[논문]폐식용유 재활용 제품의 환경성 평가

김태석; 김동규; 정용현

doi:10.13000/jfmse.2015.27.2.516

폐식용유 재활용 제품의 환경성 평가
Environmental Impact Evaluation of the Waste Cooking Oil Recycling Products 원문보기

水産海洋敎育硏究 = Journal of fisheries and marine sciences education, v.27 no.2 = no.74, 2015년, pp.516 - 525

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In this study, Life Cycle Assessment(LCA) was applied to the production processes of waste cooking oil recycling products. Recycling products as defined in the Law of Saving of Resources and Recycling Promotion are biodiesel and soap. Weighting result of biodiesel production process showed that the most significant impact potential was abiotic resource depletion(84.17%) followed by global warming(13.93%). In the case of the soap, the most significant impact potential was also abiotic resource depletion(58.59%) followed by global warming(33.71%). In terms of the whole system of the biodiesel production process, methanol showed the largest environmental impact potential(87.35%). While in the case of the soap, sodium chloride showed the largest environmental impact potential(99.99%). This study suggests that there should be improvement of the methanol recovery system in the biodiesel production process and also appropriate use of the major environmental impact materials in both processes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

특성화는 각각의 환경영향범주에 해당되는 목록항목들의 잠재적 환경영향과 이와 관련된 상응인자를 이용하여 정량화하는 과정이다. 따라서 본 연구에서는 두 공정에 대하여 분류화된 잠재적 환경영향들을 산업자원부에서 제시하는 상응인자들과 곱하여 특성화 결과 값을 산출하였다(Ministry of Commerce Industry and Energy 2000).
따라서 본 연구에서는 현재 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률에 따라 생산되는 각각의 폐식용유 재활용 제품을 대상으로 그 제조 공정에서 발생되는 환경오염물질의 환경영향을 전과정평가로 분석하였다. 또한 이러한 결과를 바탕으로 각각의 제품 제조 공정에서 잠재적 환경영향이 큰 물질을 규명하고, 보다 친환경적인 제조방향으로 나아갈 수 있는 기반을 제시하고자 한다.
따라서 본 연구에서는 현재 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률에 따라 생산되는 각각의 폐식용유 재활용 제품을 대상으로 그 제조 공정에서 발생되는 환경오염물질의 환경영향을 전과정평가로 분석하였다. 또한 이러한 결과를 바탕으로 각각의 제품 제조 공정에서 잠재적 환경영향이 큰 물질을 규명하고, 보다 친환경적인 제조방향으로 나아갈 수 있는 기반을 제시하고자 한다.

가설 설정

먼저 연구 대상 제품의 제조 방법은 문헌에 따르는 기술을 적용하였으며, 각각의 제품이 현재 국내에서 생산된다고 가정하였다. 또한 각각의 시스템 내에서 투입되는 물질들과 배출되는 물질들에 대한 환경부하는 국내 LCI 데이터베이스를 적용하였다.

