커피박 퇴비의 제조 및 활용

커피박 이란

커피박이란 단어는 우리나라에서 매우 생소하지만 외국에서는 coffee waste, coffee meal, coffee ground 등 다양한 이름으로 불리고 있다. 다양하게 불리고 있는 커피박은 커피원두로부터 커피액을 추출하고 남은 찌꺼기를 말하는데 커피박에는 유기물뿐만 아니라 풍부한 섬유소, 리그닌, 카페인, 폴리페놀화합물 등 다양한 기능성 물질을 다량 함유되어 있어 재활용 가치가 높은 유기성 자원 중의 하나로 평가 받고 있다(Bressani, 1979).
우리나라는 커피 생산국이 아니지만 전 세계적으로 커피 원두의 수입량과 소비량이 매우 높은 국가 중의 하나로 손꼽히고 있다. 그림 1에서 볼 수 있듯이 2007년부터 2010년까지 관세청의 커피수입 통계를 살펴보면 매년 지속적으로 증가하였으며 2007년 9만 1천 톤이었던 것이 2010년 11만 7천 톤으로 무려 29% 이상 급속히 증가하고 있는 것으로 나타났다.

더욱이, 2015년 우리나라의 원두 수입중량이 13만8천 톤으로 금액으로 환산하면 약 5억 4천 700만 달러에 달하는 것으로 조사되었다. 이러한 커피 수입량은 2014년 같은 분기에 비해 무려 3.0%가 증가한 것으로 나타나 우리나라 국민의 커피사랑에 대한 열기를 느낄 수 있다.
그런데, 국내 커피산업의 발달과 더불어 커피의 수입량이 증가하는 만큼 귀중한 유기성 자원인 커피박도 연평균 12만톤 이상 발생하고 있는 것으로 알려져 있다. 이렇게 커피원두로부터 1차적으로 가공하여 커피를 생산한 후 발생하는 막대한 양의 커피박은 산업용폐기물로 분류되어 폐기처분해야 하는데, 매년 산업체마다 막대한 커피박 폐기물 처리비용이 발생하고 있는 것으로 알려져 있다.
따라서 우리나라와 같이 국가적으로도 농업분야에서 유기성 자원이 절대적으로 부족하여 상토, 유박, 등의 재료들이 대부분 수입되고 있는 실정을 감안한다면 원재료 매입비용이 적은 반면 부가가치를 창출할 있는 수익성이 매우 높은 재료로 고가로 수입된 커피박 자원을 재활용할 수 있는 기술이 지속적으로 개발되어야할 것으로 생각된다.

커피박으로 퇴비 만들기

커피박 퇴비의 효율적인 제조를 위해 주재료인 커피박의 이화학성을 이해하고 커피박의 탄소와 질소의 비율(C/N, 탄질률)을 조절할 수 있는 부재료의 선택이 중요하다. 특히, 커피박은 질소함량이나 탄질률이 퇴비제조에 적합하지만 커피박의 부숙을 촉진하고 이화학성을 개선할 수 있도록 도와주는 부재료의 사용이 커피박의 퇴비화 과정에 중요하다.

가. 주재료-커피박의 특징

커피박 퇴비의 주재료인 커피박은 커피 원두의 품종(아라비카, 로부스타)이나 어떠한 공정(산업용, 커피전문점)을 거쳐 생산되었는지에 따라 이화학성의 차이는 있으나 제조공정에 따른 이화학성의 변이 폭이 작아 퇴비 제조의 재료로 적합하며 커피박의 배출원별 이화학성은 다음과 같다.

1) 커피박 배출원별 pH, EC, 및 미량원소 함량

커피박 배출원별 pH는 5.0~5.6(평균 5.3)이었고 EC는 1.79~2.94 dS/m(평균 2.37dS/m)으로 퇴비재료로서 적절한 범위였다. 또한 무기원소 중 마그네슘은 1.46~1.82%(평균 1.60%), 아연(Zn) 0.84~2.92 mg/kg(평균 1.54 mg/kg), 나트륨 0.05~0.66%(평균 0.43%), 망간(Mn) 0.02~0.10 mg/kg(평균 0.03 mg/kg)으로 낮았고 붕소(B)는 전혀 검출되지 않았다(표 1).

