[논문]건설폐기물 재활용 2차 제품에 대한 확률모델 기반 비용분석

권기현; 김도겸; 이호재; 서은아

doi:10.14190/jrcr.2020.8.2.227

초록
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본 연구에서는 토목건설 분야에서 활용 가능한 폐기물 재활용 2차 제품 후보군 각각에 대한 비용분석 결과를 제시하였다. 각각의 비용 항목에 내재된 불확실성을 고려하여 확률모델 기반 비용 분석을 수행하였으며, 2차 제품 제작에 의해 발생하는 이익 비용을 제시하였다. 폐기물 재활용 시 각각의 공정별 투입 비용 발생은 불가피하며, 이는 2차 제품 대상 후보군별로 달라지는데 제품별 실용화에서 경제성 확보를 위해서는 제품 품질향상 뿐만 아니라 투입 비용의 정확한 산정이 요구된다. 본 연구에서는 폐기물 재활용에 따른 비용분석을 통해 제품별 발생 가능한 이익과 이익발생 확률 산정법을 제시하였다. 재활용 비용분석 항목으로 폐기물 분류 비용, 재활용 처리시설로의 운반비용, 재활용 제품생산비용 등을 고려하였으며, 또한 재활용 제품생산에 따른 이익분석을 위해 폐기물이 재활용 되지 못하고 폐기될 경우와 재활용될 경우를 서로 비교하여 그 차이를 이익으로 환산하여 추정하였다. 건설폐기물 매립지까지 거리가 늘어날수록 재활용에 따른 이익발생이 증가하였고 재활용 시설까지의 거리는 이익발생에 영향을 주었으며, 또한 재활용 제품 선정, 재활용 처리시설의 최적위치 결정, 목표가격 결정 등에 유용하게 활용할 수 있음을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Under consideration of construction waste recycling, candidate secondary products applicable for the civil and construction areas can be reliably employed based on the recycling cost analysis. For the validation purpose, probability-based cost analyses were performed to estimate recycling cost profi...

Under consideration of construction waste recycling, candidate secondary products applicable for the civil and construction areas can be reliably employed based on the recycling cost analysis. For the validation purpose, probability-based cost analyses were performed to estimate recycling cost profit considering uncertainties. When recycling construction wastes, the costs at each stage are fully dependent on target products to be adopted. To achieve commercialization of each product, its quality has to be improved with economic efficiency through accurate evaluation of input costs. Based on the probabilistic recycling cost analysis, the cost benefit for target products was estimated with waste classification cost, transportation cost to recycling treatment facilities and production cost. All necessary information on the cost analysis were collected from literature, disclosure, and existing recycling companies. In addition, a cost difference between recycled and non-recycled events was made. As a result, a probability-based recycling cost estimate for candidate secondary products was herein presented.

주제어

표/그림 (12)

표 Table 1. Loading and transportation costs of construction wastes
표 Table 2. Waste landfill import fees in metropolitan area
표 Table 3. Unit price for intermediate treatment in individual discharge areas of construction waste
그림 Fig. 1. Deterministic cost-benefit according to the distance factor to recycling facility for a given d_F
표 Table 4. Constant cost
표 Table 5. Variable cost
표 Table 6. Probabilistic variables for Cost-benefit(C_BEN)
표 Table 7. Probabilistic variables of Triangular PDF
그림 Fig. 2. Probabilistic relationship between distance to recycling facility and cost-benefit for d_F = 50km
그림 Fig. 3. Cost-benefit probability for recycling candidates
그림 Fig. 4. Cost-benefit probability of light-weight floating material for given target values
표 Table 8. Target ratio (r_target) to sale price of recycling light-weight floating material

