세계인의 필수 식품 원료이자 세계 각국 생산량이 많은 농업부산물 바이오매스인 사탕수수(Saccharum officinarum)의 원료 특성, 가공 방식, 동남아시아 주요 생산지의 가공 현황 및 생산량, 그리고 부산물의 연료화 활용 사례에 대해 알아보겠습니다. 사탕수수는 주요 당류 작물일 뿐 아니라, 그 부산물은 바이오에너지 자원으로서 높은 잠재력을 가집니다. 본 내용은 특히 사탕수수 부산물인 바가스(Bagasse)를 중심으로 사탕수수 부산물의 물리·화학적 특성과 에너지 자원으로의 활용 가능성 및 실제 적용 사례를 분석하고자 합니다.
1. 서론 (Introduction)
기후변화 대응과 지속가능한 에너지 수요 증가로 인해 바이오매스 자원의 중요성이 증가하고 있습니다. 사탕수수는 세계적으로 가장 많이 재배되는 에너지 작물 중 하나이며, 특히 동남아시아에서는 주요 농업 수출 품목으로 자리 잡고 있습니다. 사탕수수에서 자당을 추출한 후 발생하는 바가스, 몰라시스, 필터 케이크 등의 부산물은 연료, 사료, 비료, 바이오화학물질 등의 다양한 형태로 활용 가능합니다. 본 내용에서는 사탕수수의 원료 및 연료 특성을 심층 분석하고, 동남아시아 지역의 가공 및 연료화 사례를 정리합니다.
2. 사탕수수 재배와 수확 시기 개요
| 구분 | 내용 |
| 재배 환경 | 열대 및 아열대 기후 (고온다습 지역), 연평균 기온 20–30℃ |
| 필요 조건 | 강우량 1,200–1,500mm/년, 배수가 잘 되는 토양, pH 5~7 |
| 생육 기간 | 10~18개월 (품종 및 기후에 따라 차이 있음) |
| 재배 방식 | 심경 후 줄기(싹) 심기 → 발아 → 생장기 → 숙성기 → 수확 |
1.1 파종 시기 (Planting Season)
| 지역 | 파종 시기 |
| 베트남 | 13월 (건기 시작 무렵), 일부 지역 9, 10월 |
| 태국 | 2~5월 (건기 말기 ~ 우기 초입) |
| 인도네시아 | 5~7월 (건기 시작) |
| 필리핀 | 5~8월 (우기 초입, 물 확보 용이) |
1.2 생장 및 숙성기 (Growing & Maturation)
● 생장기: 파종 후 59개월간 키가 급격히 자람 (최대 34m)
● 숙성기: 이후 3~5개월간 당 함량 증가
● 병충해 관리, 잡초 방제, 관개/배수 관리 중요
1.3 수확 시기 (Harvest Season)
| 지역 | 수확 시기 | 주기 |
| 베트남 | 11월 ~ 4월 | 연 1회 (겨울~초봄 수확) |
| 태국 | 12월 ~ 3월 | 연 1회 |
| 인도네시아 | 6월 ~ 10월 | 지역별 차이 있음 |
| 필리핀 | 10월 ~ 5월 | 연 1회, 길게 이어짐 |
● 수확은 대부분 건기(물기 적은 시기)에 진행
● 기계 수확 또는 수작업 수확 병행
● 수확 후 24~48시간 내 가공 필요 (자당 분해 우려 때문)
1.4 재배 주기 요약 (예: 베트남 기준)
1~3월 : 파종
4~9월 : 생장기
10~11월 : 숙성기
11~4월 : 수확 및 가공
3. 사탕수수 바가스 원료 특성 (Feedstock Properties of Sugarcane)
바가스 원료와 펠릿의 기계적 물리적 특성
| 항목 | 최소값 | 평균값 | 최대값 |
| 직경 (mm) | 9.60 | 9.70 | 10.00 |
| 길이 (mm) | 11.00 | 22.70 | 33.00 |
| 원료밀도 (kg m-3) | 192.39 | 209.55 | 231.58 |
| 펠릿밀도 (kg m-3) | 725.80 | 726.32 | 727.00 |
| 원료 함수율 (%) | 51.40 | 53.41 | 55.60 |
| 펠릿 함수율(%) | 5.44 | 5.49 | 5.52 |
| 내구성 (%) | 97.80 | 98.20 | 98.60 |
| 미세분(%) | 1.40 | 1.80 | 2.20 |
4. 사탕수수 가공 방식 (Processing Methods)
사탕수수의 가공은 크게 3단계로 이루어진다: 압착(Crushing) → 자당 추출(Sucrose Extraction) → 정제 및 부산물 처리(Refining & By-products).
