폐플라스틱, 어디로 가야하죠?

폐플라스틱, 어디로 가야하죠?

대학생신재생에너지기자단 19기 문서영

 

 코로나19의 장기화로 배달음식, 일회용품 사용이 증가하면서 플라스틱으로 인한 환경 문제가 심화되고 있다. 플라스틱은 타 소재에 비해 고기능성, 고안정성과 함께 저렴한 비용을 자랑하며 현대 경제에서 손쉽게 쓸 수 있는 핵심 재료가 됐다. 하지만 최근, 플라스틱으로 인해 많은 환경문제가 발생하고 있다. 

이에 따라 생분해성 소재의 개발과 플라스틱 재활용이 대안으로 주목받았다. 물론 생분해도 잘되고 재활용도 용이한 소재가 가장 친환경적이다. 그러나 한국에서는 수도권에서의 매립지 부족 문제가 크기 때문에 재활용이 더 중요하다고 볼 수 있다.

 

플라스틱 재활용 여부

우리가 분리수거를 할 때 보는 삼각형 화살표 마크가 있다고 모두 재활용이 가능한 것은 아니다. 수거된 재활용품은 재활용 가능 여부를 기준으로 사람이 직접 선별해야 한다.

플라스틱은 원료에 따라 7가지(PP, HDPE, LDPE, PS, PVC, PET, OTHER)로 분류된다. 

[자료1. 플라스틱 재활용 마크]

출처: 한국일보

플라스틱 재활용은 동일 원료 제품을 따로 모아 가공하는 것이 원칙이며 두 가지 이상의 원료가 섞인 복합 플라스틱은 OTHER로 분류된다. 따라서 OTHER는 재활용이 불가능하다. 다른 원료가 섞이면 추후 가공된 플라스틱의 성능에 문제가 생길 수 있기 때문이다. OTHER는 애초에 다양한 원료가 섞여 있고 그 비율과 섞인 재료도 각각 달라 재활용이 어렵다.

 이 외에도 재활용이 불가능한 여러 경우가 있다. 우선 단일 원료로 만든 두 플라스틱을 결합한 제품도 대부분은 재활용이 어렵다. 두 플라스틱을 완전히 분리할 수 있다면 문제가 없지만 조금이라도 남아 있다면 OTHER 플라스틱과 같은 이유로 재활용이 불가하다. 예를 들면 음료를 담는 페트병을 재활용하기 위해서는 상표가 적혀 있는 비닐을 제거해야 한다. 이때 비닐이 접착제로 붙어 있어 페트병에 잔존하면 이 역시 재활용이 곤란하다.

색이 있는 플라스틱도 대부분 재활용이 어렵다. 색소 등 불순물이 들어간 플라스틱은 재활용 원료로 가공했을 때 품질이 떨어진다. 샴푸나 맥주를 담는 플라스틱 용기가 대부분 이 같은 이유로 재활용이 어렵다. 원래 색이 있지 않아도 컵라면 용기처럼 추후에 묻은 색이 지워지지 않으면 재활용 대상에서 멀어진다. 이에 더해 칫솔, 일회용 수저, 빨대와 같은 작은 플라스틱도 재활용이 불가능한 플라스틱에 해당한다. 작은 플라스틱은 세척이 어렵고 재질별로 모으는 일도 쉽지 않기 때문이다. 

 

재활용 방법

그렇다면 재활용이 가능한 플라스틱들은 어떤 공정을 거치게 될까? 우선 플라스틱 재활용에서는 재질의 단일화 여부, 이물질 혼입의 정도 등이 매우 중요하며 산업계 폐플라스틱과 일반 생활계 폐플라스틱의 성상에 따라 재활용법이 선택된다. 방법으로는 물질회수 재활용(Material recycling), 연료화(Thermal recycling), 유화환원(Chemical recycling)과 같은 세 가지 방법이 있다.

 [물질회수 재활용(Material Recycle)]

물질회수 재활용은 일정 공정을 거쳐 원료인 펠렛(pellet) 상태로 만든 후 다른 제품으로 재탄생시키는 방법이다.

[자료2. 플라스틱 원료인 펠렛(pellet)]

출처:우상경의 상상공방

주로 단일 종류의 폐기 플라스틱을 재활용하며 화학구조의 변화가 없다는 특징이 있다. 하지만 다른 중합체 및 첨가제 혼입과 열화에 따른 물성 저하가 발생할 수 있다.

산업계에서 발생된 폐플라스틱은 대부분 단일 재질이며 상태가 양호하여 재활용이 유리하다. 반면 일상생활에서 발생하는 폐플라스틱은 종류가 매우 다양하고 이물질이 혼입 되어 있어 재활용의 비용이 많이 들고 재활용 수율이 떨어져 재활용되는 플라스틱의 비율이 극히 저조하다. 따라서 생활계 폐플라스틱을 재생원료로 사용하기 위해서는 재질 선별과 이물질 제거 공정이 추가적으로 필요하고 결과적으로는 최저의 비용을 들여 최고 품질의 물질을 회수하는 것이 중요한 과제가 된다. 

