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매년 200만톤 이상 발생 되는 폐비닐

한국에너지기술연구원, 폐비닐 연속식 열분해 신기술로 청정오일 생산

농업용 폐비닐 연간 32만여톤 발생
이중 19% 정도인 6만톤이 방치되거나 불법 소각

최근 코로나19 확산에 따른 비대면 소비 활동 증가로 제품 포장 등에 쓰이는 폐비닐의 발생량이 급증하고 있다. 2020년 상반기의 경우 폐비닐 발생량은 전년 동기 대비 약 15% 증가했으며, 매년 사용량 증가와 함께 폐비닐 발생량도 증가하고 있다.


환경부의 2019년 자료에 따르면 국내 전체 폐비닐은 연간 200만톤 이상 발생하고 있으며 각 지자체의 빈터나 사업장에 쉽게 버려지고 있어 최근 사회적 이슈가 된 ‘쓰레기 산’의 원인이 되고 있다. 특히 지난 2018년 수도권에서 재활용 수거업체들이 비용부담을 이유로 폐비닐, 폐플라스틱 등의 수거를 중단하면서 도시 곳곳에 혼란이 일기도 했다. 2019년 경북 의성에서는 허용량을 웃도는 폐비닐을 포함한 쓰레기가 산을 이룰 정도로 방치되 불이 자주 발생하기도 했다.

 

폐비닐, 폐플라스틱은 가정이나 사업장 등에서 지저분한 혼합 상태로 배출되고 있으며, 이 가운데 70~80%가 매립이나 소각되고 있어 매립지 고갈과 소각에 따른 미세먼지 및 유해가스 배출에 대한 문제가 발생 되고 있다. 농업분야에서도 폐농약용기와 수확이 끝난 이후 발생되는 멀칭필름 등 매년 수많은 농업용 폐기물이 쏟아져 나오고 있다. 

 

환경부 발표자료에 따르면 연간 발생하는 폐비닐은 약 32만톤이며, 이중 약 19%인 6만톤은 수거되지 못하고 방치되거나 불법으로 소각되고 있다. 이로 인한 토양오염과 미세먼지 발생 등 2차 환경오염과 산불 발생으로 인한 환경파괴의 원인을 제공하기도 한다.


영농폐기물 적정처리 위한 농업인 준수사항 확대
최근 농림축산식품부의 ‘농촌지역 영농 부산물 및 폐기물 소각에 대한 실태조사’ 결과에 따르면 영농폐기물 공동보관소가 없는 마을이 16.7%이며, 수거 차량 미운행 마을도 10.1%에 이르는 것으로 나타났다. 이와 관련해 정부는 공익직불제 시행의 일환으로 폐비닐 지상 방치 금지, 매립 및 소각 금지 등 ‘영농폐기물 적정처리’를 위한 농업인 준수사항을 단계적으로 확대할 방침이다.

 


현재 정부는 농업용 폐비닐 수거와 관련해 농민이 영농폐기물을 지자체별 공동집하장으로 가져오면, 폐기물 종류 및 양에 따라 보상금을 지급하고 있다. 폐비닐은 지자체별로 50∼330원/kg(지자체별 상이)의 수거보상금을 지급하고 있다. 폐농약용기의 경우 봉지류는 개당 80원, 용기류는 100원을 각각 지급한다.


현재 전국적으로 총 8천35곳의 공동집하장이 설치되어 있으며, 향후 2024년까지 매년 800~900곳을 추가로 설치해 영농폐기물의 안정적인 수거기반을 마련할 계획이다. 한편, 폐비닐·폐농약병 등 영농폐기물의 지상 방치 금지, 매립 및 소각 금지 등의 의무사항과 이를 준수하지 않을 경우의 직불금 감액 방침 등을 연차별로 강화할 예정이다.

 

 

 

한국에너지기술연구원, 연속식 열분해 오일화 플랜트 개발
폐비닐 1kg에서 청정오일 620g 생산

한국에너지기술연구원(원장 김종남) 에너지순환자원연구실 이경환 박사 연구진이 사회적 문제로 대두된 폐비닐을 친환경적이며 경제적으로 우수한 연속식 열분해플랜트를 통해 높은 수율의 고품질 오일로 전환하는 자동화 공정기술을 개발했다.

 


이경환 박사 연구진은 “폐비닐의 친환경 처리 및 에너지화의 높은 수요에도 불구하고 국내시장에 맞는 기술은 미흡하다”며 “소규모로 상용 운전 중인 몇 개의 국내 업체들은 낮은 기술 수준의 로터리 킬른(Rotary Kiln)형 반응 기술로 운전하고 있지만, 기술적 한계로 어려움이 있어서 기술 수준을 높인 열분해 플랜트 개발을 통해 기술 보급이 절실한 상황”이라고 밝혔다.


기존 회분식 반응기는 하나의 반응기에 5~10톤의 원료를 투입해 반응온도를 상승시켜 장시간 가열해 오일을 생산한다. 원료의 신속한 투입이 불가능하고, 반응 후 남는 잔재물의 배출에 불편함이 컸다. 또한 생산 이후 장시간 냉각하는 시스템으로 1일 1회만 운전이 가능해 생산성 또한 낮다. 특히 이처럼 가열과 냉각을 반복함으로써 에너지의 손실이 크며 기기의 설비 수명도 단축된다. 생성된 오일의 질 또한 낮고 수율도 30-40% 밖에 되지 않으며, 작업환경과 안정성이 열약하다는 문제점을 가지고 있다.


