스크랩 프라스틱의 재활용

[인생은승부다]

1.프라스틱의 재활용
	프라스틱 재활용은 구미에서는 물질의 리재활용인 머티리얼 재활용을 중심으로 생각하고, 연료로서의 고형 연료화나 열에너지 이용은 에너지 회수에서 제외하고 있다. 구미의 프라스틱 재활용은 기계적, 열적으로 처리하여 물질을 바꾸지 않고서 회수하는 방법을 메커니컬(mechanical) 재활용이나 폴리머(polymer) 재활용이라고 부른다. 원료를 분해하여 회수하는 방법을 케미컬(chemical) 재활용, 모노머 재활용 또는 피드스톡 재활용이라고 부르고 있다.  일본에서는 머티리얼 재활용이 적기 때문에 연료화 및 소각에 의한 에너지 회수도 서멀(thermal) 재활용으로서 프라스틱 재활용에 포함시키기 때문에 프라스틱 재활용율의 값은 일본과 유럽의 통계치에는 주의할 필요가 있다. 프라스틱 생산량의 약 2분의 1이 폐프라스틱으로서 배출되고 있다. 일본의 1997년 플라스틱 생산량은 1,521만톤이고 배출량은 약 60%인 약 950만톤이다. 폐프라스틱의 일반 폐기물과 산업 폐기물은 거의 동량인 약 475만톤이 배출되어 각각 처리되고 있다.  구미 프라스틱 재활용의 견해는 머티리얼 재활용이기 때문에 일본의 프라스틱 재활용은 대부분이 산업 폐기물의 113만톤으로 12%에 불과하다. 산업 폐기물에서는 주로, 생산가공 손실은 불량 제품을 수집함으로써 동일 프라스틱을 모아 이용하기 쉽기 때문에 이들을 용융하고 재이용하기 쉽다. 일본에서는 프라스틱 재활용을 에너지 회수를 포함하기 때문에 이들까지 포함해 42%가 된다. 즉, 에너지 회수가 30%이다. 증기나 온수의 이용이 포함된다. 일본에서는 폐프라스틱을 전혀 이용하지 않은 것이 58%이고 그 중, 단순히 소각하는 것이 24%, 매립이 34%이다.     일반 폐기물에서 재생 이용 머티리얼 재활용은 불과 5만톤 (0.5%)에 불과하다. 따라서 일본에서는 가정에서 배출하는 프라스틱에 관해서는 거의 재활용되고 있다고 할 수만은 없는 상황이다. 일반 폐기물은 거의 연소해서 발전에 의해 전기 에너지로서 또 다시, 온수를 난방이나 입욕 등에 이용하는 일이 대부분으로 되어 있다.  폐프라스틱을 직접 연소하는 것 이외에 가장 주목되는 것은, 1997년에는 5만톤(0.5%)에 불과했던 고형 연료화이다. 그 밖에도 유화, 가스화, 용광로용 환원제, 시멘트 소성로(화로)에 투입, 에코시멘트 등이 있다. 이들에 관해서도 간단히 설명한다.    용기 포장 재활용법에서는 2000년 4월까지는 유리병 및 페트병이 재활용 대상으로 되어 있다. 2000년 4월 이후에는 더욱이 페트 이외의 모든 용기 포장의 플라스틱, 종이팩이나 골판지 이외의 모든 종이 제품이 재활용 대상이다. 즉, 2000년 4월 이후에는 용기 포장용 플라스틱 및 종이 제품 모든 제품에 관해서 재활용 대상이 된다.  통산성에서는 프라스틱 용기나 발포 스티렌(styrene) 트레이를 다음과 같은 5품목을 중점항목으로 생각하고 있다.   프라스틱 원재료화  유화  가스화  용광로 환원  코크스로 화학 원료화  독일에서는 플라스틱 재활용은, 우선 머티리얼 재활용을 생각하고 머티리얼 재활용율을 높이기 위해 노력하고 있다. 그러나 일본에서는 실제로 거의 서멀 재활용으로 되어 있다.

