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[지속가능한 한돈산업을 위한 친환경 프로젝트(3)] 암모니아 저감 솔루션

팜스토리 도드람비엔에프 윤민성 PM(bfyms@edodram.net)

지속가능한 한돈산업을 위한 친환경 프로젝트 3편

냄새관리의 기준이 되는 암모니아(NH3) 저감 솔루션

 

2020년 1월 1일 축산법이 개정되었습니다. 큰 틀에서 가축전염병의 안전성 확보를 위한 허가·등록 요건을 강화하고, 축산 환경 개선의 관리 강화를 주요 골자로 합니다. 특히, 사육 환경 분야에서 돈사 내 암모니아 가스 농도의 법적 기준 적용 여부가 크게 논란이 되었습니다(그림1).

 

 

다행히 이번 개정안에서는 제외되었지만, 결국 냄새 민원 최소화를 위한 사육 환경 개선을 요구하는 제도적인 변화는 지속 가능한 축산업의 발전을 위한 명분으로 앞으로도 지속적으로 대두될 것입니다.

 

단백질 공급원으로서의 질소, 필요성과 이용성은 어느 정도인가?

 

가축은 성장과 면역에 필요한 필수 영양소인 아미노산을 단백질 형태로 공급받게 됩니다. 특히, 단백질은 탄소-수소-산소-질소 형태로 결합된 분자 구조를 갖추고 있어서, 유일하게 질소 성분을 포함하고 있습니다. 단백질 성분은 동물 세포를 구성하고, 다양한 효소와 호르몬의 주성분을 이룰 뿐만 아니라 혈액 성분과 면역 형성 등에 직접 관여하게 됩니다.

 

즉, 단백질은 체내를 구성하고 생명 현상을 위해 꼭 필요한 성분이긴 하지만, 실제로는 20여 종의 다양한 개별 아미노산 형태로 체내에 흡수되어 이용하게 됩니다. 또한 성장 단계별로, 그리고 번식과 면역 등 조건별로 필요로 하는 개별 아미노산의 요구량이 다른 특징을 갖고 있기 때문에, 과부족 없이 정확한 요구량을 설정하기도 매우 까다로운 과제입니다.

 

아래 그림 2의 사료 내 질소 이용성과 냄새 유발 물질의 모식도를 보면, 친환경 축산을 위한 사료 영양의 역할로서 정밀 영양의 필요성이 얼마나 중요한지 잘 이해될 수 있습니다.

 

 

최근 돼지 사양표준의 뚜렷한 변화 - 단백질 요구량이 사라지다!

 

NRC, 미국의 양돈 사양표준(미국의 National Academy of Sciences에 의해 운영되고 있는 National Research Council)은 약 10년을 주기로 각 축종별로 정기적으로 개정, 발행하고 있는 사양 표준의 하나로서, 각 분야로부터 선발된 전문가가 세계의 최신 연구결과를 검토하여 돼지의 영양소 요구량을 결정하고 있습니다.

 

그런데, 가장 놀라운 변화 중의 하나는 바로 돼지의 성장 단계별로 제시되었던 영양소 요구량에서 조단백질(CP, crude protein) 성분이 삭제된 것입니다.

 

 

조단백질의 요구량은 설정할 수 없다는 과학적 배경에 기반한 획기적인 변화입니다. 이런 취지가 국내 양돈 연구자들에 의해 한돈 산업과 정책에도 반영되어, 결국 사료 관리법상에서 돼지 사료의 성분등록은 조단백질 함량이 최소치에서 최대치로 개정되었습니다. 법의 개정 취지 역시 환경 오염의 원인으로 지목된 질소 배출량을 줄이기 위해 조단백질의 최대량을 성장 단계별로 제한하고 있는 것입니다. 

 

많은 연구자들, 과학적 근거에 기반한 정밀 영양의 필요성을 제시

 

과유불급(過猶不及)소탐대실(小貪大失)이라고 했던가요? 지나치면 부족함만 못하고, 작은 이익을 추구하다 큰 희생이 따르게 된다는 의미지요. 어쩌면 조단백질의 공급 수준에 꼭 접합한 표현인 것 같습니다.

 

그래서 많은 양돈 연구자들은 단백질의 이용성을 평가하는 지표로 BUN(Blood/Plasma Urea Nitrogen, 혈중 요소태 질소, 또는 PUN)함량을 측정해서 평가하기도 합니다.

 

 

그림 3과 같이 단백질 섭취량이 높으면, 체내에서 필요한 만큼 사용하고, 이후 남은 단백질은 오줌을 통해 체외로 다시 배출되기 위해 혈중 요소태 질소로 전변되어 버려집니다.

 

지난 2편에서 언급한 내용에서 중요한 기전 중 하나인 미소화 단백질과 관련된 암모니아의 발생 경로를 다시 소개합니다.