2) 커피박 배출원별 유기물 함량과 탄질률 비교

커피박 배출원별 유기물(Organic Matter)함량은 32.1~38.3%(평균 36.1%), 탄질률은 21.9~27.5로 퇴비를 제조하기에 적합하였다(표 2).

3) 커피박 배출원별 총 인산 함량

커피박 배출원별 총 인산함량은 3.5~4.2%(평균 3.9%)이었다(그림 2).

유기자원별 인산 함량

- 쌀겨(4.31%), 밀기울(0.78%), 채종유박(3.01%) (출처 : 유기농기술서 11)

4) 커피박 배출원별 중금속 함량

커피박 중금속 중 구리(Cu)는 평균 0.01 mg/kg으로 매우 낮게 검출되었고 6종의 중금속(Cd, Cr, Pb, As, Hg)은 검출한계 이하(표 3)로 커피박은 비료관리법(농림축산식품부, 2016)에서 정하고 있는 나트륨이나 중금속 기준에 적합하였다.

- : 검출한계 이하로 불검출

나. 커피박 퇴비 제조를 위한 부재료의 특징

커피박 퇴비의 탄질률을 조절하고 부숙시간 및 이화학성을 개선할 수 있도록 사용된 부재료는 우리생활 주위에서 쉽게 구할 수 있고, 경제적이며 유기물 함량이 높은 농업부산물을 위주로 하여 선발하였으며, 다음과 같은 특성을 가지고 있기 때문에 커피박 퇴비 제조시 용도에 맞게 부재료를 선택하여 사용하는 것이 좋다.

1) 부재료의 이화학성

커피박 퇴비 제조에 사용 가능한 톱밥, 볏짚, 버섯폐배지, 한약재찌꺼기, 쌀겨, 스테비아분말, 채종유박, 깻묵 등의 부재료 화학성 중 pH는 4.9~6.4, 총탄소 4~54%, 총질소 0.08~10.4%, 탈질률 7.8~680로 매우 다양하였다. 유기자원의 인산 함량은 0.12~4.31%, 칼륨 함량은 0.19~2.57%이었다. 농업부산물인 유기자원의 화학성은 차이를 보였으며, 한약재찌꺼기의 질소함량이 가장 높았고 유기물 함량은 톱밥이 가장 높았다(표 4).

(출처 : 유기농기술서 11)

다. 커피박 퇴비 제조 조건

1) 퇴비 만들기 4대 조건

유기물 퇴비제조 조건으로 수분함량, 공기, 탄질비, 온도 등이 중요하다. 퇴비 제조시 수분함량은 55~60% 정도가 제일 좋으며, 재료의 호기성 발효에 지속적인 산소 공급 필요하다. 양질의 퇴비를 만들기 위해서는 무엇보다 재료로 사용되는 자재가 지닌 기본적인 탄소와 질소 비율이 중요한데, 탄질률은 20~30:1인 것이 가장 이상적이다. 탄질률은 퇴비의 분해 속도와 관련 있으며 지나치게 질소가 많거나 탄소성분이 많을 경우 양질의 퇴비를 얻을 수 없다. 또한 퇴비재료를 미생물이 자연분해 하면서 열이 발생하는데 유해미생물을 사멸시키고 양질의 퇴비를 얻기 위해서는 퇴비더미의 온도를 50℃ 이상 유지하는 것이 좋다.

2) 커피박 퇴비화 촉진을 위한 유기물 부재료의 혼합

커피박 퇴비를 만들기 위하여 첨가한 부재료의 종류에 따른 부숙 시간은 커피박+버섯폐배지(30.5일) < 커피박+지렁이분변토(34.3일) < 커피박 단일(45.7일) 순으로 시간이 짧게 소요되는 것으로 나타났다.

