꽂이 이식이 가능하고 삼림 군락을 형성할수 있다.

2, 나무의 생존력이 강하여 번식기 좋고 나뭇가지와 잎이 빽빽하여 토양의 능력을 개선한다.

3, 평균 4~5㎡에 (토양과 기후의 조건에 따라 증감할수 있으며 중국 남부 지방의 비교적 비옥한 야산의 구릉지대에서는 4m × 4m 간격으로 식재하는 것을 가장 효율적이라 본다.) 1주씩 식재가 가능하며 적절한 관리와 풍부한 비료를 적용하면 2차 연도에 열매가 맺히기 시작하여 5차 연도부터 667㎡당 800~900kg의 수확을 얻어 수익이 발생 할 수 있다.

4, 인공조림이 쉽고 천연갱신 능력이 강하고 가뭄과 척박한 토양에 적응력이 좋아 퇴화된 토양에도 식재가 가능하다.

5, 강우량이 적고 뜨거운 조건으로 열악한 조건의 열대 및 아열대에 재배하므로 토양개량, 공기정화, 사막화 방지등에 유용하게 작용한다.

6, 나무에 수분함량이 많고 펄프에 즙이 많아 연소가 쉽지않아 양호한 생물 방화 격리지대로 활용 가능하다.

 

경제 가치;

세계에서 공안한 우수한 생물 디젤유의 원료 나무수종이다.

그 식물은 생물 연료, 생물 농약, 생물 의약, 생물 비료, 화학공업 원료로 활용되며, 표피를 제거한 속살의 기름 함유량이 60%~ 63.3%에 달하며, 특수 정제 가공하면 각종 디젤엔진에 사용 할 수 있으며 전통적인 세탁비누와 윤활유의 원료이며 활용도가 유채기름 보다 우수하다. 유박은 독성을 제거 한 후 동물의 단백질 함량이 높은 사료로 활용이 가능하다. 그 속살이 전통의 세탁비누 및 윤활 유 원료이다. 기름 찌꺼기는 독을 제거한 후 단백질 함량이 비교적 높은 동물 사료를 생산할 수 있다. 열매의 껍질은 생물의 유기비료로 활용되며 잎의 추출물은 여러종류의 화학 활성요소를 함유하고 있어 광범위한 의료용 가치를 가지고 있으며 체계적으로 개발하여 균을 이겨내고 바이러스에 안전한 AIDS에 저항하여 당뇨병, 항암 약용의 원료로 사용된다.

 

왜?? 바이오디젤의 원료작물;

인디아, 아프리카, 인도네시아등 열대성 기후의 국가들이 자트로파를 바이오 디젤의 원료식물로 적극 권장하는 이유는 자트로파가 메마르고 척박한 땅에서 비료를 주지 않아도 저절로 잘 자라기 때문이다. (그러나 실제로 수익을 목적으로 재배하면 비료를 많이 주어야 원하는 소출을 얻을수 있다.) 따라서 자트로파는 짜투리 땅에서 지역주민들이 별다른 투자 없이 소규모로 재배하기에 아주 적합하다.

 

단위면적당 생산성으로는 팜오일이 1헥타당 년간 최고 7-8톤의 팜오일을 생산할 수 있어서 월등하지만, 팜오일은 많은 양의 강수량이 있는 비옥한 토지에 엄청난 양의 금비를 투여하여야 한다.

자트로파는 1ha당 년간 1.5톤 정도의 오일을 생산할 수 있다. 게다가 자트로파는 간단한 기계로 농가에서 직접 오일을 짜낼 수 있지만, 팜오일은 수백만 달러가 투자되는 팜열매에서 팜오일을 짜내는 대규모 플랜트가 필요하다.

 

인도네시아에서는 강우량이 충분한 수마트라, 보루네오, 이리안자야, 남부 술라와시등에서는 바이오 디젤의 원료작물로 팜오일의 재배를 권장하고, 강우량이 충분하지 못한 동부 자바와 북부 술라바시, 그리고 발리섬 동쪽의 여러 섬지역 에는 자트로파의 재배를 적극 권장하고 있다.

