폐플라스틱은 유리나 금속과 같이 단일소재로 조성되어 있지 않고 PE, PP, PET, EPS, PSP 그리고 PVC 같은 여러 종류의 재질로 혼합되어 있어 재자원화하기 어렵다. 따라서 금속재나 무기질 재료의 재활용 시에 일반적으로 이용하는 비중분리, 자선분리를 적용할 수 없게 되어, 대개 매립 혹은 열분해 및 유화에 의존하고 있다. 그러나 세계적인 자원보전과 유효활용의 필요성이 높아지는 추세에 맞춰나가기 위해서는 폐플라스틱 선별기술의 고도화와 효율적 활용을 적극적으로 추진해야 할 것이다. 본문은 「폐플라스틱의 처리·자원화 최근동향」 보고서 중 일부인 ‘국내외 연구개발동향’을 발췌한 내용이다.

국가별 연구개발 동향

1. 미국

수년간 미국의 플라스틱 리사이클율은 향상되어 2009년에는 210만 톤에 달했다. 미국화학협의회(ACC)는 오늘날 매립되고 있는 수백만 톤의 플라스틱으로부터 에너지를 회수함으로써 기계적 재활용을 보완하고 플라스틱 매립양을 삭감하는 길을 모색하고 있다.

미국환경보호국(EPA)의 2008년 보고에 의하면 몇 개 분야로 분리된 사용후 플라스틱의 총량은 3,020만 톤으로 알려졌다. 그러나 이 톤수는 중국과 그 밖의 국가에서 수입하는 양이 제외되어 실제로는 더 많을 것으로 추정된다. 연구에 발표된 미국 사용후 플라스틱 발생량은 3,360만톤 중 220만 톤(총 MSW(Municipal Solid Waste, 도시고형폐기물)의 6.5%)이 재활용되고 260만 톤(7.7%)은 소각하여 에너지로 회수하며 나머지 2,890만 톤(85.8%)은 매립된다.

NRP(Non-reclamation Plastic, 비재생플라스틱)는 분별수집으로 원유로 전환할 수 있고 혹은 열분해라 불리는 열처리기술로 다른 종류의 연료유로 전환할 수 있다. 가설적으로 MSW 중의 2,900만 톤의 NRP가 현재 매립되고 있는데 이것은 8,700만 배럴의 오일로 전환할 수 있다. 선별 수집한 비재생 플라스틱의 또 다른 이용방법은 특별 설계한 화력발전에서 소각해 전기를 생산하는 것이다. 신규 설계한 폐기물 에너지화 플랜트는 MSW 1톤당 0.6MWh의 전력을 생산한다. 그러나 NRP의 평균열량은 32MJ/kg으로 일반 MSW에 3배가 높게 생산된다.

2. 중국

세계에서 가장 빠른 경제성장을 보인 중국은 플라스틱산업 역시 연간 10%의 성장을 나태내고 있다. 중국은 1996년부터 2005년까지 플라스틱 폐기물의 재이용량이 급증했다. 중국경제무역위원회의 조사에 의하면 중국의 플라스틱 폐기물 제품은 2005년에 600만 톤이 넘는 것으로 보고되었다. 중국의 폐플라스틱 발생량은 아직까지 플라스틱 소비량 이하이고 플라스틱 폐기물의 재활용 비율은 그 소비의 겨우 1/5에 지나지 않는다.

중국의 MSW 중 0.4~1.5% 만이 재활용되는 것이 통계로 나왔고, 다른 플라스틱 폐기물들은 농촌비닐을 수집한 것이다. 예를 들면 농촌비닐 폐기물량은 중국의 산시성(陝西省), 헤이롱장(黑龍江), 지린성(吉林省) 그리고 리아오닝성(遼寧省)에서 2004년에 약 150만~225kg/104㎡가 수집되었다.

중국은 경제발전에 따라 플라스틱 재활용의 활성화 및 효율화를 위한 법률과 규정이 제정되었다. 중국에서 플라스틱 폐기물의 재활용은 환경보호와 자원절약 면에서 매력적인 분야가 되고 있다.

3. 일본

일본은 국토가 좁아 일부 도시를 제외하고 매립지가 부족하기 때문에 도시폐기물의 소각시설 정비를 추진하여 1991년의 소각 비율은 약 75%이다. 일본은 현재 선진국들과 같이 플라스틱제품에 대한 사용규제는 하지 않지만 많은 지자체에서 도시폐기물 중의 폐플라스틱이 많아지면 소각로가 고온이 되어 로를 손상시키거나 유해가스를 발생하므로 폐플라스틱을 불연쓰레기와 분별쓰레기로 분류해 매립·처분하는 지자체도 많다.

1970년 9월에 폐소법(폐기물의 처리 및 청소에 관한 법률)이 대폭 개정되었다. 주요한 개정사항은 폐기물의 규정과 배출자의 책임, 적정처리곤란물의 규정이다. 폐플라스틱의 처분 시에는 소각시설에서 소각하거나 파쇄, 절단, 용융 등의 중간처리로 중공상태가 아니며 또한 최대입경이 15㎝ 이하로 한다. 폐플라스틱류의 처리시설로 1일 처리능력이 5톤 이상의 파쇄시설 및 1일당 처리능력이 0.1톤 이상인 소각시설은 설치하기 전에 도도부현(우리나라의 시, 도에 해당함) 지사에 신고해야 한다.