유기물 퇴비 부숙 기본 조건

- 수분함량 60%, 온도 50~70℃, 뒤집기 1회/15일(출처 : 유기농기술서 8)

라. 커피박 퇴비 제조

1) 농가활용형 커피박 퇴비 간편 제조 방법

유기물 퇴비제조에 있어 재료의 혼합, 수분관리 및 뒤집기를 수월하게 하고자 50L 플라스틱 드럼통을 이용하여 농가 커피박 퇴비 간이제조기술을 개발하였다.
먼저 커피박을 28L 정도 채우고 커피박의 특성(페놀함량 높음)을 고려하여 부재료로 한약재찌꺼기, 스테비아, 깻묵 등 5종을 선정하여 약 12L정도 부피가 되게 50L 플라스틱 드럼통에 넣은 후 재료를 골고루 섞어 준다. 여기에 전체 수분함량이 55~60% 정도 되게 골고루 물을 뿌려 준 후 드럼통을 여러 차례 돌려 골고루 섞어준다. 수분이 조절된 커피박 퇴비 재료를 손으로 쥐었을 때 잘 뭉쳐지면 수분 조절이 알맞게 된 것이다.
커피박 퇴비재료에 수분조절이 완료되면 드럼통을 쉽게 굴릴 수 있도록 평편한 곳에 두고 2주 간격으로 한 번씩 퇴비 뒤집기를 해준다. 이 때 수분이 지나치게 증발한 경우 적당량의 수분을 보충해 주면서 약 3개월간 전체 커피박 퇴비 재료의 색깔이 암갈색으로 변하면서 퇴비의 온도가 더 이상 올라가지 않을 때까지 부숙을 시킨다. 부숙이 완료된 퇴비는 그늘에서 약 30일간 후숙을 거쳐 양질의 커피박 퇴비를 만들 수 있다.

a : 작물별 N시비량 기준

2) 퇴비 간이제조기를 이용한 커피박+스테비아(8:2)혼합 퇴비제조

커피박과 스테비아 분말을 8:2 비율로 커피박 퇴비 제조시 부숙에 적합한 온도는 30.6~51.0℃로 50L 드럼통을 이용할 경우 장기간 부숙과정 중 수분 유지효과가 우수하였다. 다만 커피박 퇴비 부숙과정 중에 발생하는 CO2 (1,532~6,250 ppm)를 배출할 수 있는 구멍을 뚫어 줘야한다.

3) 유기물 혼합 커피박 퇴비의 이화학성 변화

커피박 퇴비제조 전후의 커피박 pH는 평균 5.4에서 5.16으로 약간 낮아졌으나 EC는 평균 2.6 dS/m에서 7.6 dS/m로 증가했다. 퇴비의 질소(N). 인산(P). 칼륨(K) 함량은 커피박 단독 부숙시 N 1.6%, P 3.3%, K 7.3%이고, 커피박과 깻묵을 7:3으로 혼합하여 제조한 퇴비는 N 3.0%, P 5.8%, K 9.8% 이었다.

커피박 퇴비의 활용

가. 커피박 퇴비의 식물병 억제

1) 커피박 배출원에 따른 주요 식물병원균에 대한 항균력 검정

커피박 배출원에 따른 퇴비의 식물병원균의 항균력을 조사한 결과, 매장용 커피박으로 만든 퇴비는 시들음병원균(Fusarium oxysporum)을 제외한 4종의 식물병원균 균사 생육을 10 mm 이상 억제하며 잿빛곰팡이병원균(Botrytis cinerea)에 대한 균사생육 억제효과가 가장 뛰어났다(표 5).
산업용 커피박은 커피전문 매장용 커피박에 비해 항균력이 낮으나 5종의 식물병원균 균사 생육을 억제하였으며 잿빛곰팡이병원균(B. cinerea)에 대한 균사생육 억제효과가 가장 뛰어났다(표 5).