제안 방법

바이오디젤과 비누 제조 공정에 투입되는 투입물은 크게 원/부자재, 에너지, 유틸리티로 구분하였으며, 산출물은 제품/부산물, 폐기물로 분류하였다. 데이터는 문헌자료를 토대로 수집하였으며, 수집된 데이터는 추정치를 적용하여 원단위로 하였다. 이에 대한 전체 데이터의 환경부하는 환경부의 국내 데이터베이스를 사용하였다.
두 공정 모두 열린 고리 재활용 시스템으로, 타 시스템에서 발생된 폐식용유를 재활용하는 것이기에 폐식용유를 원료로 사용하는 것에 대한 환경부하는 cut-off 할당 방법을 이용하여 배제하였다.
먼저 연구 대상 제품의 제조 방법은 문헌에 따르는 기술을 적용하였으며, 각각의 제품이 현재 국내에서 생산된다고 가정하였다. 또한 각각의 시스템 내에서 투입되는 물질들과 배출되는 물질들에 대한 환경부하는 국내 LCI 데이터베이스를 적용하였다. 그리고 연구 목적 상 운송에 대한 고려는 제외하였다.
바이오디젤과 비누 제조 공정에 투입되는 투입물은 크게 원/부자재, 에너지, 유틸리티로 구분하였으며, 산출물은 제품/부산물, 폐기물로 분류하였다. 데이터는 문헌자료를 토대로 수집하였으며, 수집된 데이터는 추정치를 적용하여 원단위로 하였다.
바이오디젤의 기능은 디젤기관의 연료로써, 기능단위는 폐식용유 1kg으로 만들어지는 바이오디젤로 하였으며, 이에 따른 기준흐름은 폐식용유 1kg으로 만들어지는 디젤기관의 연료로 정하였다.
이러한 과정을 통해 각각의 제품에서 발생되는 환경영향들을 대상 환경영향 범주에 미치는 상대적 크기로 나타낼 수 있으며, 환경영향범주들을 상대적으로 비교할 수 있다. 본 연구에서는 각각의 환경영향범주별 특성화 결과 값을 산업자원부에서 제시하는 국내 정규화 기준 값으로 나누어 정규화 결과 값을 산출하였으며(Ministry of Commerce Industry and Energy 2000), 그 결과는 [Fig. 15]와 같다.
비누의 기능은 세정제로, 기능단위는 폐식용유 1kg으로 만들어지는 비누로 하였으며, 이에 따른 기준흐름은 폐식용유 1kg으로 만들어지는 세정기능의 비누로 정하였다.
시스템 경계는 폐식용유 재활용 제품 각각의 제조 과정에 따른 원료취득에서부터 제품 출하전까지(Cradle to Gate, CtG)로 설정하였다. 이에 대한 제조 공정은 바이오디젤의 경우 Marta G.
전과정평가에서 목록분석은 대상 시스템의 전과정에 대한 투입 및 산출 데이터를 규명하고 정량화하는 과정이다. 작성된 데이터 [Table 2]를 기초로 상위흐름 데이터베이스를 연결하여 최종적인 전과정 목록분석을 수행하였다. 그 결과 각각의 바이오디젤과 비누 제조 공정별로 총 280여개와 270여개의 환경배출 목록항목이 도출되었으며, 그 중 대표적인 항목들을 [Table 3]에 명시하였다.
전과정 영향평가는 분류화(Classification), 특화(Characterization), 정규화(Normalization), 가중화(Weighting)의 단계로 수행하였다. 여기서 고려된 환경영향범주는 산업자원부에서 제시하고 있는 무생물자원고갈(ADP), 산성화(AP), 부영양화(EP), 지구온난화(GWP), 오존층고갈(ODP), 광화학적 산화물생성(POCP)이며, [Table 1]과 같다(Ministry of Commerce Industry and Energy 2000).

대상 데이터

데이터는 문헌자료를 토대로 수집하였으며, 수집된 데이터는 추정치를 적용하여 원단위로 하였다. 이에 대한 전체 데이터의 환경부하는 환경부의 국내 데이터베이스를 사용하였다.

이론/모형

여기서 환경영향범주별 상대적 중요도를 가중치라고 하며, 이를 각각의 정규화 결과 값에 곱하여 가중화 결과 값을 산출한다. 본 연구에서는 산업자원부에서 제시하는 가중치를 적용하였으며(Ministry of Commerce Industry and Energy 2000), 그 결과는 [Fig. 16]과 같다.

