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문제 정의
- 본 연구는 LCA 기법을 이용하여 폐플라스틱 PET의 물질재활용에 대한 환경성을 평가하고, 이를 통해 향후 국내의 합리적인 폐플라스틱의 재활용정책 방안을 제시하기 위한 기초 자료를 제공하는데 있다.
- 본 연구는 폐플라스틱 PET 물질에 대한 처리 및 처분에 관한 시스템을 분석함으로서 폐기물 리싸이클시스템에 적용이 가능한 전과정평가(LCA)기법을 이용하여 폐플라스틱의 처리단계의 목록을 수집, 분석하여 각종 자원화 방법에 대한 환경성을 비교 평가하는 것을 목적으로 하였다.
- 본 연구는 폐플라스틱 PET제품을 물질재활용에 대한 각 영향범주별 환경성을 평가하였다. 이를 위하여 국내에서 PET의 재생업체를 대상으로 데이터를 수집하여 목록분석을 실시한 후 Eco-Indicator 95의 영향평가방법을 사용하여 각 영향범주별 환경영향을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
가설 설정
- 공정 관련 설비 및 인프라(Infra)를 구축하는 과정에 대한 환경부하는 고려하지 않았으며, 공정 데이터 중에서 상위 또는 하위흐름 환경데이터베이스가 없는 투입ᆞ산출물의 경우에는 기본흐름(elementary flow)으로 가정하였다.
제안 방법
- 국내 폐플라스틱 물질재활용방법에 대한 현장조사를 통해 자료를 수집ᆞ분석하여 각 공정의 분리 배출, 수집ᆞ운반, 선별, 재활용공정을 각 유형별로 구분하고, 폐플라스틱의 재활용에 대한 공정별 환경부하를 분석하기 위해 LCA 소프트웨어인 시마 프로 5.0을 사용하고, 물질재활용의 주요 환경적 이슈를 규명하였다,
- 본 연구에서 사용된 데이터는 한국자원재생공사의 “전국 폐기물 중간처리업 및 재활용 신고업체 현황” 중 폐플라스틱의 분리 선별 및 재생원료화 업체를 중심으로 현장 공정 조사 및 업체 관계자의 의견을 청취조사에 의해 수집하였다. 대부분의 폐플라스틱의 재생업체는 영세하고 설비도 낙후되어 있는 경우가 많으나, 우리나라의 폐플라스틱 재생 업체의 공정은 이러한 수준에서 이루어지고 있으므로 이러한 업체에서 수집한 데이터를 기초로 분석하였다.
- 또한, 영향범주별 전과정영향평가의 수행을 근거로 환경적인 측면에서 주요 이슈를 규명하였다. 폐플라스틱 PET의 재활용부분을 고려하지 않은 영향(Original impact)과 폐플라스틱 PET가 재활용되어 다음단계의 원료물질로 다시 사용되는 경우의 환경회피 영향(Avoid impact)을 재질별로 구분하여 나타내었다.
- 폐플라스틱 PET의 재활용부분을 고려하지 않은 영향(Original impact)과 폐플라스틱 PET가 재활용되어 다음단계의 원료물질로 다시 사용되는 경우의 환경회피 영향(Avoid impact)을 재질별로 구분하여 나타내었다. 또한, 폐플라스틱 PET에 대한 상위 및 하위흐름의 데이터베이스가 연결되지 않은 공정데이터(On-site)항목과 각 투입물별 기여도의 값을 비교하는 방법을 사용하였다.
- 파쇄 및 세척공정의 용수사용량과 폐수처리에 대한 데이터는 충분하지 않아서 재질별 조사업체의 평균치를 사용하였으며, 파쇄 및 용융공정에서 발생하는 분진, VOC등의 대기 배출물은 조사대상업체에서 작성해 놓은 데이터를 수집할 수 없어서 고려하지 못했다. 마지막으로 각 단위 공정간의 수송거리는 업체의 경유사용량과 국내 수송 데이터베이스를 이용하여 추산하였으며, 재질별로 동일하게 적용하였다.
- 목적 및 범위설정 단계를 통해 연구대상 시스템의 데이터를 수집하고 이에 따라 각 단위공정별 투입물과 산출물에 대한 물질수지를 분석하였다. 또한, 전과정평가 수행 중에 시간과 비용이 가장 많이 소요되는 단계로서, 물질수지를 객관적이고 과학적으로 분석 및 계산하여 정량적인 환경 부하량을 산출하는 단계이다.