연구진은 이를 극복하기 위해 일정한 반응온도에서 장기간 운전을 통해 낮은 에너지를 사용하면서도 오일 생산수율을 60% 이상 유지하는 새로운 기술을 개발했다. 이 기술은 연속생산이 가능하고 에너지 효율 또한 우수해 경제성이 향상된 기술이다.

 


폐비닐의 원료로부터 오일의 최종 산물을 생산하는 단계는 원료투입-열분해-생성물 정제/잔사물 처리-최종제품으로 구성된다. 통합 시스템의 성공적인 운영을 위해서는 각 단계기술의 높은 수준의 완성도와 운영 안전성이 확보되어야 하고 기술 개발, 환경 기준의 다양한 요구를 만족시켜야 한다.


안전성은 기본, 최대 오일 수율과 질 확보… 생산제품, 환경규제 문제없어 판매 가능
연구진은 지속적으로 투입이 가능한 전처리된 플러프(Fluff, 작은 비닐 조각) 형태의 폐비닐을 반응기의 원료로 활용했다. 이때 발생할 수 있는 화재 위험을 막기 위해 산소가 주입되지 않는 밀폐구조인 동시에 자동 차단할 수 있는 밸브를 구성하고, 원료를 반응기까지 전달하는 스크류를 반응기에 가까울수록 밀도가 높게 구성해 산소 주입 가능성을 낮췄다. 이에 더해 질소 퍼징(Purging)에 의해 일정한 산소농도를 유지할 수 있는 시스템을 구축해 안정성을 기했다.


또한 일정한 온도에서 최대의 오일 수율과 질을 확보할 수 있도록 반응기 내부의 온도분포를 달리하고, 반응기에 투입되는 원료가 온전히 활용되도록 투입되는 양을 조절하는 등의 공정을 최적화했다. 이런 최적 공정화 조건을 갖추어 동일 설치공간에 기존 회분식 반응기에 비해 원료 처리량이 3배 이상 확대가 가능하다.


열분해 반응기에서 생산된 증기상 생성물의 고급화를 위해 염소 제거 공정을 거치고, 원하는 생성물인 가솔린, 등유, 경유, 중질유의 최종제품을 얻기 위한 증류 공정도 포함하고 있다. 그리고 왁스 등을 포함한 미반응 잔사물을 없애 흙과 같은 무기물과 고형 탄소 성분만 나올 수 있게 2차 공정을 적용했으며, 화재 위험이 있는 고온의 잔사물을 안전하게 밀폐시켜 배출하는 장치를 포함하고 있다.

 

연구진이 개발한 신기술은 폐비닐 원료 투입과 생성 오일 포집, 그리고 반응 후 잔사물 배출이 안전하게 이루어져 연속운전이 가능해 처리 규모의 확대가 용이하다. 이 기술은 기존 회분식의 문제점인 장시간 가열과 냉각의 반복이 아닌 일정한 반응온도에서 연속 반응과 낮은 에너지를 사용한다. 
또한 안정적 운전에 의해 62%의 오일 수율과 향상된 오일 질 확보와 함께 설비 가동효율 및 에너지 이용효율 또한 우수하다. 이와 같은 과정을 통해 생산된 오일 제품은 4대 중금속(납, 카드뮴, 수은, 크롬) 등의 환경 규제치 이내라 판매에 어려움이 없다.


2022년 사업화 실증 규모로 확대 일일 10톤 처리
새롭게 개발된 기술은 올해 일일 2톤 처리 규모의 스케일업(Scale-up, 규모확대)을 통해 공정 최적화를 위한 연구를 수행할 예정이며, 2022년부터는 사업화에 근접한 실증 규모인 일일 10톤 처리 규모로 확대할 계획이다.


연구책임자인 이경환 책임연구원은 “지금까지 운전 중인 열분해 오일화 기술은 회분식이거나 반연속식의 소규모 저급 열분해 공정기술이 운영되어 기술의 한계에 놓여 있는 상황”이라며, “이번에 개발한 기술은 연속식인 동시에 고급 오일을 생산할 수 있는 열분해 오일화기술 개발로 기술의 한계를 극복하게 되었다”고 밝혔다. 이어 “이로써 선진국들이 앞다투고 있는 개발 방향의 기술 수준을 도달하기 위한 서막을 열게 되었다”고 덧붙였다.


한편, 지난해 5월부터 공익직불제가 시행되면서 농업인의 주요 준수사항 중 하나인 ‘영농폐기물의 적정처리’에 대한 관심이 높아지고 가운데 이를 계기로 농촌지역 폐비닐의 수거율과 재활용률이 지속적으로 제고될 수 있도록 노력할 필요가 있다는 지적이 나오고 있다.


문제는 현재 농촌 현실을 볼 때 경작지가 산재해 있고 영세고령농이 많은 실정에서 폐비닐로 대표되는 영농폐기물의 적정한 처리 여부가 농가의 준수 의지만으로는 부족하다는 것이다. 이를 보완하기 위해서는 기본적으로 농가와 지자체의 역할이 중요하지만, 농정당국과 환경당국 역시 관심을 갖고 필요한 경우 범정부적인 대책 수립 및 농가 또는 지자체에 대한 지원 강화 방안 등을 강구해야 한다는 의견이다.  



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