성능/효과

POCP 영향범주에서는 Methanol(58.45%)이 가장 큰 환경영향을 차지하고 있었으며, 다음은 H₃PO₄(19.90%), H₂SO₄(6.62%), Glycerol(6.49%)순으로 나타났다[Fig. 8]. 이는 Methanol과 H₃PO₄가 사용되는 과정에서 광화학산화물생성 유발물질로 알려진 NMVOC과 hydrocarbon이 상대적으로 많이 배출되기 때문이다.
가중화 결과를 살펴보면 바이오디젤 제조 공정과 비누 제조 공정 모두 전체 환경영향범주 중 ADP에서 각각 84.17%와 58.59%로 가장 큰 비중을 차지하였으며, GWP의 경우에는 각각 13.93%와 33.71%의 비중을 차지하였다.
작성된 데이터 [Table 2]를 기초로 상위흐름 데이터베이스를 연결하여 최종적인 전과정 목록분석을 수행하였다. 그 결과 각각의 바이오디젤과 비누 제조 공정별로 총 280여개와 270여개의 환경배출 목록항목이 도출되었으며, 그 중 대표적인 항목들을 [Table 3]에 명시하였다.
59%의 비중을 차지하였다. 그 외 환경영향범주에 대한 각각의 결과는 ODP(0.04%와 0.39%), EP(1.66%와 4.34%), POCP(2.47%와 12.08%), AP(4.92%와 11.66%)로써 상대적으로 낮은 기여도를 보였다. 특히 ADP를 제외한 모든 환경영향범주에서 비누제조 공정에 따른 환경부하가 바이오디젤 제조 공정보다 큰 것으로 나타났다.
다음으로 정규화를 거친 가중치 부여 결과, 두 공정 모두 전체 환경영향범주 중 주요 환경영향범주는 ADP와 GWP로 나타났다. 이에 대한 기여도는 바이오디젤 제조 공정의 경우 각각 84.
따라서 두 제품 제조 간에 공정개선과 투입물질의 적절한 사용이 필요하다는 것을 알 수 있었다. 또한 두 제품의 제조 공정의 가중화 결과값을 토대로 보았을 때 전체적인 환경영향은 바이오디젤 제조 공정이 비누 제조 공정보다 더 많은 것으로 나타났지만, 세계적 이슈로 부각되고 있는 지구온난화 측면에서 살펴본다면 바이오디젤을 제조하는 것이 더 유리할 것으로 판단된다.
또한 가중화 결과를 토대로 전체적인 환경영향범주에 대한 환경영향을 투입요인별로 살펴본 결과, 바이오디젤 제조 공정의 주요 요인은 Methanol(88.48%)로 나타났으며, 비누 제조 공정의 경우에는 NaOH(99.99%)로 나타났다.
1998). 또한 두 제품 모두 제품 생산에 투입되는 물질들을 적절히 사용한다면 환경부하를 줄임과 동시에 경제성도 고려 할 수 있을것으로 판단되었다.
따라서 두 제품 제조 간에 공정개선과 투입물질의 적절한 사용이 필요하다는 것을 알 수 있었다. 또한 두 제품의 제조 공정의 가중화 결과값을 토대로 보았을 때 전체적인 환경영향은 바이오디젤 제조 공정이 비누 제조 공정보다 더 많은 것으로 나타났지만, 세계적 이슈로 부각되고 있는 지구온난화 측면에서 살펴본다면 바이오디젤을 제조하는 것이 더 유리할 것으로 판단된다.
바이오디젤 제조 공정에 대한 ADP 영향범주에서는 Methanol(90.75%)이 가장 큰 환경영향을 차지하고 있었으며, 다음은 H₃PO₄(7.23%)로 나타났다. 이는 Methanol에 crude oil, hard coal, natural gas 등이 많이 사용되기 때문이다[Fig.
2010). 이러한 결과와 문헌연구를 토대로 바이오디젤 제조공정 내 Methanol 회수 공정이 환경영향 개선에 필수적인 것을 알 수 있었다. 이를 위해 현재 Methanol 회수를 위해 증류칼럼을 이용하는 재활용 공정이 산업적으로 적용되고 있으며(Choi Ju-Hwan 2012), 촉매 사용에 있어서도 화학 촉매제가 아닌 지방 분해효소인 리파아제를 이용한다면 알코올 사용량과 폐수의 량을 줄일 수 있다고 보고된 바 있다(Choi Myeong-Su 2012).
