전기밥솥, 청소기, 선풍기 등 폐소형가전 기기들은 종류 및 품목에 따라 내부 구성 물질과 플라스틱 재질이 다양하기 때문에 해체 및 선별에 특정기술의 적용이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 폐소형가전 제품 중 재활용 업체에서 비교적 취급양이 많은 품목 중, 전기밥솥 등 5개 품목을 대상으로 수작업으로 해체 후 물리적 성상을 분석하였다. 또한, 폐소형가전은 대형가전제품에 비해 플라스틱의 함량이 비교적 높을 뿐만 아니라 재질이 다양하여, 재질별 선별이 어려워 플라스틱의 재활용에 걸림돌이 되고 있다. 특히, 폐소형가전의 경우 검정색 플라스틱의 비율이 상대적으로 높아 재질 선별이 제대로 이루어지지 못하여, 혼합물의 형태로 저급 재활용되고 있다. 본 연구에서는 중액선별, 정전선별 그리고 근적외선 선별 등 기존의 선별 기술을 적용하여 검정색 플라스틱에 대한 재질 선별 가능성을 검토하였으며, 각 기술에 대한 문제점 및 제한사항을 제시하였다.
전기밥솥, 청소기, 선풍기 등 폐소형가전 기기들은 종류 및 품목에 따라 내부 구성 물질과 플라스틱 재질이 다양하기 때문에 해체 및 선별에 특정기술의 적용이 어려운 실정이다. 본 연구에서는 폐소형가전 제품 중 재활용 업체에서 비교적 취급양이 많은 품목 중, 전기밥솥 등 5개 품목을 대상으로 수작업으로 해체 후 물리적 성상을 분석하였다. 또한, 폐소형가전은 대형가전제품에 비해 플라스틱의 함량이 비교적 높을 뿐만 아니라 재질이 다양하여, 재질별 선별이 어려워 플라스틱의 재활용에 걸림돌이 되고 있다. 특히, 폐소형가전의 경우 검정색 플라스틱의 비율이 상대적으로 높아 재질 선별이 제대로 이루어지지 못하여, 혼합물의 형태로 저급 재활용되고 있다. 본 연구에서는 중액선별, 정전선별 그리고 근적외선 선별 등 기존의 선별 기술을 적용하여 검정색 플라스틱에 대한 재질 선별 가능성을 검토하였으며, 각 기술에 대한 문제점 및 제한사항을 제시하였다.
Small household appliances such as electric rice cooker, a vacuum cleaner, an electric fan, etc. are diverse and complex due to the materials and components and waste streams from the manufacturing processes. In the present study, physical characterization of small e-wastes was analyzed on major ite...
Small household appliances such as electric rice cooker, a vacuum cleaner, an electric fan, etc. are diverse and complex due to the materials and components and waste streams from the manufacturing processes. In the present study, physical characterization of small e-wastes was analyzed on major items including electric rice cooker after manual dismantling. Small household appliances is an important potential source of waste plastic, however, recycling plastics from small e-waste is still unusual. The present communication gives results of separation processes on black plastics and the limitations of these sorting processes in used small household appliances.
Small household appliances such as electric rice cooker, a vacuum cleaner, an electric fan, etc. are diverse and complex due to the materials and components and waste streams from the manufacturing processes. In the present study, physical characterization of small e-wastes was analyzed on major items including electric rice cooker after manual dismantling. Small household appliances is an important potential source of waste plastic, however, recycling plastics from small e-waste is still unusual. The present communication gives results of separation processes on black plastics and the limitations of these sorting processes in used small household appliances.
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문제 정의
4. 본 연구에서는 폐가전 대상품목의 해체·파쇄 후 회수된 플라스틱에 대한 재질선별 가능성을 검토하였다.
본 실험에서는 폐소형가전제품에서 회수한 검정색 플라스틱의 재질선별을 위해 중액선별 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 가정에서 배출되는 폐소형가전 중 취급양이 많은 품목 즉, 전기밥솥 등 5개 품목을 선정하여 수작업으로 해체 후 물리적 성상을 분석하였으며 특히, 주요 구성 성분 중 하나인 플라스틱 재질에 대한 선별 및 재활용 가능성을 검토하였다.