- 본 논문은 목적 및 범위 정의에서 제시한 각 영향범주별 상응인자 값을 이용하여 전과정영향평가를 수행하였다. 물질재활용공정의 물질수지를 통해 목록분석을 실시한 후 전과정평가 소프트웨어인 Simapro 5.0을 이용하여 각 영향범주별 환경영향을 정량화하였다.
- 본 논문은 목적 및 범위 정의에서 제시한 각 영향범주별 상응인자 값을 이용하여 전과정영향평가를 수행하였다. 물질재활용공정의 물질수지를 통해 목록분석을 실시한 후 전과정평가 소프트웨어인 Simapro 5.
- 본 연구의 물질재활용 시스템은 재생플라스틱의 재질인 PET에 대하여 수행하였다.[Table 1]
- 시스템 경계는 폐플라스틱의 배출원에서 분리선별 및 재생원료화까지로 하였다. 또, 실제 공정데이타는 현장 데이터를 수집하는 것으로 하고, 공정에 사용되는 물질이나 에너지에 대해서는 국내ᆞ외에 구축된 데이터를 상위흐름으로 연결하였다.
- 이 때, 재생원료화 전공정에 투입되는 투입산출물로 인한 환경부하(Original Impact)와 재생원료의 신재 대체를 고려한 환경부하 삭감효과(Avoided Impact)를 합한 최종 영향 평가를 토대로 환경측면에서의 주요 이슈를 규명하였다.
- 본 연구는 폐플라스틱 PET제품을 물질재활용에 대한 각 영향범주별 환경성을 평가하였다. 이를 위하여 국내에서 PET의 재생업체를 대상으로 데이터를 수집하여 목록분석을 실시한 후 Eco-Indicator 95의 영향평가방법을 사용하여 각 영향범주별 환경영향을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 또한, 영향범주별 전과정영향평가의 수행을 근거로 환경적인 측면에서 주요 이슈를 규명하였다. 폐플라스틱 PET의 재활용부분을 고려하지 않은 영향(Original impact)과 폐플라스틱 PET가 재활용되어 다음단계의 원료물질로 다시 사용되는 경우의 환경회피 영향(Avoid impact)을 재질별로 구분하여 나타내었다. 또한, 폐플라스틱 PET에 대한 상위 및 하위흐름의 데이터베이스가 연결되지 않은 공정데이터(On-site)항목과 각 투입물별 기여도의 값을 비교하는 방법을 사용하였다.
대상 데이터
- 데이터의 시간적 경계는 분리ᆞ선별업체의 경우 2003년 현장 공정 수집데이터를 기준으로 하고, 대상업체 외부데이터의 경우 가능한 최신데이터를 사용하였다. 공간적 경계로는 대상업체의 내부 데이터는 현장 공정데이터로서 한국으로 하였으며 대상업체 외부의 데이터로는 실제 대상업체에서 사용하는 물질 및 에너지의 생산지 데이터로 하였으나 불가능할 경우 유사한 데이터를 사용한다.
- 플라스틱제품 제조에는 상기 원료만을 단독으로 사용하거나 신품 수지와 혼합하여 사용한다. 대상수지는 주로 열가소성의 범용수지로 다른 플라스틱 종류에 비하여 사용량이 많은 PE, PP, PS 등의 재활용 방법으로 이용된다.
- 데이터의 시간적 경계는 분리ᆞ선별업체의 경우 2003년 현장 공정 수집데이터를 기준으로 하고, 대상업체 외부데이터의 경우 가능한 최신데이터를 사용하였다. 공간적 경계로는 대상업체의 내부 데이터는 현장 공정데이터로서 한국으로 하였으며 대상업체 외부의 데이터로는 실제 대상업체에서 사용하는 물질 및 에너지의 생산지 데이터로 하였으나 불가능할 경우 유사한 데이터를 사용한다.
- 본 연구에서 사용된 데이터는 한국자원재생공사의 “전국 폐기물 중간처리업 및 재활용 신고업체 현황” 중 폐플라스틱의 분리 선별 및 재생원료화 업체를 중심으로 현장 공정 조사 및 업체 관계자의 의견을 청취조사에 의해 수집하였다. 대부분의 폐플라스틱의 재생업체는 영세하고 설비도 낙후되어 있는 경우가 많으나, 우리나라의 폐플라스틱 재생 업체의 공정은 이러한 수준에서 이루어지고 있으므로 이러한 업체에서 수집한 데이터를 기초로 분석하였다.
