[논문]폐비닐의 파쇄/선별 융합 전처리 공정의 경제성 평가

서수빈; 조일호; 윤현표; 강서영; 김형우; 이시훈

doi:10.7464/ksct.2019.25.4.287

폐비닐의 파쇄/선별 융합 전처리 공정의 경제성 평가
Economic Evaluation of a Crush-screen Hybrid Pretreatment Process for Waste Vinyl 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.25 no.4, 2019년, pp.289 - 295

서수빈 (전북대학교 자원에너지공학과) , 조일호 ((주)씨아이에코텍) , 윤현표 ((주)씨아이에코텍) , 강서영 (전북대학교 자원에너지공학과) , 김형우 (전북대학교 자원에너지공학과) , 이시훈 (전북대학교 자원에너지공학과)

초록
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비닐, 플라스틱의 사용이 전 세계에서 지속적으로 증가하고 있으나, 세계 각국의 폐비닐 또는 폐플라스틱의 처리를 위한 수입이 금지됨에 따라 자국 내의 친환경적 처리 또는 이용이 요구되고 있다. 폐비닐, 폐플라스틱의 친환경적인 처리에 대한 수요가 점차 증가하고 있으나, 폐비닐에 묻어 있는 이물질로 인하여 환경친화적인 재활용 방법이 제한되고 있다. 또한 기존의 매립, 소각 방법은 2차 오염의 발생과 처리 비용의 증가를 야기시키고 있다. 따라서 폐비닐에 포함되어 있는 타재질 및 이물질의 선별 제거는 폐비닐의 고부가가치 재활용을 가능케 할 수 있다. 특히 파쇄/선별이 단일 기기에서 동시에 이루어지는 신공정은 자원 재활용을 극대화시킨다. 본 연구는 파쇄/선별 융합 공정을 통해 이루어지는 폐비닐의 분리, 열적 재활용, 물질 재활용의 기술경제성을 평가하였다. 특히 국내 환경 정책에 따른 다양한 지원금들의 변화가 미치는 영향을 고찰하였다. 재활용 인센티브의 가격과 소각에 참여하는 폐비닐의 수율에 따라서 순현재가치와 내부수익률이 크게 변동되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Though the usage of vinyls and plastics produced from fossil fuels has been increasing in the world, the eco-friendly domestic disposal or recycling of waste vinyls has to be executed because the migration or importation of waste vinyls or waste plastics are globally prohibited. Even though the eco-friendly domestic disposal or recycling of waste vinyls and waste plastics should be developed, promising eco-friendly recycling methods are few because there are extraneous substances in waste vinyls and waste plastics. Also, conventional incineration and landfill methods result in secondary contamination and then increase disposal costs. Therefore, the selective elimination of extraneous substances or other materials included in waste vinyls and waste plastics could make valuable recycling or reuse possible. In particular, the novel hybrid process in which crushing and screening are simultaneously conducted in a rotary kiln type reactor can domestically maximize the material recycling or reuse. In this study, the feasibility study for a crushing/screening hybrid process developed in Korea was performed and evaluated in case of thermal recycling (TR) and material recycling (MR). The effect of various subsidies on economic efficiency was especially evaluated by means of domestic recycling plans. The incentive revenues from waste vinyl recycling and the incineration share of waste vinyls affected the net present values and internal rate of returns of the hybrid process.

주제어

표/그림 (10)

그림 Figure 1. Conceptual design of crushing/screening hybrid pretreatment facility.
그림 Figure 2. Mass balance of waste vinyl.
표 Table 1. Basic recovery selection subsidy
표 Table 2. Incentives based on composite material recovery sorting grade
그림 Figure 3. Effect of the treatment incentives of waste vinyl on IRR.
그림 Figure 5. Effect of selection ratios of the hybrid process on NPV.
그림 Figure 4. Effect of the treatment incentives of waste vinyl on NPV.
표 Table 3. Proximate Analysis and Ultimate analysis result of waste vinyl
그림 Figure 6. Effect of MR ratios of the hybrid process on IRR.
그림 Figure 7. Effect of MR ratios of the hybrid process on NPV.