본 연구에서는 폐소형가전에서 회수된 플라스틱의 재활용을 추진시키기 위해 다양한 재질 선별기술의 적용을 검토하였다. 특히, 본 실험에서는 검정색 플라스틱의 재질 선별을 위해 중액선별, 정전선별 그리고 근적외선 (NIR) 선별기술의 적용가능성을 검토하였다.
본 연구에서는 폐소형가전에서 회수된 플라스틱의 재활용을 추진시키기 위해 다양한 재질 선별기술의 적용을 검토하였다. 특히, 본 실험에서는 검정색 플라스틱의 재질 선별을 위해 중액선별, 정전선별 그리고 근적외선 (NIR) 선별기술의 적용가능성을 검토하였다.
제안 방법
5. 폐소형가전의 경우 검정색 플라스틱의 주요 재질은 ABS, PS, PP로 구성되어 있으며, 비중(중액), 정전, NIR 선별기술을 적용하여 재질 선별을 수행하였다. 선별 실험결과 정전선별의 경우 일부 재질의 선별이 가능 함을 확인하였으나 중액선별 및 NIR 선별은 재질 선별이 제한적이거나 불가능한 것으로 조사되었다.
5개 폐가전제품에 대한 20개 시료의 해체실험 결과를 기반으로 대상품목에 대한 재활용가능성을 분석하였다. 즉, 폐소형가전의 구성 물질 중 플라스틱, 철금속류, 비철금속류(SUS, 전선, 구리, 알루미늄 등) 등을 재활용 가능 재질로 분류하였다.
플라스틱 파쇄시료(입자크기 15 mm이하)는 재활용업체에서 입수하였으며, ABS와 PS재질의 시료를 중액선별 실험에 사용하였다. PP 재질은 물에서 쉽게 회수가 가능하였으나, ABS와 PS는 물에서 비중분리가 불가능하여 중액을 이용하여 재질분리실험을 수행하였다. 소금을 이용하여 비중값이 다른 비중액을 준비하였으며, 재질을 알고 있는 검정색 플라스틱 시료를 이용하여 선별 효율을 평가하였다.
본 연구에서는 폐소형가전 중 취급양이 많은 품목 즉, 전기밥솥 등 5개 품목을 선정하여 수작업으로 해체 후 물리적 성상분석을 수행하였다. 또한, 폐가전 구성 물질 중 재질선별이 어려운 검정색 플라스틱을 대상으로 다양한 선별 공정을 적용하여 재활용 가능성을 검토하였으며, 결과를 간략하게 요약하면 다음과 같다.
본 연구에서는 폐소형가전 중 취급양이 많은 품목 즉, 전기밥솥 등 5개 품목을 선정하여 수작업으로 해체 후 물리적 성상분석을 수행하였다. 또한, 폐가전 구성 물질 중 재질선별이 어려운 검정색 플라스틱을 대상으로 다양한 선별 공정을 적용하여 재활용 가능성을 검토하였으며, 결과를 간략하게 요약하면 다음과 같다.
현장에서는 폐가전제품 중 선풍기, 전기밥솥, 비데, 청소기, 전기히터, 공기청정기, 가습기 등의 품목을 대상으로 재활용 가능자원을 회수하고 있다. 본 자료는 해체파쇄 후 수작업으로 모터류, PCB 등을 제거한 후 자력, 와전류, NIR 등의 선별공정을 거쳐 회수된 재활용 가능물질의 비율을 분석하였다. 표에서 알 수 있듯이 플라스틱 비율이 약 60% 수준으로 높게 나타났으며, 플라스틱의 재질 구성 비율, 즉 ABS : PS : PP 비율은 2 : 1 : 1로 조사되었다.
PP 재질은 물에서 쉽게 회수가 가능하였으나, ABS와 PS는 물에서 비중분리가 불가능하여 중액을 이용하여 재질분리실험을 수행하였다. 소금을 이용하여 비중값이 다른 비중액을 준비하였으며, 재질을 알고 있는 검정색 플라스틱 시료를 이용하여 선별 효율을 평가하였다.
앞서 언급하였듯이 폐소형가전을 수작업으로 해체 후 물리적 성상분석을 수행하였으며, Fig. 3에는 일반 가정용 선풍기에 대한 해체 실험결과를 보여주고 있다.