이에 따른 특성화 결과를 살펴보면 바이오디젤 제조 공정은 ADP, AP, EP, GWP, POCP에서 Methanol과 H₃PO₄ 사용에 따른 환경영향의 기여도가 높게 나타난 반면 ODP에서는 Methanol과 H₂SO₄사용에 따른 환경영향의 기여도가 높은 것으로 나타났다. 비누 제조 공정의 경우에는 모든 환경영향범주에서 NaOH 사용에 따른 환경영향이 대부분을 차지하였다.
전과정 목록분석 결과, 바이오디젤과 비누 제조 공정에서 각각 280여개와 270여개의 환경배출 목록항목이 도출되었다. 이에 따른 주요 투입물은 Water, Crude oil, Hard coal, Natural gas, 산출물로는 각각의 제품과 CO₂, Water emission 등의 배출물질들로 나타났다.
정규화 결과를 살펴보면 바이오디젤 제조 공정과 비누 제조 공정 모두 ADP에서 각각 80.35%와 48.93%로 가장 큰 비중을 차지하였으며, GWP의 경우에는 각각 10.56%와 22.59%의 비중을 차지하였다. 그 외 환경영향범주에 대한 각각의 결과는 ODP(0.
66%)로써 상대적으로 낮은 기여도를 보였다. 특히 ADP를 제외한 모든 환경영향범주에서 비누제조 공정에 따른 환경부하가 바이오디젤 제조 공정보다 큰 것으로 나타났다.
특히 두 , 공정 모두 투입물의 대부분이 자원 및 광물, 산출물은 CO₂및 대기 배출 물질들로 나타남으로써 잠재적 환경영향 중 ADP와 GWP가 다른 환경영향범주보다 그 비중이 상대적으로 클 것으로 예상되었다.
6]. 특히 온실가스중에서 CO₂의 비중이 가장 컸으며, Methane, N₂O, Halon의 배출도 상당량 차지하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐식용유는 어떤 용도로 재활용 되는가?	특히 폐기물 자원화의 대상 가운데 폐식용유는 바이오디젤, 사료, 지방산, 비누, 절삭유, 난방유의 용도로 재활용되고 있으며(Korea bio-energy association 2013), 바이오디젤과 비누는 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률(Ministry of environment 2014)에 따라 폐식용유 재활용 제품으로 제조되고 있다.
	폐식용유를 원료로 사용하는 것은 환경개선에 어떤 효과를 내는가?	2012). 특히 폐식용유를 원료로 사용하는 것은 바이오메스 생산을 위한 추가적인 토지 개간과 비료사용을 줄임으로써 온실가스 발생을 감소시키고, 생물다양성 보전에도 기여한다(Joseph Fargione et al. 2008; G.
	정부는 왜 바이오디젤을 경유와의 혼합사용을 권장하고, 신재생연료 의무혼합제도 도입하려고 하는가?	Laurance 2008). 또한 바이오디젤은 매연 등을 크게 저감시킬 수 있으며, 액체로써의 운반기능, 유용성, 고열량, 저유황분, 낮은 방향족 함량 및 생분해성 등의 장점을 가지고 있다(Jeong Dong-Seok et al. 2009). 그리고 경제적 측면에서 BD5, BD20, BD100에 대한 총 대기오염 저감 가치를 추정한 결과 각각 4천 6백억 원, 1조3천억원, 2조4천억 원의 환경적 편익을 얻을 수 있을 것으로 나타났다(Kang Man-Ok et al. 2007).

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Song, Bo-Yeong(2002), Modification of manufactur -ing process for recycled solid laundry saop, M. S. in Environmental Engineering, Ajou University , Suwon

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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