AI 본문요약
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문제 정의

재활용 비용분석에 서는 건설폐기물 분류 비용, 재활용처리시설 운반비용, 재활용제품 생산 비용 등이 포함되며 단위 비용 정보는 문헌, 공시, 업체 자료 등을 통해 수집하였다. 결정론적 방법뿐만 아니라, 비용 항목별 내재된 불확실성을 고려하여 확률기반의 비용 분석을 수행하고 폐기물 재활용 2차 제품 제작 시 발생되는 비용-이익을 제시하고자 한다. 재활용 제품생산에 따른 이익분석은 건설폐기물이 재활 용되지 못하고 매립 등 폐기되는 경우와 재활용되는 경우를 서로 비교하여 그 차이를 이익으로 환산하여 추정한다.
본 연구에서는 건설폐기물의 재활용에 따른 비용-이익분석 기법을 제시하였다. 폐기물 재활용 2차 제품 후보군으로 토목건축분야에서 활용 가능한 도로기층용 콘크리트, 도로포장용 아스팔트, 건축벽돌, 건축패널, 경량부유체 5가지를 대상으로 선정하여 비용 -이익 분석을 수행하였으며, 세부 도출 내용은 다음과 같다.
재활용 제품생산에 따른 이익분석은 건설폐기물이 재활 용되지 못하고 매립 등 폐기되는 경우와 재활용되는 경우를 서로 비교하여 그 차이를 이익으로 환산하여 추정한다. 이를 토대로 매립지까지의 운반거리와 재활용 시설까지의 운반거리에 따른 비용 이익을 제시하고자 한다
이에 본 절에서는 재활용 경량부유체의 경제성 확보 여부를 좀 더 명확히 검토하기 위해 이익발생 확률(P(CBEN >0)=0.9, 0.95, 0.99)에 따른 목표설정비율을 조사하 였다.

가설 설정

Table 6의 확률변수는 조사된 값의 샘플수가 충분치 않아 일반적 오차를 고려하여 모두 변동계수 0.2를 가지는 정규분포함수로 가정하였다. 실제적으로 확률변수 각각의 변동계수는 상이할 수있기 때문에 신뢰성 향상을 위해 추가적인 자료 수집 또는 분석이 요구된다.
생산단가 C_PR이 증가할수록 판매단가 C_L이 증가하기 때문에 C_PR과 C_SL은 다음의 선형 또는 비선형 관계로 가정할 수 있다. 본 연구에서는 C_PR과 C_SL은 선형비례관계를 갖는 것으로 고려하였다.
일반적으로 건설자재의 제품 생산비용을 정확히 산정하는 것은 어려우므로 제품 판매단가를 통해 추정한다. 생산단가 C_PR이 증가할수록 판매단가 C_L이 증가하기 때문에 C_PR과 C_SL은 다음의 선형 또는 비선형 관계로 가정할 수 있다. 본 연구에서는 C_PR과 C_SL은 선형비례관계를 갖는 것으로 고려하였다.

제안 방법

· 따라서 3절에서는 비용에 대한 불확실성을 고려하는 확률론적 기법을 적용하여 재활용 비용-이익 분석을 수행하고자 함.
건설폐기물 매립지까지의 거리 d_F= 50km, 100km 각각에 대하 여, Tables 4와 5에서 제시된 비용을 적용하고 재활용 시설까지의 운반거리 d_C를 변수로 하여 C_BEN을 추정하였다. 재활용 2차 제품별 비용이익은 Figs.
85로 가정하여 계산한 값이다. 또한 경량부유체는 건설폐기물을 재활용하는 사례가 거의 없어 일반 플라스틱 부유체 가격을 적용 하였다.
본 연구에서는 건설폐기물 재활용 2차 제품으로 콘크리트(도로기층용), 아스팔트콘크리트(도로포장용), 건축용 벽돌, 건축용 패널, 경량콘크리트 부유체를 고려하고, 이들 각각에 대한 비용이익 분석을 수행하였다. 앞서 제시한 바와 같이, 일반비용 C_TLF, C_TLC, C_DS는 Table 4에서 제시되며 제품별 변수항목인 _SL, C_S, r_SL은 Table 5에 나타내었다.
(2020)은 건축물 구조에 따라 폐기단계에서의 투입 비용이 영향을 받을 수 있다는 연구를 수행하였다. 본연구에서는 토목건설분야에서 활용 가능한 도로기층용 재생 콘크 리트, 도로포장용 재생 아스팔트, 재활용 건축벽돌, 재활용 건축패 널, 경량부유체 5가지를 재활용 2차 제품으로 선정하고, 이들 각각에 대하여 결정론적 방법과 확률론적 방법으로 상세 비용분석을 수행하였다. 이러한 비용-이익 분석결과는 2차 제품 후보군의 경제성 평가에서 유용하게 사용될 수 있다.