5개 폐가전제품에 대한 20개 시료의 해체실험 결과를 기반으로 대상품목에 대한 재활용가능성을 분석하였다. 즉, 폐소형가전의 구성 물질 중 플라스틱, 철금속류, 비철금속류(SUS, 전선, 구리, 알루미늄 등) 등을 재활용 가능 재질로 분류하였다. 다음 Table 3에는 폐소형가전의 제품별 재활용 가능성을 분석한 결과이다.
1에 제시된 순서에 따라 수작업으로 해체하였다. 특히, 물리적 성상분석을 위해 플라스틱, 철금속, 비철금속, 고무/섬유, 전선, 모터, PCB기판 및 기타(유리, 세라믹, 콘덴서 등) 재질로 구분하여 해체 후 각각의 중량을 측정하였다.
대상 데이터
정전선별 실험은 I사가 소유한 Pilot 실험장치(용량 : 200 kg/hr)를 활용하였다. 또한, 정전선별 실험 후 선별효율을 정량적으로 평가하기 위하여 선별대상 재질중 한 가지 시료는 재질을 알고 있는 흰색 시료를 유색시료와 혼합한 복합시료를 실험에 사용하였다. 본 실험에 사용된 시료는 마찰하전 후 ABS와 PP재질은 각각 +와 −로 하전되어 반대전극에서 회수되었다.
본 실험에 사용된 시료는 마찰하전 후 ABS와 PP재질은 각각 +와 −로 하전되어 반대전극에서 회수되었다.
본 연구에서는 2014년부터 EPR 대상품목으로 포함된 폐소형가전제품 중 전기밥솥, 선풍기, 전기히터, 청소기, 비데 등 발생량 상위 품목을 해체실험의 대상으로 선정하였으며, 경기도 H시에 위치한 민간수집업체를 통하여 시료를 확보하였다. 확보한 시료는 Fig.
흰색 재질의 플라스틱 시료는 NIR 공정을 통하여 분리선별 후 회수된 시료를 분쇄하여 실험에 사용하였다. 정전선별 실험은 I사가 소유한 Pilot 실험장치(용량 : 200 kg/hr)를 활용하였다. 또한, 정전선별 실험 후 선별효율을 정량적으로 평가하기 위하여 선별대상 재질중 한 가지 시료는 재질을 알고 있는 흰색 시료를 유색시료와 혼합한 복합시료를 실험에 사용하였다.
전기밥솥의 경우 압력기능을 가진 전기압력밥솥 (전기밥솥-A, B, C)과 압력기능이 없는 일반전기밥솥(전기밥솥-D)을 사용하였다. 청소기의 경우 최근 소형화되어 가정에서 사용량이 증가하고 있는 충전용 진공청소기(청소기-A, B, C)와 일반 가정용 진공청소기(청소기- D)를 사용하였으며, 전기난로는 스텐드형 전기히터(전기히터-A)와 벽걸이형 전기히터(전기히터-B), 비데는 일반형 비데를 해체 실험에 각각 사용하였다.
이러한 선별방법을 마찰하전형 정전선별법(Triboelectrostatic) 이라고 한다. 파쇄된 혼합 플라스틱 시료(15 mm 이하)를 이용하여 정전실험을 수행하였으며, 혼합 시료의 경우 검정색 플라스틱이 포함된 시료를 실험에 이용하였다. 흰색 재질의 플라스틱 시료는 NIR 공정을 통하여 분리선별 후 회수된 시료를 분쇄하여 실험에 사용하였다.
플라스틱 파쇄시료(입자크기 15 mm이하)는 재활용업체에서 입수하였으며, ABS와 PS재질의 시료를 중액선별 실험에 사용하였다. PP 재질은 물에서 쉽게 회수가 가능하였으나, ABS와 PS는 물에서 비중분리가 불가능하여 중액을 이용하여 재질분리실험을 수행하였다.
파쇄된 혼합 플라스틱 시료(15 mm 이하)를 이용하여 정전실험을 수행하였으며, 혼합 시료의 경우 검정색 플라스틱이 포함된 시료를 실험에 이용하였다. 흰색 재질의 플라스틱 시료는 NIR 공정을 통하여 분리선별 후 회수된 시료를 분쇄하여 실험에 사용하였다. 정전선별 실험은 I사가 소유한 Pilot 실험장치(용량 : 200 kg/hr)를 활용하였다.