4. EU

EU에서는 리사이클율 목표달성의 필요성 때문에 각종 재활용 기술의 개발이 추진되어 1994년에 화학적 재활용기술의 상업화가 검토되기 시작했다. 초기에는 실용화 진전에 개의치 않았으나 현재는 화학적 리사이클법에 의한 처리량은 거의 증가되지 않는 상황에 있다. EU, 특히 독일에서는 1990년에 재활용을 대행하는 민간기업인 DSD(Duales System Deutschland)가 산업·무역업계의 투자로 설립되어 전국적 규모의 회수·재활용이 실시되었다. DSD사는 리사이클법 중에서는 물질재활용(Material Recycle)을 우선하는 연구를 수행했고, 플라스틱재료의 분별, 식별 등의 전처리기술이 발달하고 있다.

연구개발전략

1. 폐플라스틱 재활용증진 방안

가. 수집·운반 개선방안

석유화학공업의 발전에 따라 플라스틱 생산이 급증하고 또한 소비량도 천문학적인 숫자로 나타나고 있다. 그러나 배출되는 플라스틱의 처리는 오늘날까지 과제로 남아 각국에서 연구에 몰두하고 있다.

폐플라스틱 리사이클링의 경제성을 확보하기 위해서는 우선 비용이 적게 들면서 체계적으로 운용되는 수집시스템이 필요하다. 특히 가정계 폐플라스틱은 각 지자체의 지도하에 가정에서 분리배출을 시행해 나가면 크게 효과를 거둘 것이다. 폐플라스틱 수집에서 소비자들이 겪는 문제점은 플라스틱제 용기포장은 형상과 소재가 복잡하고 판별이 곤란하기 때문에 배출자인 소비자가 적절하게 분리하기가 곤란하다. 그 결과 이물질 혼입이 높아질 것으로 보인다. 이러한 문제를 해결하는 방법으로는 LCA분석과 LCC분석으로 플라스틱제 용기포장의 분별수집에 정보제공이 필요하다고 생각된다.

나. 폐플라스틱 성상에 대응한 자원화 기술의 혁신

폐플라스틱의 자원화률을 향상시키기 위해서는 혼합폐플라스틱을 저비용으로 시장가격이 높은 제품으로 자원화하는 것이 중요하다. 폐플라스틱의 자원화는 자원화 가능한 대상폐기물의 확대와 자원화 제품의 시장가격 향상으로 석유와 소재가격의 급등에 견디기 위한 기업활동에 도움이 된다.

가전과 자동차에는 ABS 혹은 POM 등의 고기능 플라스틱도 많이 이용되어 제조기업 측에서 폐기시의 이(易)분별설계와 병행하여 검토함이 중요하다. 자원화 사업자측은 자원화 효율의 향상과 회수플라스틱 폐사이클(Closed Cycle)의 확립이 필요한데, 이것은 자원화 사업자와 제조기업의 공통과제이다. 그러한 이유로도 혼합폐기물로부터 이종플라스틱의 종류별분리, 도금재료, 도료피복재을 대상으로 한 분리기술의 일층 고도화가 요구되고 있다.

2. 폐플라스틱의 재상품화 과제와 대책

가. 환경부담 측면의 처리방안

지구환경문제에 대한 공동의식의 확산으로 온실가스 무배출(Zero-emission)을 지향하는 추세에 따라 최근에 산업폐기물 플라스틱 배출량은 감소되는 경향으로 보고된 바 있다. 그러나 미해결이면서 향후 문제가 될 것으로 예상되는 새로운 개별 플라스틱제품에 대응할 기술개발이 실행되고 있다.

폐플라스틱 재활용방법의 환경효율 분석으로 보고된 내용은 가스화, 시멘트원·연료화 및 폐플라스틱 발전이 가장 유리한 위치에 있고, 고로 원료화, 코크스로 화학원료화는 환경적 측면에서는 양호하지만 경제적 부담은 상대적으로 크다.

물질재활용(Material Recycle)은 신 수지대체율을 30%로 하면 환경 효율적으로는 매립과 같은 수준에 놓여있기 때문에 더욱 품질향상이 과제이다. 처리방법으로 매립은 환경효율관점에서 가장 부적절한 선택이다.

나. 재생기술의 고도화전략

석기시대와 철기시대 이후에 플라스틱 시대라고 할 만큼 고분자물질은 인류 생활방식에 가장 큰 영향을 끼친 물질이다. 하지만 애석하게도 플라스틱은 가장 오랜 기간 환경을 오염시키는 물질이기도 하다. 새로운 물질의 시대가 전혀 새로운 문제를 일으키고 있는 것이다.

지금까지 친환경적 활동은 미래를 위한 투자라는 사고방식으로 현재의 경제성을 고려하지 않는 면이 강했다. 하지만 소비자들도 재생품이라 하여 품질과 가격에 관대하지 않기 때문에 재생품들도 원제품과 동등한 경쟁력을 갖추어야 한다.

* 본 분석물은 교육과학기술부 과학기술진흥기금을 지원받아 작성되었습니다.

* 필자 신희덕

- 인하대학교 자원공학과 공학박사, 자원관리기술사

- 산업기술정보원 연구위원

- 현, 한국과학기술정보연구원 전문연구위원

* 자료출처

- 교육과학기술부 www.mest.go.kr

- 한국과학기술정보연구원 www.kisti.re.kr