AI 본문요약
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문제 정의

새로운 기술 개발 사업에 이용되는 경제성 평가 기법인 IRR 및 NPV는 미래의 불확실한 수입과 지출을 현재의 가격으로 할인하는 방법을 이용하고 있다. 따라서 수입 및 비용과 관련된 다양한 인자들의 변화에 따른 NPV 및 IRR의 변화를 고찰하는 민감도 분석을 수행함으로서 미래의 환경변화에 따른 개발 사업의 경제성 변화를 예측하도록 하였다. 민감도 분석은 다른 조건이 일정한 경우에 분석하고자 하는 조건이 변화하였을 때 경제성 분석 변화를 민감한 정도를 보는 것이다[1-3].
폐비닐의 물질 및 열 재활용의 확산을 위하여 개발된 공정의 경제성을 평가하는 것은 매우 중요하다. 이에 본 연구에서는 폐비닐의 전처리에 이용될 파쇄/선별 융합 전처리 시설의 경제성을 분석하였다. 특히 경제성에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 다양한 정책들 및 처리 비용의 변화가 폐비닐 전처리 공정에 미치는 경제적인 효과를 분석함으로써 새롭게 개발되는 공정의 경제적인 확대를 위한 정책의 나아갈 방향을 제시하였다.
국내에서 발생되어 처리되지 않고 버려지는 폐비닐의 환경친화적 이용 확대는 필연적으로 폐비닐의 전처리를 필요로한다. 이의 확대를 위하여 본 연구에서는 폐비닐의 물질 및 열적 재활용을 위한 하루당 200톤 규모의 파쇄/선별 융합 전처리 공정에 대한 기술 경제성을 평가하였다. 현재 시행되고 있는 재활용 인센티브에 따라 톤당 70,000원을 받으면 IRR이 23% 이상을 유지하게 되어 새로운 공정 개발이 경제성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다.
이에 본 연구에서는 폐비닐의 전처리에 이용될 파쇄/선별 융합 전처리 시설의 경제성을 분석하였다. 특히 경제성에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 다양한 정책들 및 처리 비용의 변화가 폐비닐 전처리 공정에 미치는 경제적인 효과를 분석함으로써 새롭게 개발되는 공정의 경제적인 확대를 위한 정책의 나아갈 방향을 제시하였다. 또한 파쇄/선별 융합 전처리 공정의 조건별 운전에 따른 민감도 분석을 통해서 선별 효율, 물질 재활용 및 열적 재활용이 전체 전처리 공정 운전에 미치는 영향도 고찰하였다.
폐비닐의 파쇄/선별 융합 전처리 공정의 경제성을 평가하기 위하여 본 연구에서는 국내에서 지속가능하게 공급 가능한 200톤/일 규모의 공장을 고려하여 진행하였다. 이미 10톤/일 규모의 파일럿 설비가 설치 운전되고 있기에 이 설비에서 나온 원료 폐비닐, 재활용급의 폐비닐, 소각재로 처리되는 이물질들을 분석하여 Table 3에 나타내었다.

가설 설정

-각 플랜트는 신규건설을 가정하였다.
-감가상각비는 15년 균등분할상환으로 가정하였다.
-운전 및 유지비용은 1차년도를 기준으로 전체 운전 기간에 동일하게 적용하였다.
-토지구입비용 및 주민 보상비는 없다고 가정하였다.
-파쇄/선별 융합 공정의 투자비는 15억원으로 가정하였다.
-파쇄/선별 융합 전처리 공정의 운전 효율은 기업체에서 제시한 50%를 기준으로 하였으며 MR과 TR 재활용의 비는 3:7로 가정하였다.
국내에서 지속가능하게 공급 가능한 전처리 공정 규모는 200톤/일로 가정하였으며 매월 20일의 운전을 가정하여 연간 48,000톤을 처리하는 규모로 본 연구의 대상 공정을 선정하였다. 10톤/일 규모의 pilot 규모의 공정 운전 결과에 기초하여 주입된 폐비닐들이 전처리되어 50%는 재활용 폐비닐로 이송되고 50%는 소각로로 운반되어 소각처리 된다.