성능/효과
1. 폐소형가전 중 선풍기, 전기밥솥, 청소기, 전기히터, 비데 등 5개 품목에 대한 해체 후 물리적 성상분석결과 폐가전제품의 구성 재질은 매우 다양한 것으로 조사되었으며 특히, 플라스틱의 함량(34.99 ~ 73.71% 수준)이 전반적으로 높게 조사되었다. 특이사항으로는 압력전기밥솥의 경우 스테인레스 재질 함량이 플라스틱 다음으로 높게 나타났다.
2. 폐소형가전의 구성 물질 중 플라스틱, 철금속류, 비철금속류의 총 함량을 기준으로 대상품목에 대한 재활용 가능성을 분석한 결과 전기히터가 약 93%이상으로 매우 높게 분석되었으며, 청소기의 경우 약 50% 수준으로 낮게 나타났다. 일부 청소기의 경우 충전용 배터리로 인하여 재활용가능성이 낮은 것으로 조사되었다.
3. 폐소형가전의 경우 모든 제품에 PCB 기판을 함유하고 있어서 유용자원의 회수 측면보다 환경성 측면을 고려하여, 해체단계에서 Pb등 중금속이 함유된 부품/재질의 사전 분리가 요구된다.
폐소형가전의 경우 검정색 플라스틱의 주요 재질은 ABS, PS, PP로 구성되어 있으며, 비중(중액), 정전, NIR 선별기술을 적용하여 재질 선별을 수행하였다. 선별 실험결과 정전선별의 경우 일부 재질의 선별이 가능 함을 확인하였으나 중액선별 및 NIR 선별은 재질 선별이 제한적이거나 불가능한 것으로 조사되었다.
특이사항으로는 전기밥솥의 경우는 스테인레스 재질 함량이 22.77%로 플라스틱 다음으로 높게 나타났으며, 반면에 전기히터의 경우 구성 재질 중에는 유리·세라믹류가 포함되었으며, 청소기의 경우 배터리 함량이 24.78%로 매우 높게 분석되었다.
Table 8은 폐가전 재활용업체에서 폐소형가전으로 발생되는 플라스틱 파쇄물의 NIR 선별 전후의 검정색 플라스틱의 함량을 분석한 결과이다. 폐소형가전으로부터 발생하는 플라스틱 중 검정색 플라스틱과 컬러 플라스틱은 각각 약 38.2%와 61.8%이었으며, NIR 선별 공정을 거친 후 검정색과 컬러 플라스틱의 비율은 각각 67.3%와 32.7%로 분석되었다. 폐소형가전으로부터 발생하는 흑색 플라스틱은 NIR 선별기에서 선별회수되지 못하기 때문에 선별 후 검정색 플라스틱의 함량이 크게 증가한 것으로 조사되었다.
7%로 분석되었다. 폐소형가전으로부터 발생하는 흑색 플라스틱은 NIR 선별기에서 선별회수되지 못하기 때문에 선별 후 검정색 플라스틱의 함량이 크게 증가한 것으로 조사되었다.
Table 6은 정전선별 실험결과를 요약한 표이다. 표에서 알 수 있듯이 ABS 재질의 경우 선별 후 ABS의 품위는 95.0 ~ 97.1%로 비교적 높게 나타났으며, 회수율도 91.0% 수준으로 조사되었다. 반면에 PP재질의 경우 품위는 91.
Table 2는 폐소형가전의 해체 후 물리적 성상을 분석한 결과를 요약한 것으로, 결과치는 대상시료 3 ~ 4개를 분석한 값의 평균으로 제시하였다. 표에서 알 수 있듯이 대상 폐가전제품의 물질구성은 매우 다양한 것으로 나타났으며, 플라스틱류의 함량이 34.99% ~ 73.71%로 매우 높게 분석되었다. 특이사항으로는 전기밥솥의 경우는 스테인레스 재질 함량이 22.
본 자료는 해체파쇄 후 수작업으로 모터류, PCB 등을 제거한 후 자력, 와전류, NIR 등의 선별공정을 거쳐 회수된 재활용 가능물질의 비율을 분석하였다. 표에서 알 수 있듯이 플라스틱 비율이 약 60% 수준으로 높게 나타났으며, 플라스틱의 재질 구성 비율, 즉 ABS : PS : PP 비율은 2 : 1 : 1로 조사되었다.
