WHY BEYOND WASTE?

 

INNOVATION BEYOND WASTE

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KEN TASAKI, PhD (켄 타사키 박사)

Vice President of Business Development

Postdoc in Polymer Science Massachusetts Institute of Technology

PhD in Polymer Science Tokyo Institute of Technology

비즈니스 개발 담당 부사장인 켄 타사키 박사는 특별한 가치를 제공하기 위해 새로운 비즈니스 채널을 파악하고 확장하는 업무를 담당하고 있다. Tomorrow Water에 합류하기전 타사키 박사는 도쿄 공과대학의 ‘고분자 과학' 과정으로 박사학위 취득 후, MIT에서 박사연구원으로 활동하였으며 워싱턴 대학에서 ‘컴퓨터 화학’ 기술연구 감독을 역임 하였다. 이후 미쯔비시에서 자동차 에너지 저장, 연료전지 등 다양한 연구를 하였으며. 60개 이상의 논문, 3개의 미국 특허 그리고 초청 강연 등 다양한 활동을 거치며 경력을 쌓았다.

켄 타사키 박사는 BKT를 기존 회사 프로세스와 통합하여 환경 문제뿐 아니라 제한된 식량 및 천연 자원과 관련된 글로벌 문제를 해결함으로써 생명공학 산업의 다음 성장기에 대비하는 것을 목표로 하고 있다.


1980년~ 2010 육류/곡류 생산 증가표

1980년~ 2010 육류/곡류 생산 증가표

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Q1. Livestock industry의 변화와 환경문제에 대해 말씀해 주세요.

1980년 4억이 조금 넘던 인구는 2010년 약 7억명 정도로 증가하였고 동기간 육류생산과 곡물생산은 각각 2배 정도 증가하였습니다. 이런 증가세에 기인하여 곡물 재배와 가축을 키우고 도축하는 과정 전반에서 심각한 환경 오염이 발생하고 있습니다. 곡물에 필요한 화학비료 생산 업체는 에너지 다소비 공정인 시멘트보다 6배 이상의 에너지를 소비합니다. 특히 바이오 에너지 생산으로 곡물 수요가 급증하고 기후변화 영향으로 곡물 가격은 어느 때보다 변동성이 커졌습니다. 가축을 키우고 도축하는 과정에서 발생한 폐수는 지하수를 오염시키고 호수나 강의 녹조나 바다의 적조를 만드는 주범이 되었고 이를 방치하여 발생하는 메탄 가스는 지구 온난화에 큰 영향을 끼쳐 왔습니다. 이렇게 Livestock industry 는 우리의 환경과 경제생활에 지대한 영향을 끼쳐 왔습니다.

처리시스템 없는 축산업에 환경오염

처리시스템 없는 축산업에 환경오염

 

 

Q2. Livestock industry의 Waste & Wastewater 관련 환경 이슈에 대한 BKT의 노력은?

BKT는 창업 이후 20년동안 Livestock industry 전 과정에서 발생하는 폐수와 폐기물의 처리와 재이용 기술을 개발하고 현장에 적용하기 위해 헌신해 왔습니다. 지금은 다양한 부분에서 사용하고 있지만 BKT가 보유한 150여개의 특허기술 중에서 상당 부분이 처음에는 가축분뇨에서 발생하는 폐기물이나 폐수 처리를 위해 개발되었습니다.

BKT는 발생량은 적지만 농도가 일반 하수의 100배가 넘어 수질오염의 주범으로 불리우던 가축분뇨에서 바이오 가스를 만들어 에너지를 생산하거나 질소, 인을 회수하여 비료로 쓰고 이 과정에서 폐수는 정화하거나 재이용하여 지하수 오염과 녹조를 방지합니다. 그리고 가축 배설물 또는 최종 도축 폐기물인 가축의 털이나 발톱 등에서 인조피부나 화장품의 원료인 Keratin을 회수하거나 동물 사료인 Amino acid를 회수하는 고부가 가치 제품 개발에도 노력을 다 하고 있습니다. 2010년 현재 전세계에서 생산된 곡물의 50% 정도(127 MMT의 Corn 과 60MMT의 Soybean)가 동물 사료로 사용되어 140 MMT에 해당하는 Protein이 공급되었고 Rendering 기술을 이용하여 도축 폐기물에서 5 MMT의 사료가 생산되어 재이용되었습니다. 그러나 Rendering 기술 적용이 불가능하여 폐기해 오던 동물의 털이나 발톱 등으로부터 Rendering 생산량의 8배인 40MMT의 Protein이 추가로 회수될 수 있습니다.