대상 데이터

대상폐기물인 건설폐기물의 매립 시 처리비용 C_M은 수집비용 (C_CL)과 수집된 건설폐기물 분류를 위한 중간작업 비용(C_ST)비용으로 구성되며 다음과 같다.
건설폐기물 운반비용은 지역별로 상이할 수 있지만 운반대상물 종류, 운반차량 종류와 운반거리에 따라 영향을 받는다. 본 연구에 서는 Korea Institute of Applied Statistics(2019)에 근거하여 운반 비용은 운반거리가 30km 이하인 경우 일정하고, 30km이상인 경우 거리에 따라 비례하여 증가하는 것으로 고려하였다(Table 1 참조). 이를 반영하여, 식 2와 3에서의 C_TLF와 C_TLC는 각각 다음과같이 표현된다.
매립처분 비용(C LF )에 포함된 매립비용(C DS )은 건설폐기물의 매립 시 소요되는 경비로 매립지 조성과 운영 상황에 따라 정해진다. 본 연구에서는 수도권매립지 폐기물 반입수수료 고지(Sudokwon landfill site management corporation 2018)에 근거하였으며, 매립비용은 Table 2와 같다. 건설폐기물의 경우 식 2에서 C DS 를 99,893(원/ton)으로 적용한다.
일반적으로 건설폐기물 등의 재활용 과정은 건축구조물 철거와 해체, 이를 재활용 자원으로 처리하는 중간처리단계와 최종 재활용 제품으로 제작하는 단계로 구분되어 있다. 재활용 비용분석에 서는 건설폐기물 분류 비용, 재활용처리시설 운반비용, 재활용제품 생산 비용 등이 포함되며 단위 비용 정보는 문헌, 공시, 업체 자료 등을 통해 수집하였다. 결정론적 방법뿐만 아니라, 비용 항목별 내재된 불확실성을 고려하여 확률기반의 비용 분석을 수행하고 폐기물 재활용 2차 제품 제작 시 발생되는 비용-이익을 제시하고자 한다.
본 연구에서는 건설폐기물의 재활용에 따른 비용-이익분석 기법을 제시하였다. 폐기물 재활용 2차 제품 후보군으로 토목건축분야에서 활용 가능한 도로기층용 콘크리트, 도로포장용 아스팔트, 건축벽돌, 건축패널, 경량부유체 5가지를 대상으로 선정하여 비용 -이익 분석을 수행하였으며, 세부 도출 내용은 다음과 같다.

이론/모형

Table 7에서는 조사된 값의 범위가 명확한 경우로 최대값과 최소값을 각각 상ㆍ하한값으로 하는 삼각분포함수로 적용하였다. Tables 6과 7에 제공된 확률변수를 Monte Carlo Simulation(MCS) 기법을 활용하여 100,000 샘플을 생성한 후, 비용-이익(C_BEN)을 Fig. 2에 도식화하였다. Fig.
)은 배출지에서 해체작업후 1차 중간작업을 의미하며, 이후 재활용 시설로 운반된다. 따라서 폐기물 중간작업 비용은 대상폐기물의 주요구성 요소(폐콘크리 트, 폐아스팔트 등)에 따라 구분되며, 본 연구에서는 Korea Institute of Applied Statistics(2019)에서 제시한 단가를 사용하였 다(Table 3 참조).

성능/효과

3에 나타내었다. 예상한 바와 같이, 재활용 시설까 지의 거리 d_C가 증가할수록 이익발생 확률은 감소하며, 건설폐기물 매립지까지 거리 d_F가 증가할수록 재활용으로 인한 이익발생 확률이 높아짐을 알 수 있다.
이는 기존의 rSL ㆍCSL이 1.35배 증가해야 이익발생확률 P(CBEN ≥ 0)가 90% 된다는 것을 의미한다.