후속연구
6. NIR 선별법은 플라스틱 재질을 자동으로 선별하는데 전 세계적으로 폭 넓게 응용되고 있으나 본 기술의 경우 검정색 플라스틱의 재질 인식이 불가능하여, 향후 IR/Raman 분광법 등을 적용한 새로운 자동인식/선별 기술의 개발이 이루어져야 할 것으로 사료된다.
0%로 매우 낮게 조사되었다. 본 실험결과에 의하면 ABS와 PS간의 비중차이가 크지 않아 중액선별 기술을 현장에 적용하는 데는 한계가 있을 것으로 사료된다. 특히, 물을 이용한 비중선별이나 중액 선별은 습식공정이므로 선별 후 시료의 건조 및 폐수처리 문제 등으로 본 기술의 현장적용에는 어려움이 있다.
청소기의 경우 모터류와 배터리의 비율이 높아 상대적으로 다른 품목에 비해 재활용 가능성이 낮게 조사되었다. 일반적으로 대형가전의 재활용율은 약 80% 수준에 그치고 있어서, 향후 폐소형가전으로부터 유용자원을 효율적으로 회수하기 위한 해체/파쇄/선별 기술의 개발이 이루어져야 할 것으로 사료된다. 또한, 폐소형가전의 경우 모든 제품에 PCB기판을 함유하고 있어서 해체단계에서 Pb 등 중금속이 함유된 부품/재질의 사전분리가 요망되고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
폐가전제품의 재활용 공정을 통하여 어떤 효과를 얻을 수 있는가?
생활수준의 향상으로 전기·전자제품의 보급은 증가 추세에 있으며, 그로인한 폐가전제품(Waste Electrical and Electronic Equipment, WEEE)의 발생량도 꾸준히 증가하고 있다. 폐가전제품의 재활용은 매우 중요한 과 제이며, 재활용 공정을 통하여 소각·매립 등 최종 처분 되는 폐기물의 양을 크게 저감시킬 수 있을 뿐만 아니라, 재활용이 가능한 물질/재질의 회수와 환경적으로 유해한 성분이 함유된 부품이나 유해물질을 사전에 효율적으로 제거하므로서, 환경오염 문제를 최소화시키는데 크게 기여할 수 있다.
마찰하전형 정전선별법을 통해 플라스틱을 어떻게 재질분리 하는가?
재질이 다른 두 종류의 플라스틱이 마찰을 하게 되면 이들 플라스틱은 재질별 일함수값의 차이에 따라 +와 - 로 하전되는 경향이 있으며, 하전된 입자를 높은 전류가 흐르는 전기장내로 투입하면 재질분리가 가능하다11). 이러한 선별방법을 마찰하전형 정전선별법(Triboelectrostatic) 이라고 한다.
폐소형가전의 사용되는 플라스틱의 주요재질에는 어떠한 것들이 있는가?
폐소형가전에는 다양한 재질의 플라스틱이 사용되고 있으며, 주요재질로는 ABS, PS (HIPS 등) 및 PP 등이 주를 이루고 있다. 폐소형가전의 경우 사용되는 플라스틱의 종류가 다양하기도 하며 또한, 검정색 플라스틱의 사용비율이 매우 높은 점이 특징이다.
참고문헌 (11)
Buenkens, A. and Yang, J., 2014 : Recycling of WEEE plastics : a review, J. Mate Cycles Waste Manag, 16, pp. 415-434.
Korea Environment Institute, 2010 : System technical support measures for promoting recycling scrap metal resources.
Kim J. J. 2014 : A Study on the recycling optimization through material flow analysis of household electric appliances.
Choi, W. Z. et. al., 2015 : Status and Prospects of Plastics Recycling of Used Small Household Appliances, The 13th International Symposium on East Asian Resources Recycling Technology, Proceeding pp. 592-596.
Choi W. Z. and Yoon K. D. 2012 : A Study on Physical Properties of Recyclables obtained from MSW, J. of Korea Inst. of Resources Recycling, vol. 21, no. 5, pp 72-78
Alfons Bueken and Xujiam Zhou, 2014 : Recycling plastics from automotive shredder residues, a review, J. of material Cycles and Waste Management, vol. 16, no. 3, pp. 398-414.
Joen H. S. et. al., 2006 : The Development of Electrostatic Separation Technique for Recycling of Life Circles Waste Plastic, J. of Korea Inst. of Resources Recycling, vol. 15, no. 1, pp. 22-38.
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