BKT의 목표는 물의 정화 및 재이용은 물론이고 에너지 및 비료의 생산, 그리고 고부가가치 제품인 Keratin과 Amino acid의 회수 등을 고객의 요구와 여건에 따라 맞춤형으로 제공한다는 것입니다.

축산업 폐기물 처리와 자원 재사용

축산업 폐기물 처리와 자원 재사용

 

 
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Q3. 바이오 가스 및 비료 생산은 많이 보아 왔지만 가축분뇨나 도축 폐기물인 돼지 털이나 발톱 등에서 Keratin이나 Amino acid 등을 회수하는 것은 처음 보았습니다. 이런 시도를 하시게 된 동기는?

일본에서 박사 학위를 하고 MIT에서의 Postdoc을 거쳐 20년이 넘게 미국 Mitsubishi chemical 에 근무하였습니다. Mitsubishi에서 상당 기간을 돼지 분뇨 등에서 단백질을 추출하여 육포를 만들거나 Amino acid를 추출하여 가축사료로 공급하는 등의 연구 개발에 주력해 왔습니다. 화학 회사라는 특성 상 Chemical을 이용한 연구가 주로 수행되었는데 가수분해 등에 고가의 약품을 사용하다 보니 경제성이 나오지 않았습니다.

이후 BKT가 보유한 열가수분해 기술(COWT: Cyclic Organic Waste Thermal Treatment Technology)과 특수한 Membrane 기술인 FMX를 이용하여 경제성을 높인 공정 구성이 가능하다고 판단되어 BKT에 합류하면서 이 분야에 정성을 기울이고 있습니다.

 

 

Q4. 돼지 분뇨나 털에서 Keratin이나 Peptide, Amino acid 등을 추출하는 방법은 무엇입니까?

돼지 털 등에서 최종 산물 중 하나인 Amino acid를 획득하는 사례를 예로 설명 드리겠습니다. Protein meal product로 불리는 동물 사료 가격은 Protein 함량도 중요하지만 Digestibility가 높을수록 고가이므로 Digestibility가 높은 Amino acid는 고부가가치 제품입니다.

돼지 털에서 Amino acid를 만드는 과정은 분자 구조를 느슨하게 만드는 Swelling 단계와 단백질을 분해하는 Hydrolysis의 2단계로 이루어 집니다. 기존방식에서는 Urea와 Mercaptoethanol 등의 화학약품을 이용하고 회수율도 최대 60%에 그치며 반응 시간도 1-3일이 걸리는 등 경제성이 떨어지나 BKT의 신규 공정은 물만 사용하여 12시간 내에 70% 회수가 가능한 것으로 판단됩니다.

당사 열가수 분해 기술인 COWT의 온도와 반응시간을 다양하게 설정하여 Hair를 single protein인 Keratin으로 바꾸고 이를 Peptide를 거쳐 Amino acid로 변환합니다. Keratin은 cosmetics나 인공 피부를 이용한 Tissue engineering의 원재료로 사용되고 Amino acid는 전술한 바와 같이 고부가 가치 동물 사료 등으로 팔 수 있습니다. 현재 본 공정은 California의 최대 Rendering 업체 중 하나인 Baker commodity와 협력하여 상용화를 위한 연구를 진행 중입니다.

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COWT 벤치 스케일 모델

COWT 벤치 스케일 모델

 

 

Q5. BKT에서의 연구 성과와 외부 평가는 어떻습니까?

Dr. Meeker, SVP of NRA, invited me to NRA Fall Meeting for a presentation of our project in front of the rendering industry representatives. It turned out I'll be the only presenter out of 10 winners for the funding.

아직은 Full scale로 대량 생산하는 단계에는 가지 못했습니다. 현재까지의 연구성과를 바탕으로 특허 (provisional patent)가 출원되었으며 2017년 11월에 National Renderers Association (NRA)의 Fats and proteins research foundation에 동 기술을 제안하여 Funding을 받았습니다. 앞으로 Full Scale 대량생산을 가시화하기위해 연구를 마무리하고 있습니다.


Q6. 이러한 맞춤형 가축분뇨 처리시설의 구현을 위해서 필요한 것은 무엇입니까?

이미 BKT는 많은것들이 준비되어 있는데 예를들면 아래와 같은 것들입니다.

1. 다양한 Unit technology와 이를 목적에 맞게 구성한 Well-balanced & well-organized process

2. Total solution 공급 능력 - Engineering, Manufacturing, Operating, Training, Financing

3. 그리고 올바른일을 올바르게하는 열정 여기에 funding과 공동 R&D나 마케팅이 보태어진다면 환경산업과 Rendering industry에 새로운 성장동력이 될것입니다.

 
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