후속연구

2를 가지는 정규분포함수로 가정하였다. 실제적으로 확률변수 각각의 변동계수는 상이할 수있기 때문에 신뢰성 향상을 위해 추가적인 자료 수집 또는 분석이 요구된다. Table 7에서는 조사된 값의 범위가 명확한 경우로 최대값과 최소값을 각각 상ㆍ하한값으로 하는 삼각분포함수로 적용하였다.
앞서 소개한 재활용 2차 제품 중에서 경량 콘크리트 부유체는 기존 플라스틱 소재의 대체재로서 해상 및 수상 태양광 패널 거치 대로 그 활용성이 긍정적으로 기대된다. 그러나, Fig.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐기물 재활용 2차 제품 후보군중 5대 토목건축분야는 무엇인가?	본 연구에서는 건설폐기물의 재활용에 따른 비용-이익분석 기법을 제시하였다. 폐기물 재활용 2차 제품 후보군으로 토목건축분야에서 활용 가능한 도로기층용 콘크리트, 도로포장용 아스팔트, 건축벽돌, 건축패널, 경량부유체 5가지를 대상으로 선정하여 비용 -이익 분석을 수행하였으며, 세부 도출 내용은 다음과 같다.
	차 건설폐기물 재활용 기본계획 수립는 수립부서는 어디인가?	지난 수십 년 동안 우리나라의 경제발전은 사회기반시설의 광범위한 확충을 이끌어 왔는데, 최근 수명이 종료된 사회기반시설의 해체ㆍ철거가 증가함에 따라 많은 양의 건설폐기물이 발생하고 있다. 심각한 국토훼손 및 환경문제를 야기하는 매립 또는 소각 방식이 아닌 재활용 처리 방안 마련을 위해 환경부는 2007년부터 ‘제1~3차 건설폐기물 재활용 기본계획 수립을 위한 연구’를 통해 재활용 촉진 기반 및 자원순환 인프라 구축 방안을 제시하였으며, 궁극적으로 건축물 신축단계에서 해체공정까지 고려하는 건축시 스템 적용으로 폐기물 최소화 또는 제로화하는 ‘건설폐기물 자원 순환의 선진화 진입’을 목표로 하고 있다(Korean Recycled Construction Resources Institute 2016). 그러나 여전히 기존 구조물 해체로부터 다량의 건설폐기물이 발생하고 있는 현상황에서는 이에 대한 재활용 적정기술 연구개발과 친환경적ㆍ경제적인 재활용 방안 마련이 우선시 된다(Kim and Kang 2016).
	재활용 2차 제품에 건설폐기물의 재활용에 따른 비용-이익분석 기법을 활용해 나온 재활용 2차 제품에 대한 비용분석 결과로 활용 가능한 분야는?	· 재활용 2차 제품에 대한 비용분석 결과는 재활용 처리시설의 최적위치 결정, 재활용 제품 결정, 목표가격 결정 등에 활용할수 있다.

참고문헌 (8)

Cha, G.W., Kim, J.H., Moon, H.J., Kim, Y.C., Hong, W.H. (2020). A study on estimating recycling potential of demolition waste generated in end-of-life of building s by structural type considering economic efficiency, Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction, 36(4), 153-161 [in Korean].
Joh, H.J., Koh, K.H., Hwang, Y.W. (2007). Environmental and economic analysis for building demolition debris treatment, Korean Society of Environmental Engineers, 2007(12), 1602-1609 [in Korean].
Kim, J.M., Kang, S.P. (2016). Recycling Technology Trend of Construction Waste, Konetic Report, Korea Environmental Industry Technology Institute [in Korean].
Korea Institute of Applied Statistics (2019). The Monthly Prices of Commodities [in Korean].
Korean Recycled Construction Resources Institute (2016). The 3rd Study on Recycling Planning and Establishment of Construction Waste, Final Report, Ministry of Environment [in Korean].
Liu, J., Wang, Y. (2013). Cost analysis of construction and demolition waste management: Case study of the pearl river delta of China, The Open Construction and Building Technology Journal, 7, 251-263.

상세보기
Sobotka, A., Sagan, J. (2016). Cost-saving environmental activities on construction site-cost efficiency of waste management: Case study, Procedia Engineering, Elsevier, 161, 388-393.

상세보기
Sudokwon Landfill Site Management Corporation (2018). Notice of Waste Import Fees for Domestic Landfills [in Korean].

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