제안 방법

-Table 2와 같이 복합재질 회수선별 등급제가 사용되고 있으며 A등급(톤당 90,000원), C등급(톤당 70,000원), E 등급(톤당 50,000원)에 따른 경제성을 평가하였다.
초기 투자비는 설비를 건설하고 공정이 될 때까지 소요되는 모든 지출을 의미하고 설비를 한 번에 건설한다고 가정할 때 소요되는 비용이며 운용비용은 원료구입비 및 촉매 등 공정에 필요한 비용과 변동비, 인건비 및 세일즈, 마케팅 비용 등으로 계산한다. 더불어 제품 생산에 따른 매출액과 순이익의 분석을 통하여 경제성 분석이 진행된다. 하지만 이러한 비용은 기업의 핵심 정보이므로 실제 확보하기는 어려움이 있어 동일한 기술을 사용하는 기존의 공장에서의 알려진 비용을 사용하였다.
특히 경제성에 직접적으로 영향을 미칠 수 있는 다양한 정책들 및 처리 비용의 변화가 폐비닐 전처리 공정에 미치는 경제적인 효과를 분석함으로써 새롭게 개발되는 공정의 경제적인 확대를 위한 정책의 나아갈 방향을 제시하였다. 또한 파쇄/선별 융합 전처리 공정의 조건별 운전에 따른 민감도 분석을 통해서 선별 효율, 물질 재활용 및 열적 재활용이 전체 전처리 공정 운전에 미치는 영향도 고찰하였다.
-폐비닐의 비용은 고려하지 않았으나 운반비는 물질들마다 다르게 고려하였다. 원료 물질인 폐비닐과 소각시설로 운반되는 비재활용 물질들은 톤당 20,000원으로 고려하였으며, MR 재활용은 MR 재활용 업체가 운반비를 지불하고 TR 재활용의 운반비는 톤당 15,000원으로 하였다.
폐비닐의 파쇄/선별 융합 전처리 공정에서 폐비닐의 재활용 가능 폐비닐 수율에 따른 경제성 변화를 검토하기 위하여 선별 효율에 따른 NPV 변화를 Figure 5에 나타내었다. 융합전처리 공정에서 재활용 폐비닐 수율만 변경하였으며 물질 재활용율은 0.3으로 고정하였다. 그림에서 보면 기본 수율인 0.
파쇄/선별 융합 전처리 공정을 새롭게 건설하게 되면 투자비, 운용비용, 건설비용, 폐비닐 운반비용, 소각 비용 등의 비용과 폐비닐 처리, 열적 재활용, 물질 재활용 등에 따른 수입이 발생된다. 이를 이용하여 경제성 분석을 진행하였고 경제성 분석에는 NPV, IRR을 이용하였으며, 민감도 분석은 재활용 인센티브, 폐비닐 선별 비율, 물질 재활용 비율 등에 따른 NPV, IRR의 영향을 고찰하였다. 공정의 제조 비용은 기업에서 제공한 자료를 이용하였으며 공정의 규모가 다른 경우에 일반적으로 적용되는 규모 인자를 적용하였다.
IRR은 투자에 쓰이는 현재가치와 투자로부터 얻는 기대수익의 현재가치가 동일하게 되는 할인율이다. 즉 미래의 현금 수입액이 현재의 투자가치와 동일하게 되는 수익률로서 NPV에 의해서 계산되는 결과값을 이용하여 계산한다. NPV와 마찬가지로 IRR도 투자사업의 수익성을 평가하는 기본지표로서 IRR이 현재의 이자율보다 높으면 투자 가치가 있는 것으로 평가된다.
폐비닐의 비용경제적 재활용을 위하여 파쇄/선별이 하나의 설비에서 구현되는 융합 전처리 설비를 경제성 평가를 위한 공정으로 선정하였다. Figure 1은 파쇄/선별 융합 전처리 공정의 운전 개념을 형상화한 것이다.