활용 Tip

- 잿빛곰팡이병(B. cinerea)에 대한 항균력이 우수함

- 커피박 퇴비는 항균력을 가지고 있어 토양병 방제에 활용이 가능함

2) 유기자재 혼합 커피박 퇴비 추출물의 점무늬병(Alternaria altanata) 발아 억제효과

유기자재 혼합 커피박의 종류별 점무늬병원균(A. altanata)의 포자발아 억제효과를 조사하였더니 무처리에 비해 포자발아 및 균사 신장을 억제하였으며, 무처리의 경우 점무늬병원균의 포자 발아관의 길이가 420 ㎛ 이상 신장하였으나, 5% 커피박+스테비아 처리는 점무늬병원균의 포자 발아관의 길이를 40~70㎛로 억제하였다.

3) 커피박 퇴비 처리방법에 따른 엽채류 토양병원균에 대한 억제효과(온실)

유기자재 혼합 커피박의 종류별 상추 균핵병 방제효과는 퇴비 종류에 따라 차이는 있으나 무처리에 비해 66.7% 이상 균핵병 발생을 억제하였으며, 4종의 퇴비 중 10% 커피박+스테비아가 88.9%의 방제가로 가장 우수하였다(표 6).

4) 유기자재 혼합 커피박 퇴비 토양처리에 의한 토양 병원균 밀도 감소 효과(농가포장)

10% 커피박:깻묵(7:3)과 10% 커피박:버섯(7:3) 처리가 커피박 단독처리에 비해 토양 중 상추의 주요 식물 병원균인 모잘록병, 균핵병, 시들음병, 뿌리썩음병원균의 밀도를 감소시켰다(표 7).

나. 커피박 달팽이 유인트랩

1) 달팽이류 유인 커피 유인트랩 제조

엽채류 재배지에서 문제가 되는 달팽이류를 방제하고자 천연유인제로 맥주(마시고 남은 맥주를 재활용하면 더욱 좋다)를 이용하였으며 유인돼 달팽이류를 죽일 수 있도록 인스턴트 커피가루(페트병 1개에 1스푼의 커피), 커피찌꺼기(가까운 커피 전문점에서 무료로 구할 수 있음), 담배가루(페트병 1개에 1/2개피) 등을 이용하였다. 커피박과 맥주를 이용한 달팽이 유인트랩 제조방법은 다음과 같다.

• 달팽이를 유인하는 집을 만들기 위해 빈 페트병을 아래 그림과 같이 땅에 묻힐 부분을 10cm 정도 남겨두고 그 윗부분에 달팽이가 충분히 들어올 수 있도록 기둥이 되는 부분을 제외하고 4면을 잘라 문을 만들어 준다.
• 달팽이를 유인하는 집이 완성되면 여기에 마시고 남은 맥주나 새 맥주를 종이컵으로 1컵 정도 부어준다.
• 달팽이집으로 유인된 달팽이를 꼼작 못하게 하기 위해서는 맥주에 커피가루 1스푼이나 담배 1/2 개피를 넣어주면 유인트랩이 완성된다.
• 달팽이를 방제하기 위해서는 설치하는 시기가 중요한데 달팽이가 야행성인 것을 감안하여 채소밭 주위에 2m 간격으로 해질 무렵에 설치하는 것이 효과적이다.
• 한 번 설치하여 맥주만 보충해 주면 지속적으로 효과를 볼 수 있다.

2) 커피 유인트랩을 이용한 달팽이류 유인 및 방제효과

달팽이 유인트랩에 맥주만 넣어 둔 곳은 민달팽이나 명주달팽이가 유인되었으나 달팽이가 모두 도망갔으며 맥주+커피, 커피박, 담배가루 처리구에서는 2회 조사하였더니 민달팽이나 명주달팽이의 포획수가 꾸준히 증가하여 3일차 전체 포장의 달팽이 발생수가 감소하는 것으로 나타났다(표 9).
맥주에 대한 달팽이류의 유인효과는 뛰어나 설치 후 지속적인 유인이 가능하며 커피 또는 커피박, 담배(Nicotin)에 의한 달팽이류 포살효과가 효과와 유사하였다. 다만 주위 환경에 따라 빨리 맥주가 건조해 진기 쉬워 유인제인 맥주를 가끔 보충해 줄 필요가 있다.