 

이 자트로파는 척박한 유휴토지가 많은 중국의 운남성에서도 바이오 디젤의 원료로 적극 권장하고 있다.

대략 3kg(표피 포함)의 자트로파 씨앗에서 1리터의 오일이 생산된다고 한다. 팜열매는 4kg의 열매에서 1리터정도의 팜오일이 나온다.

 

작물을 경작하지 않는 휴한지에서 재배하는, 6년만에 높이가 3미터까지 자라는 속성수들이 미래에 화석연료를 대체하는 에너지원을 대표할지도 모른다고 미국의 과학자들이 말했다.

이러한 속성수들은 주로 포플라 나무의 유전자를 변형시킨 잡종으로 "Super Tree"라고 부른다.

미국 Purdue University의 연구원들은 휘발유를 대체할 에너지원을 생산하는데 필요한 물질을 값싸고 쉽게 대량으로 생산할 수 있는 나무품종을 개발하기 위한 노력의 일환으로 나무의 유전자 변형을 이용하고 있다.

이들 과학자들은 lignin이라고 불리는 나무의 세포벽 구성성분에 주목하고 있는데, 이 세포벽 안에서 휘발유를 대체 하는 에너지원으로 각광받는 바이오 에탄올을 생산하는데 필수적인 원료인 당분을 함유하고 있는 셀룰로스(cellulose) 를 추출해 낼 수 있다.

유전자변형 포플라인 Super Tree를 잘게 파쇄한 Wood Chip에서 셀룰로스 성분을 추출하여 바이오 에탄올을 생산 Cellulosic ethanol production 은 부시대통령이 백악관에서 행한 연두교서 연설에서 언급한 "옥수수가 아니라 우드칩, 작물 줄기, Switch Grass등을 원료로 하는 새로운 에탄올 생산방법, 우리의 목표는 이 새로운 에탄올 생산방법을 6년이내에 실용적이고 경쟁력있는 에너지원으로 만드는것이다." 이라고 소개한 바로 그 방법이다.

 

나무의 목재는 대체로 cellulose와 hemicellulose성분으로 이루어져 있다. 하지만 이들은 목질화(lignified)된 세포벽(cell wall)에 갇혀있다, 따라서 이들 셀룰로스성분들을 바이오 에탄올로 전환하는데 어려움이 따른다.

이러한 어려움을 해소하기 위해 연구팀들은 어떤 유전자들이 나무의 구성성분을 결정하는가를 연구하고, 어떻게 이들 유전자들을 변형시켜 cellulose와 hemicellulose에 쉽게 접근할 수 있도록 세포벽의 구성성분을 변화시킬 수 있는가를 연구하고 있다.

미국 에너지부(U.S. Department of Energy)의 Biological and Environmental Research Office는 Clint Chapple, Richard Meilan그리고 Michael Ladisch로 이루어진 Purdue 대학교 교수팀의 3년간 연구에 $1,400,000달러를 지원하고 있다. 이 연구팀은 유전자 변형을 통해 나무의 lignin으로 구성된 세포벽 안에 있는 바이오 에탄올의 원료가 되는 cellulose와 hemicellulose 성분을 대량으로 경제성있게 추출할 수 있는 나무 품종의 개발이 가능한지를 연구한다.

이 연구는 2030년까지 미국이 소비하는 운송부문의 화석연료 년간 사용량의 30%를 바이오연료로 대체하고자 하는 미국 에너지부 장기목표의 일환이다.

 

바이오 에탄올 생산설비

 

현재, 미국에서 생산되는 바이오 에탄올은 거의 대부분이 옥수수의 전분을 주원료로 생산된다.

1부셀(36kg)의 옥수수로 2.8갤런(1갤런은 3.74리터)의 바이오 에탄올을 생산한다.

SUV자동차의 연료탱크를 가득채우는데 필요한 에탄올을 생산하기 위해 사람 한명이 1년간 먹을 양의 옥수수를 바이오 에탄올 제조에 투입하여야 한다.

만일 작년 한해동안 미국에서 생산된 모든 옥수수를 에탄올 제조에 사용했다 하더라도, 미국이 한해동안 사용했던 휘발유의 단지 15%만을 교체할 수 있었을 것이다.