[연료화(Thermal Recycle)]

제품을 태워서 발생하는 열을 에너지원으로 사용하는 방법이며 단순 소각 외의 방법도 포함한다. 플라스틱은 원료가 석유로 되어 있어 발열량이 높아 연료화가 가능하다. 폐플라스틱 연료화 기술은 일반적으로 직접연소, 고형연료화의 2가지 방법이 있다.

1) 직접연소

 폐플라스틱을 고형화등으로 가공하지 않고 직접 연소시켜 발생하는 열을 에너지원으로 공급하는 방법이다. 이때 플라스틱을 일반폐기물과 함께 열병합 발전소각 시설 등에서 사용하는 것을 포함한다. 특히 젖은 쓰레기가 많은 우리나라의 쓰레기 특성상 발열량이 높은 플라스틱은 소각장에서 보조연료 역할도 한다. 이에 따라 일부 기업에서는 폐플라스틱을 분쇄만 한 후 석탄과 혼입하여 에너지를 회수하는 방법을 사용하기도  한다.

2) 고형연료화(RDF : Refuse Derrived Fuel / RPF : Refuse Plastic Fuel)

고형 연료화 기술은 최근 각광받으며, 독일과 일본 등지에서 확대되고 있다. RDF와 RPF를 들 수 있는데 우선 RDF는 일반생활폐기물을 연료화하는 기술이다. 열회수가 효율적으로 이루어져 에너지를 효과적으로 이용할 수 있다는 장점이 있지만 생활폐기물이 원료이다 보니 이물혼입의 가능성이 높다. 뿐만 아니라 생활계 폐기물 특성상 수분이 많아 건조설비, 전용보일러등이 별도로 필요하여 단가가 상승한다는 단점이 있다. 따라서 시멘트공장, 제철소, 제지공장, 염색공장 등 대량의 에너지를 필요로 하는 곳은 물론 식품, 제약 등 보일러를 사용하는 공장 등에서 주로 사용된다. 

한편 RPF는 산업폐기물을 연료화하는 기술이다. 일반폐기물의 1,800Kcal/kg보다 월등히 높은 발열량인 8,000Kcal/kg을 가지고 있다. 산업폐기업자에 의해 선별적으로 원료가 수집되기 때문에 이물혼입이 적고 수분율이 낮아 건조를 위한 설비가 불필요하다.

 

[유화환원(Chemical Recycle)]

 유화환원은 열, 촉매 등의 화학적 반응으로 폐플라스틱을 재 원료화하는 것이다. 플라스틱을 화학적으로 분해하여 기초 물질(단량체 등)로 환원시킨다. 촉매와 용매를 이용한 화학분해, 열분해로 분류할 수 있으며 사용처로는 연료 이용과 화학원료 이용 등이 있다. 열분해는 400~500℃에서 유화/ 600~700℃에서의 가스화 /1300~1500℃부근 에서의 부분 연소 가스화/ 수소첨가(물첨가)에 의한 고압에서의 열분해/ 초임계 용매 중에서의 열분해 등으로도 다시 나눌 수 있다. 전처리-용융-열분해-생성유 회수공정으로 진행되며 채산성 문제로 상용화에는 한계가 있는 것으로 알려져 있다.

 

 폐플라스틱으로 인한 환경 문제는 전 지구적 이슈이며 이를 해결하기 위해 세계가 나서고 있다. 재활용 기술이 가장 앞선 독일의 경우 물질회수에서 연료화 방법으로의 전환을 강력히 추진하고 있으며 일본에서는 비용이 더 들더라도 물질회수 재활용을 우선시하는 실정이다. 한국에서 역시 플라스틱 재활용은 매립지 부족과 환경문제를 동시에 해결할 수 있는 효율적인 기술이다. 따라서 지속적인 개발을 통해 국내 실정에 최적화된 재활용 방법을 찾아야 할 것이다. 

 

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참고문헌

1) 박세준, "씻어서 배출해도 재활용 안 되는 플라스틱이 더 많다", 신동아, 2020.12.14, https://shindonga.donga.com/3/all/13/2283748/1
2) (사)한국플라스틱재활용협회, "플라스틱 재활용 기술 동향",  The monthly packaging world no.90, 2000
3) 산업자원부, "플라스틱 관련 환경규제 제도와 재활용 활성화 방안", 2000
4) 송근수, "폐플라스틱의 처리와 재활용을 위한 기술 동향", 2016.11
5) 신대현, "고분자 폐기물로부터 고급연료유 생산공정 실용화", 2003
6) 이일형, 정호석 ,조성진 , "폐 플라스틱의 친환경 업사이클링을 위한 3D프린터 기술개발", 한국기술혁신학회 2017년도 추계학술대회 논문집 2017 Nov. 02 , pp. 369 - 386
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9) 전호석, "마찰하전형정전선별에 의한 혼합 폐플라스틱 재질별 분리기술 개발", 2006.04
10) 한국자원재생공사, "폐기물 통합재활용시스템 구축방안 : 생산자자율재활용기구 도입", 1998
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