4.1 압착 (Crushing)
● 수확 직후 24~48시간 내 가공 필요
● 기계식 롤러 밀 사용
● 압착률: 약 90~95%
4.2 자당 추출 및 정제
● 온수 및 라임(석회) 첨가 → 불순물 제거
● 증발(Evaporation) 및 결정화(Crystallization)
● 최종적으로 원당(raw sugar)과 당밀(molasses)로 분리
4.3 부산물 처리
● 바가스: 연료, 펄프, 바이오가스 등
● 몰라시스: 바이오에탄올, 사료, 알코올 제조
● 필터 케이크: 유기 비료
사탕수수는 신속한 가공이 요구되는 고수분 작물이며, 수확 후 빠르게 압착하여 자당을 추출하는 과정이 필요하다. 부산물인 몰라시스(Molasses), 필터 케이크(Filter Cake), 바가스는 각각 에탄올, 비료, 연료로 활용 가능하다.
5. 동남아시아 사탕수수 생산지 및 가공 현황
| 국가 | 생산량(ton) | 수확량(kg / 헥타르) |
| 중국 | 107,258,724 | 94,401. |
| 태국 | 66,278,506 | 44,321. |
| 인도네시아 | 32,200,000 | 71,875 |
| 필리핀 | 26,277,401 | 62,531 |
| 베트남 | 10,740,873 | 64,735 |
| 방글라데시 | 3,332,546 | 42,819 |
| 캄보디아 | 2,994,967 | 22,899 |
| 라오스 | 1,885,346 | 65,139 |
6. 바가스의 연료화 특성 및 적용 사례 (Fuel Use and Case Studies)
바가스는 설탕 생산 과정에서 발생하는 부산물입니다. 이 과정에서 사탕수수를 분쇄하여 주스를 추출하면 섬유질이 풍부한 바가스가 남게 됩니다. 이 바가스를 수집하여 건조한 후, 더 작은 입자로 분쇄합니다. 그런 다음, 분쇄된 재료를 압축하고 펠릿 성형 통해 압출하여 바가스 펠릿을 형성합니다. 평균적으로 사탕수수 1ton당 200kg~ 300kg의 바가스를 얻을수 있습니다.
6.1 바가스 펠릿연료 특성 (Dry Bagasse 기준)
| 항목 | 수치 |
| 고위발량 - dry (kcal kg-1) | 4384 |
| 저위발열량 - dry (kcal kg-1) | 4063 |
| 회분 (%) | 8.70 |
| 고정탄소 (%) | 14.03 |
| 휘발분 (%) | 77.27 |
| EPA 및 기타 기준 | Value |
| 질소 (N) % | 0.28 |
| 황 (S) % | 0.02 |
| 염소 (Cl) % | < LQ |
6.2 적용 기술
● 연소 보일러 (Grate Furnace)
● 유동층 보일러 (CFB)
● 가스화 및 바이오에탄올 전환
● 펠릿화 또는 브리켓화 (압축연료화)
6.3 동남아 연료화 사례
| 국가 | 사례 | 내용 |
| 베트남 | TTC Group (떠이닌) | 바가스를 사용한 증기 및 전력 공급 CHP 설비 |
| 태국 | Mitr Phol Group | 바가스 기반 바이오에너지 발전소 운영 (200 MW 이상) |
| 필리핀 | Victorias Milling Co. | 바가스 증기 보일러 및 바이오에탄올 병행 생산 |
| 인도네시아 | PTPN Group | 전통 연소 보일러 운영, 일부 가스화 실험 단계 |
사탕수수의 연료화 가공방식은 주로 바가스(Bagasse)를 중심으로 진행되며, 다양한 기술을 통해 열, 전기, 또는 연료형태의 제품으로 전환됩니다.