※ 트랩 : 4m 간격으로 3반복 설치, 포획수 조사 : 주 1회

다. 커피박 퇴비의 작물 생육 촉진효과

1) 유기자원 혼합 커피박 퇴비처리에 의한 엽채류 발아율 및 생육 촉진효과(온실시험)

6종의 유기자재 혼합 커피박 퇴비가 상추, 배추, 고추 종자의 발아율에 주는 영향은 모두 동일하였다. 커피박 퇴비를 처리한 작물의 유묘의 생육은 커피박+깻묵(7:3)퇴비가 상추(141.4 g). 배추(841.4 g), 풋고추(641.4 g)의 생육을 촉진하는 것으로 나타났다(표 9).

※ 버섯 : 느타리버섯폐배지

2) 커피박 퇴비 처리농도에 따른 배추유묘의 생육촉진 효과(포트시험)

커피박 퇴비의 처리농도별 배추유묘의 생육촉진 효과는 커피박+깻묵(7:3)퇴비를 배추유묘 정식 전 토양에 혼화처리한 후 배추유묘(4엽기)를 정식하였더니, 2.5% 커피박 퇴비처리가 무처리에 비해 배추유묘 생육이 가장 좋으며 15% 이상의 커피박 퇴비를 처리할 경우 무처리에 비해 배추의 생육 억제되었다(표 10).

3) 커피박 퇴비 처리에 따른 적상추 유묘의 생육촉진 효과(농가포장시험)

10% 커피박 퇴비 처리에 따른 상추생육에 미치는 영향은 10% 커피+깻묵(7:3) 처리에서 상추의 엽장과 엽폭이 무처리에 비해 우수하였으며, 상추의 엽수는 10% 커피+버섯(7:3)처리가 가장 많았다(표 11). 따라서 엽채류의 재배 목적에 따라 커피박의 종류와 농도를 선택할 필요가 있을 것으로 생각한다.

4) 커피박 퇴비의 상추 수량 증수효과(농가포장시험)

농가포장에서 커피박 퇴비가 상추의 수량에 미치는 영향은 무처리에 비해 10% 커피+깻묵(7:3)을 처리한 상추의 생육이 촉진되었으며, 관행재배시 사용하는 유박처리대비 10% 커피+깻묵(7:3) 처리에서 50% 이상 상추의 수량이 증수되었다(표 12). 퇴비 처리구 수량이 증가한 것은 관행재배구에 비해 커피박 퇴비 처리구에서 토양병 발생률이 낮았기 때문이다.

5) 커피박 퇴비 처리에 따른 생강수량 증수효과(농가포장시험)

커피박 퇴비 처리시 생강의 초장은 20% 커피박 퇴비 처리가 관행재배구(유박처리)에 비해 평균 14 cm 이상 더 신장하였으며 수확기에 10% 커피박 퇴비 처리구의 생강 근경 무게가 관행재배구(유박처리)에 비해 705g 이상 증가하였다(표 13).

참고자료

커피박 특징

• 박병희, 주목받는 커피 시장 '5년간 수요 20% 늘어', 아시아경제, http://view.asiae.co.kr/news/view.htm/?idxno=2015101512351906784.
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퇴비제조

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커피박 퇴비의 활용

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• 김현숙. 2017. 커피부산물 퇴비의 혼합비율이 원예식물생장에 미치는 영향에 고나한 연구. 한세대학교 석사학위논문.
• 문성근. 2015. 커피부산물이 하작물 생장에 미치는 영향. 경남과학기술대학교 석사학위논문
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