이론/모형
- 본 논문의 전과정 영향평가 방법은 Eco-Indicator 95를 사용하였으며, 국내에서 주로 사용되는 영향범주를 고려하여 다음과 같은 6가지 영향범주를 이용하여 평가하였다.
성능/효과
- 0%)으로 세계 4위 수준이다.2) 플라스틱을 대체할 수 있는 다기능의 경제성 있는 재질 개발이 이루어지지 않아 5년 내에 년간 1,100만톤의 플라스틱을 생산하여 500만톤 이상의 폐플라스틱이 발생할 것으로 예상하고 있다.3) 현재 폐플라스틱의 재활용이 20%에 그치고 있어 80% 이상이 매립이나 소각에 의해 처리되고 있으므로 환경문제뿐만 아니라 경제적인 손실도 상당한 것으로 평가되고 있다.
- 발암성에 대한 환경영향은 대부분 미비한 수준이며, 폐플라스틱 PET를 재활용할 때의 환경부하삭감효과가 다소 있는 것으로 나타났다. PET 재질에 대한 환경부하삭감효과가 가장 크게 나타났다.
- 폐플라스틱 PET의 물질재활용공정에서 가장 영향을 미치는 것은 전력사용인 것으로 나타났다. PET에 대한 물질재활용의 각 단위공정별 환경영향평가 결과에서 전력과 에너지를 가장 많이 사용하는 용융 및 재생원료화공정의 환경부하가 매우 높은 것으로 나타났다.
- PET의 물질재활용에 대한 영향평가결과는 오존층 파괴의 영향을 제외한 거의 모든 영향범주들이 음(-) 값이며 이는 환경성이 매우 좋은 것으로 나타났다. 또한, 폐플라스틱 PET를 물질재활공정과 이를 다시 재생원료로서 사용할 경우를 비교할 때 환경부하삭감효과는 매우 크게 나타났다.
- PET의 재생원료가 플라스틱 신재의 대체재로 사용되어 신재 생산공정의 환경부하 삭감효과를 감안하지 않는다면 재생공정은 환경부하를 발생시키는 것으로 나타났지만 다시 원료로서 재활용되어 사용되어질 때와의 환경영향을 비교해보면 환경삭감효과가 크게 나타났다. 또한, 신재를 생산할때 지구온난화에 미치는 환경부하가 크기 때문에 재활용에 의한 지구온난화의 삭감효과가 큰 것으로 나타났다.
- 광화학산화물 생성에 대한 환경영향은 PET신재의 재활용으로 인한 환경부하삭감효과가 매우 크게 나타났다. 광화학산화물 생성에 대한 투입물별 기여도는 플라스틱 신재를 생산시 환경 부하 삭감 효과가 크게 나타났으며, 나머지 투입물에 대한 영향은 무시할 수 있을 정도로 미비한 수준이다. 그 중 가장 중요한 영향을 미치는 오염물질은 VOC, NO2, CO로 나타났다.
- 폐플라스틱 PET에 대한 산성화의 영향은 음(-)의 값으로 나타났으며 이를 재활용함으로써 산성화에 대한 환경삭감효과가 큰 것으로 나타났다. 그 중 PET 신재를 생산할 때의 삭감효과가 가장 큰 것으로 나타났다.
- 광화학산화물 생성에 대한 투입물별 기여도는 플라스틱 신재를 생산시 환경 부하 삭감 효과가 크게 나타났으며, 나머지 투입물에 대한 영향은 무시할 수 있을 정도로 미비한 수준이다. 그 중 가장 중요한 영향을 미치는 오염물질은 VOC, NO2, CO로 나타났다.
- 이는 재생된 PET 플라스틱이 플라스틱 신재를 대체할 때 환경부하삭감효과가 크기 때문이었다. 또한, 공정자체에서 발생되는 환경부하가 가장 크며, 전력과 경유사용이 부영양화에 다소 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 부영양화의 원인인 질소산화물과 인이 주 원인인 것으로 나타났으며 이는 화학물질중 요소사용에 의한 것으로 사료된다.