7. 사탕수수 연료화 가공방식 요약
7.1 직접 연소 (Combustion)
가장 보편적인 방식. 바가스를 보일러에서 직접 연소하여 증기 또는 열을 생산.
| 항목 | 설명 |
| 사용 설비 | 고정 로(grate furnace), 유동층 보일러(CFB), 관류 보일러 등 |
| 연료 형태 | 생 바가스 or 건조 바가스 |
| 주요 산출물 | 증기(Steam), 전력(Electricity, CHP 가능) |
| 특징 | 설탕공장 내 자체 소비 or 판매용 전력 생산 가능 |
| 예시 | 태국 Mitr Phol, 베트남 TTC Sugar (CHP 시스템 운영) |
7.2 펠릿화 및 브리켓화 (Pelletizing / Briquetting)
바가스를 압축하여 고형 연료로 제조하는 방식. 저장·운송이 용이하며 보일러 효율 개선.
| 항목 | 설명 |
| 처리 과정 | 파쇄 → 건조 → 압축 → 성형 |
| 연료 형태 | 바가스 펠릿, 브리켓 |
| 활용처 | 산업용 보일러, 발전소, 난방용 연료 등 |
| 장점 | 수분 제어, 에너지 밀도 증가, 자동 연료 공급 가능 |
| 단점 | 초기 설비 투자 필요, 추가 에너지 소모 |
7.3 열분해 / 가스화 (Pyrolysis / Gasification)
고온에서 산소 없이 또는 제한된 상태에서 열분해해 연료가스를 생산하는 방식.
| 항목 | 설명 |
| 주요 산출물 | 합성가스(Syngas: CO, H₂), 바이오차(Biochar), 타르 |
| 가스화 온도 | 약 800~1,000°C |
| 활용 | 가스 엔진 발전, 보일러 연료, 화학제품 전환 |
| 장점 | 고효율, 온실가스 저감 가능성 |
| 예시 | 필리핀, 인도 일부 사탕수수 농가 실증 적용 중 |
7.4 바이오에탄올 생산 (Bioethanol from Molasses)
사탕수수 부산물인 *몰라시스(Molasses)*로부터 발효를 통해 에탄올을 생산.
| 항목 | 설명 |
| 공정 | 당밀 → 효모발효 → 에탄올 증류 |
| 에탄올 농도 | 약 96% 이상 |
| 활용처 | 바이오연료(휘발유 혼합), 제약, 산업용 |
| 장점 | 액체 바이오연료 생산, 수출 가능성 |
| 비고 | 직접적인 바가스 연료화는 아니지만 연료화 체계의 일부로 간주됨 |
7.5 연료 혼합 및 보조연료 활용 (Co-firing)
바가스를 기존 화석연료(석탄 등)와 혼합 연소하여 사용.
| 항목 | 설명 |
| 혼합 비율 | 바가스 20~50% 혼합 |
| 설비 조건 | 전용 보일러 or 혼합연료 보일러 필요 |
| 활용처 | 대형 산업용 보일러, 발전소 |
| 장점 | 온실가스 저감, 화석연료 대체율 향상 |
8. 요약 도식 (Flowchart)
사탕수수 → 압착 → 바가스(섬유) & 몰라시스(당밀)
↓
┌───── ─────── ─────── ─────┬────── ─────── ────┬───────── ─────── ───┐
│ 직접 연소 │ 펠릿/브리켓화 │ 가스화/열분해 │
│ (보일러) │ (고형 연료) │ (Syngas 생성) │
└───── ─────── ─────── ─────┴────── ─────── ────┴───────── ─────── ───┘
↓
열 / 전력 / 연료
9. 결론 (Conclusion)
사탕수수는 단순한 당류 작물을 넘어 에너지와 자원의 원천으로 활용될 수 있는 다기능성 작물입니다. 특히 바가스는 재생 가능한 고체 바이오매스 연료로서 높은 활용 가치를 지니며, 동남아시아 국가들에서 실질적인 에너지 자립 도구로 활용되고 있습니다. 향후 고효율 가공 기술 및 연료화 전처리 기술의 발전이 이를 더욱 확산시킬 수 있으며, 수확 후 보관·운송 안정성, 자동화 설비 도입, 환경 규제 대응 등 다각적인 연구가 병행되어야 할것입니다.
참고문헌 (References)
- Rezende, C.A. et al. (2011). “Chemical and morphological characterization of sugarcane bagasse...” Biotechnology for Biofuels
- Shuit, S.H. et al. (2009). “Energy potential from sugarcane waste.” Renewable and Sustainable Energy Reviews
- FAO (2023). “Sugarcane Production Statistics and Outlook”
- VSSA (Vietnam Sugar and Sugarcane Association), “Vietnam Sugar Industry Report 2023”
- Mitr Phol Group. Corporate Sustainability Report 2022
- TTC Group Vietnam. Energy Integration Report 2023