대상 데이터

이를 이용하여 경제성 분석을 진행하였고 경제성 분석에는 NPV, IRR을 이용하였으며, 민감도 분석은 재활용 인센티브, 폐비닐 선별 비율, 물질 재활용 비율 등에 따른 NPV, IRR의 영향을 고찰하였다. 공정의 제조 비용은 기업에서 제공한 자료를 이용하였으며 공정의 규모가 다른 경우에 일반적으로 적용되는 규모 인자를 적용하였다. 일반적으로 특정 공정에 자료가 부족한 경우에 0.
6의 인자를 적용하기에 비슷하게 적용하였다. 그러나 실제로 1년 안에 설계부터 건설이 완료되기에 기업에서 제공받은 자료를 공정 운전이 시작되는 2020년 가격으로 계상하여 이용하였다. 특히 장치비를 비롯한 공정 운전과 관련된 자료는 기업으로부터 획득하였다[14].

이론/모형

하지만 NPV법은 할인율로 사용되는 자본비용의 정확한 계산이 어렵다는 단점이 있다. 이를 보완하기 위하여 내부수익률법(internal rate of return, IRR)을 사용하였다[1-3].

성능/효과

이에 비해 E 등급을 받게 된다면 IRR이 –값을 가지는 것을 통해 투자대비 이윤이 발생하지 않음을 알 수 있다. 15년의 가동 기간에서 얻을 수 있는 순이익으로 대체할 수 있는 NPV값은 C등급에서 20억원, A등급은 50억원에 달해 15억의 투자로 2배 이상의 수익을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 그러나 E등급을 받게 된다면 –12억의 투자 손실이 발생하게 되어 원금 손실이 발생함을 확인할 수 있다.
2 이상을 유지해야만 전체 공정이 수익을 발생할 수 있다. 그러나 MR 재활용 비율 0.1의 증가로 얻어지는 수익은 대략 10억원수준으로 나타나 재활용 가능 폐비닐 수율 변화로 얻어지는 경제성보다는 작은 것으로 나타났다. 따라서 폐비닐의 파쇄/선별 융합 전처리 공정의 경제성을 극대화하기 위하여 재활용 인센티브를 높게 유지하고 소각 처리되는 폐비닐의 양을 최소화해야 한다.
4의 수율을 얻으면 거의 100억에 가까운 손실이 발생함을 확인할 수 있다. 그러나 재활용율이 0.5에서 0.6, 0.7로 상승한다면 NPV값이 100억원을 초과하여 8배에서 거의 16배의 수익을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다. 폐비닐의 처리를 위하여 톤당 90,000원을 받지만 재활용을 통해 얻어지는 회수선별 지원금과 재활용 등급에 따른 인센티브들이 전처리 공정의 경제성에 큰 영향을 끼침을 알 수 있다.
현재 시행되고 있는 재활용 인센티브에 따라 톤당 70,000원을 받으면 IRR이 23% 이상을 유지하게 되어 새로운 공정 개발이 경제성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 소각으로 처리되는 폐비닐 양에 따라서 경제성이 큰 폭으로 변하게 됨을 확인하였다. 또한 물질 재활용의 증가도 경제성을 향상시킨다.
1%로 나타나 현재 3-5%의 할인율에 비하면 매우 경제적임을 확인할 수 있다. 처리된 폐비닐이 A등급의 고품질을 가진다면 IRR은 거의 45%에 도달해 높은 품질로의 전처리가 경제성에 큰 영향을 끼치는 것을 확인하였다. 이에 비해 E 등급을 받게 된다면 IRR이 –값을 가지는 것을 통해 투자대비 이윤이 발생하지 않음을 알 수 있다.
표에서 보듯이 처리되지 않은 폐비닐에서 연소 처리되지 않은 다양한 이물질들을 제거함으로써 발열량은 30% 이상 향상되고 회재가 거의 포함되지 않는 재활용 가능한 폐비닐로의 전처리가 가능함을 확인할 수 있다. 특히 폐비닐에 묻어 있는 염소 성분이 이물질로 많이 전이됨을 확인할 수 있다.