- PET의 재생원료가 플라스틱 신재의 대체재로 사용되어 신재 생산공정의 환경부하 삭감효과를 감안하지 않는다면 재생공정은 환경부하를 발생시키는 것으로 나타났지만 다시 원료로서 재활용되어 사용되어질 때와의 환경영향을 비교해보면 환경삭감효과가 크게 나타났다. 또한, 신재를 생산할때 지구온난화에 미치는 환경부하가 크기 때문에 재활용에 의한 지구온난화의 삭감효과가 큰 것으로 나타났다. 또한, 지구온난화에 대한 투입물별 기여도는 전체적으로 음(-)의 값으로써 이는 폐플라스틱의 투입물이 미치는 환경부하보다 폐플라스틱 PET가 원료로서 다시 재활용될 때 미치는 환경부하삭감효과가 가장 큰 것으로 나타났다.
- 발암성에 대한 투입물별 기여도는 경유사용을 제외하고 환경부하가 적게 나타났으며, 폐플라스틱 PET의 재생원료가 플라스틱 신재의 대체재로 다시 재활용될 때의 환경부하삭감효과가 큰 것으로 나타났다. 또한, 여기서 주요한 영향을 미치는 환경부하는 경유사용에 따라 발생하는 독성물질인 PAH's, Benzo(a)pyrene이 주 원인으로 확인되었다.
- 또한, 지구온난화에 대한 투입물별 기여도는 전체적으로 음(-)의 값으로써 이는 폐플라스틱의 투입물이 미치는 환경부하보다 폐플라스틱 PET가 원료로서 다시 재활용될 때 미치는 환경부하삭감효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 또한, 전력생산과 상위와 하위흐름으로 연결되지 않는 공정자체에서 발생되는 CO2가 지구온난화에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 또한, 신재를 생산할때 지구온난화에 미치는 환경부하가 크기 때문에 재활용에 의한 지구온난화의 삭감효과가 큰 것으로 나타났다. 또한, 지구온난화에 대한 투입물별 기여도는 전체적으로 음(-)의 값으로써 이는 폐플라스틱의 투입물이 미치는 환경부하보다 폐플라스틱 PET가 원료로서 다시 재활용될 때 미치는 환경부하삭감효과가 가장 큰 것으로 나타났다. 또한, 전력생산과 상위와 하위흐름으로 연결되지 않는 공정자체에서 발생되는 CO2가 지구온난화에 부정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- PET의 물질재활용에 대한 영향평가결과는 오존층 파괴의 영향을 제외한 거의 모든 영향범주들이 음(-) 값이며 이는 환경성이 매우 좋은 것으로 나타났다. 또한, 폐플라스틱 PET를 물질재활공정과 이를 다시 재생원료로서 사용할 경우를 비교할 때 환경부하삭감효과는 매우 크게 나타났다.
- 발암성에 대한 투입물별 기여도는 경유사용을 제외하고 환경부하가 적게 나타났으며, 폐플라스틱 PET의 재생원료가 플라스틱 신재의 대체재로 다시 재활용될 때의 환경부하삭감효과가 큰 것으로 나타났다. 또한, 여기서 주요한 영향을 미치는 환경부하는 경유사용에 따라 발생하는 독성물질인 PAH's, Benzo(a)pyrene이 주 원인으로 확인되었다.
- 발암성에 대한 환경영향은 대부분 미비한 수준이며, 폐플라스틱 PET를 재활용할 때의 환경부하삭감효과가 다소 있는 것으로 나타났다. PET 재질에 대한 환경부하삭감효과가 가장 크게 나타났다.
- 부영양화에 대한 환경부하는 산성화와 마찬가지로 환경부하삭감효과가 크게 나타났으며, 그 중 PET의 신재 대체에 따른 환경부하삭감효과가 가장 큰 것으로 조사되었다. 부영양화에 대한 투입물별 기여도를 살펴보면 전체 환경부하가 삭감되는 것으로 나타났다.
- 산성화에 대한 투입물별 기여도는 재생 PET 플라스틱이 플라스틱 신재를 대체할 때 환경부하 삭감효과가 커서 전체 환경부하가 삭감되는 것으로 나타났다. 투입물별로는 전력생산과 공정자체에서 발생되는 산성화에 주요영향인자는 SO2와 NO2로서 이는 화학약품인 액가성소다와 요소의 사용에 기인한 것으로 사료된다.
- 오존층 파괴의 잠재적인 영향은 PET가 원료로서 재활용될 때와 재활용되지 않을 때의 환경영향이 동일하기 때문에 삭감효과가 없는 것으로 나타났다. 오존층 파괴의 투입물별 기여도는 전체 환경부하가 경유사용으로 인한 환경부하와 거의 비슷한 수준이며, 경유이외의 투입물들에 대한 영향은 미비하기 때문에 무시해도 좋은 것으로 사료된다.
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