 

 

위 그림과 같이 돼지 체내에서 이용되지 않은 단백질이 대사과정 (간)을 거쳐 요소로 전변되고, 전변된 요소가 뇨를 통해 배출된 후, 슬러리 속에 존재하는 요소분해효소로 인해 암모니아로 분해된 뒤 가스형태로 공기 중으로 배출됩니다.

 

그런데, 암모니아는 오줌으로 배출된 것으로 끝나지 않는다는 것이 문제입니다. 즉 과다하게 단백질을 공급하면, 장내에서 충분하게 소화 흡수되지 못한 채 미소화된 형태로 분변을 통해 배출되기도 합니다.

 

 

체내 미소화·미흡수 되는 단백질은 장내 미생물의 먹이로 제공되어 불필요한 이상 발효의 과정을 거쳐 암모니아 가스로 배출되게 됩니다(그림 5).

 

이는 장내 균총의 안정화에도 여러 문제점을 야기하기도 합니다. 사료를 통한 과다한 단백질 공급은 체내에서 미이용되며 결국 분변과 오줌을 통해 배출되어 슬러리에서도 암모니아 가스 발생량을 높이게 됩니다. 이는 퇴비화, 액비화, 방류 과정을 거치는데 있어서 총 질소 증가로 인해 법적인 규제 대상에도 포함되게 됩니다.

 

 

뿐만 아니라, 암모니아 농도는 결정적으로 복합악취와도 상관관계가 높게 나타납니다. 그림 6과 같이 온라인 미디어인 이곳 '돼지와사람'에서도 이 부분에 대한 중요성과 근거 자료를 인용하여 제시한 바 있습니다.

 

암모니아 농도는 단순히 냄새를 유발하는 물질일 뿐만 아니라 돼지의 사양성적 저하와도 밀접한 관련이 있습니다. 때문에, 암모니아 농도를 낮출 수 있는 방안은 꼭 필요한 실천 과제입니다.

 

지속 가능한 한돈 산업을 위한 친환경 프로젝트를 연재하는 이유는 이처럼 새로운 기술과 검증 가능한 방법을 소개함으로써 한돈 산업의 발전을 견인하기 위한 목적이 가장 큽니다.

 

 

돈사 안에서 생성되는 냄새를 제어하기 위한 첫 번째 방법은 단백질 이용률을 높여 ①악취 발생의 원인이 되는 요소배출을 최소화하고 ②미소화 단백질 배출을 낮추어서 단백질 발효를 최소화 시키는 것입니다. 이때 단백질 이용률을 높이는 가장 중요한 방법은 바로 '저단백+고아미노산 설계'입니다. 또한 각 아미노산별로 정밀한 비율을 반영하여, 개별 아미노산의 과부족 현상을 최소화 해야 합니다.

 

 

결과적으로, 냄새 민원에 영향을 주는 성분은 다양하지만, 암모니아가 가장 큰 걸림돌이라는 것을 확인하게 되었습니다. 결국 단백질과 질소 이용율을 높이고 분뇨로 배출된 암모니아를 제어할 수 있는 핵심 기능은 사료의 본연의 역할과 함께 환경 품질의 기능을 강화함으로써, 돈사 내 냄새유발 물질을 효과적으로 저감시킬 수 있습니다.

 

물론, 돈사 및 퇴비장 냄새를 위한 시설투자도 이루어져야 효과적인 냄새 저감 효과를 체감할 수 있을 것입니다. 이제는 사료 본연의 역할뿐만 아니라 환경 품질 가치를 더한 새로운 기술을 도입하고 우리 산업의 발전을 위한 친환경 프로젝트 활동을 통해 지속 가능한 한돈 산업의 발전을 시작해야 할 때입니다.


 

다음 편에 '친환경 프로젝트 – 한치의 분석 오차도 허용하지 않는 강력한 처벌 대상, 중금속 저감 솔루션'이 이어집니다.

 

지속가능한 한돈산업을 위한 친환경 프로젝트

▶1편. 생산성 향상·질병 예방은 물론 이제는 '친환경'을 넘어 '필환경' 시대로!(바로가기)

▶2편. 민원 해소에 도움을 주는 냄새 저감 솔루션(바로가기)

▶3편. 냄새관리의 기준이 되는 암모니아(NH3) 저감 솔루션(바로가기)

▶4편. 한치의 분석 오차도 허용하지 않는 강력한 처벌 대상, 중금속 저감 솔루션(바로가기)

▶5편. 자돈사료 내 설사 방지 목적인 산화아연의 저감 대책(바로가기)

▶6편. 이유 후 성장 정체 극복을 위한 핵심기술, 설사 저감 솔루션(바로가기)

 

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