이미 10톤/일 규모의 파일럿 설비가 설치 운전되고 있기에 이 설비에서 나온 원료 폐비닐, 재활용급의 폐비닐, 소각재로 처리되는 이물질들을 분석하여 Table 3에 나타내었다. 표에서 보듯이 처리되지 않은 폐비닐에서 연소 처리되지 않은 다양한 이물질들을 제거함으로써 발열량은 30% 이상 향상되고 회재가 거의 포함되지 않는 재활용 가능한 폐비닐로의 전처리가 가능함을 확인할 수 있다. 특히 폐비닐에 묻어 있는 염소 성분이 이물질로 많이 전이됨을 확인할 수 있다.
이의 확대를 위하여 본 연구에서는 폐비닐의 물질 및 열적 재활용을 위한 하루당 200톤 규모의 파쇄/선별 융합 전처리 공정에 대한 기술 경제성을 평가하였다. 현재 시행되고 있는 재활용 인센티브에 따라 톤당 70,000원을 받으면 IRR이 23% 이상을 유지하게 되어 새로운 공정 개발이 경제성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 소각으로 처리되는 폐비닐 양에 따라서 경제성이 큰 폭으로 변하게 됨을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	파쇄/선별 융합 전처리 공정을 새롭게 건설하게 되면 무엇에 따른 수입이 발생하는가?	파쇄/선별 융합 전처리 공정을 새롭게 건설하게 되면 투자비, 운용비용, 건설비용, 폐비닐 운반비용, 소각 비용 등의 비용과 폐비닐 처리, 열적 재활용, 물질 재활용 등에 따른 수입이 발생된다. 이를 이용하여 경제성 분석을 진행하였고 경제성 분석에는 NPV, IRR을 이용하였으며, 민감도 분석은 재활용 인센티브, 폐비닐 선별 비율, 물질 재활용 비율 등에 따른 NPV, IRR의 영향을 고찰하였다.
	폐비닐의 전처리 공정에서 70,000원 이상의 재활용 인센티브, 0.5이상의 재활용 회수율, 0.3 이상의 물질 재활용이 유지된다면 경제적으로 처리할 수 있을 것이라 예상되는 이유는?	국내에서 발생되어 처리되지 않고 버려지는 폐비닐의 환경친화적 이용 확대는 필연적으로 폐비닐의 전처리를 필요로한다. 이의 확대를 위하여 본 연구에서는 폐비닐의 물질 및 열적 재활용을 위한 하루당 200톤 규모의 파쇄/선별 융합 전처리 공정에 대한 기술 경제성을 평가하였다. 현재 시행되고 있는 재활용 인센티브에 따라 톤당 70,000원을 받으면 IRR이 23% 이상을 유지하게 되어 새로운 공정 개발이 경제성을 확보할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 소각으로 처리되는 폐비닐 양에 따라서 경제성이 큰 폭으로 변하게 됨을 확인하였다. 또한 물질 재활용의 증가도 경제성을 향상시킨다. 따라서 폐비닐의 전처리 공정은 70,000원 이상의 재활용 인센티브, 0.
	탄화수소 물질들로부터 얻어지는 플라스틱류 및 비닐류는 무엇으로 인식되고 있는가?	탄화수소 물질들로부터 얻어지는 플라스틱류 및 비닐류는 화석연료 자원들처럼 이용될 수 있기에 이미 많은 국가들에서 재생에너지 자원으로 인식되고 있다. 이에 따라 많은 국가들에서 폐플라스틱 및 폐비닐의 재활용 또는 재이용이 정책적으로 장려되어 왔다[7].

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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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