비록 미국의 에탄올 제조량이 년간 48억 갤런으로 늘어났지만, 미국내 모든휘발유 생산에 10%의 에탄올을 첨가 시키는데 필요한 충분한 양을 확보하기 위해서는 에탄올은 현재보다 30%정도 생산량이 추가되어야 한다고 Energy Information Administration은 밝혔다.

더구나 현재 미국에서 옥수수를 이용한 바이오 에탄올은 제조경비가 휘발유가격보다 비싸, 정부의 보조금이 없다면 바이오 에탄올 산업 자체의 존립조차 불가능하다.

그리고 곡류를 바이오 에탄올의 제조로 전용하면, 식량및 가축사료 가격의 앙등을 초래하여, 인플레 우려를 심화시킨다. 따라서 Super Tree라고 불리는 잡종 포플러에서 cellulose와 hemicellulose 성분을 효과적으로 추출해 낼 수 있다면 이를 효소를 이용한 발효과정 내지는 산성물질을 촉매로한 화학반응을 거쳐 당분으로 전환시키고, 이를 알콜 발효시켜 바이오 에탄올을 대량으로 저렴하게 생산 할 수 있으며, Super Tree 세포벽의 구성성분인 lignin은 바이오 에탄올을 제조하는데 필요한 에너지원으로 사용하여 제조경비를 크게 절감할 수 있다.

현재 포플라나무는 전세계의 75,000,000헥타 면적에서 자라고 있으며, 이중 4백만 헥타는 목재의 용도로, 3백만헥타는 환경보호의 목적으로 도합 7백만 헥타 정도가 인공적으로 재배되고 있다.

현재 학자들이 연구의 대상으로 삼는 포플라는 미국에서 가장 크게 자라는 일명 Black Cottonwood 라고 불리는 Populus trichocarpa포플러나무로 485,000,000쌍의 DNA building blocks을 갖고있다.

하지만 셀룰로스에서 바이오 에탄올을 생산하는 Cellulosic ethanol production 테크놀로지는 옥수수등의 전분 으로 바이오 디젤을 생산하는 공정에 비해 셀룰로스를 당분으로 전환하는 공정이 추가로 필요하게 되어, 설비투자 비용이 동일한 생산능력의 옥수수 바이오 에탄올 플랜트보다 약 6배나 더 소요된다는 단점이 있다.

 

바이오 에탄올 자체는 연비효율이 휘발유의 약 72%에 불과하여 주행성능이 떨어지며, 또한 파이프 라인을 통한 수송이 불가능하여 수송경비가 많이드는 단점이 있다.

또한 바이오 에탄올은 자동차 내부의 기계들을 빠르게 부식시키는 단점이 있다.

 

피마자와 자트로파 사업의 단순비교

1, 피마자는 파종 당년부터 수익이 발생하며 기업적 영농일 경우 최소 400ha 영농프로젝트일 경우 한화 10억원 이면 가능하며 첫해부터 투자금을 회수할수 있다.

2, 피마자는 매년 새로 파종하던지 한번 파종하여 5년간 계속 수확하던지 하여 자연재해로부터의 리스크가 자트로파에 비하여 적을수 있다.

3. 자트로파의 경우 기업적 영농일 경우 최소 4000ha 이상부터 가능하며 수익이 발생할 5년까지 지속적인 관리와 영농비용이 투입되므로 전체 투자비용이 최소 200억 이상이 되어야 한다.

4, 최장 4~50년을 수확할수 있으므로 초기에 토지에 대한 투자액이 많고 자연재해(특히 냉해)를 입었을 경우 피해가 만회할수 없을 정도의 대규모로 입을수 있다.

5, 자트로파는 이론상으로는 대규모 운영이 수익이 발생하고 장기적으로는 피마자에 비하여 수익이 좋으나, 실제로는 영농의 많은부분이 기계화가 불가능한 인력으로 관리하여야 하므로 인력부족, 큰 면적을 관리하며 생기는 관리부실등으로 작은 면적을 재배하면 기대하는 수확량이 생산되나 큰 면적을 재배하면 기대하는 수확량을 얻기가 실제로는 불가능하다.