 2. 재생 플라스틱의 사용용도 (원료별)

원 료	사 용 범 위
LDPE	함지박, 정화조, 화분, 완구류
HDPE	합성수지 깔판, 하수관, 석유통, 화공약품통, 포장끈, 파이프, 호스, 로프, 물받이, 세면대야, 책상서랍, 가방부품, 모자창
PP	육모상자, 포장끈, 화분, 휴지통, 돗자리, 플라스틱, 빗자루, 가방부품, 문구류, 쓰레받이, 완구류
HIPS	가전제품 케이스, 각종상자, 전자부품, 집기류
ABS	가전제품, 내부부속품, 전화기, 약상자, 집기류
GPPS, EPS	전자제품, 단열재, 각종 건축자재, 스티로폴, 포장용기
PVC	PVC파이프, 물받이, 굴뚝, PVC장판, 각종 레저제품, 건축자재, 이음관, 엘보우, 호스, 자동차 부품
폴리에스테르	봉제완구 속자재(솜), 의류부속품, 포장용기
폴리카보네이트	자동차부품, 전자제품
나이론	합성수지 박클, 가방고리, 혁띠고리, 의류용 단추, 전자부품 완구류
PMMA	아크릴판, 수족관, 사진액자, 각종 광고기획품, 문자계기품, 아크릴로모노마 (액상원료)

 

	3. 서멀 재활용 (Thermal Recycle)
	프라스틱의 유효 이용은 42%이고 재이용은 12%이기 때문에 30%가 서멀 재활용이 된다. 이 재활용분 중에서 특히 소각하지 않은 연료화에 주목되고 있다. 그러나 연료화에서는 불과 6만톤 (약 0.6%)에 불과하다. 연료화에서 가장 주목받고 있는 것은 고형 연료화이고 그 외에도 유화, 가스화, 용광로용 환원제, 시멘트 화로에서의 이용, 에코시멘트 및 소각 에너지에 의해 전기, 증기 및 온수로서의 이용이다.  * 고형 연료화 (RDF)  고형 연료화는 RDF (Refuse Derived Fuel)라고 불린다. 폐기물 취급이 쉽도록 고형화한 연료이다. RDF는 폐기물을 장기간의 저장과 장거리 수송을 가능하게 하고 안정화하기 위해서, 폐기물로부터 불연성 금속 등을 제거하고 생석회나 소석회를 혼합, 파쇄, 열처리 및 건조하여 세균을 사멸하고 단백질을 분해한다. RDF는 단백질을 분해하기 때문에 NOx의 생성이 적고 칼슘 화합물이 존재하기 때문에 다이옥신 성분인 염소를 재속에 고정화하여 염화칼슘으로 제거할 수 있어 다이옥신 생성을 억제할 수 있는 연료이다. RDF는 프라스틱 재활용으로서 현재, 가장 주목 받고 있는 기술로서 1997년에 RDF는 5만톤 이용되었다. RDF는 주로, 쓰레기 발전용 고형 연료로서 이용되고, 1998년에 RDF 플랜트의 최대는 시즈오카현 고텐바시의 플랜트 (약 5만톤/년)으로, 이미 13개소에서 RDF 플랜트가 가동하고 있다.    * 유화  유화는 프라스틱을 열분해하고 액체로 만들어 이것을 연료 또는 석유 화학원료로서 쓰는 것이다. 생성유로는 원료 플라스틱의 종류 및 분해 반응 조건에 따라 다르지만 중유, 경유, 등유, 가솔린, 왁스 및 스티렌 모노머 등이 얻어지고 있다. 예를 들어 스티렌 모노머는 원료로서 발포 스티렌을 이용하고 금속 촉매의 존재하에서 360도로 분해하면 얻어진다. 원료로는 플라스틱 분해에 의해 액체 성분을 많이 얻을 수 있는 것이 좋은데 특히, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌이 좋다.  유화는 가장 먼저 프라스틱을 건조하고 용해 탱크에서 약 350도로 가열 용융하여, 염소계 플라스틱을 염화수소로 분해한다. 거기서 발생한 염화수소를 중화한다. 용융한 프라스틱을 약 450도로 가열해서 분해하여 액체 성분을 얻는다. 열분해하지 않은 충전제, 안료 등의 무기 화합물은 빠져 나가게 된다. 열분해 가스 중에 포함된 염화수소는 흡착 제거된다. 열분해 가스는 촉매에 의해 개질되고 냉각되어 액상물과 분해 가스가 생성한다. 분해 가스는 가열화로의 연료로서 이용된다.    범용 플라스틱 중, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌은 약 400도 이상으로 분해한다. 그러나 염화 비닐의 분해 온도는 이러한 플라스틱보다도 낮아 230∼360도에서 분해된다. 그래서 일반 폐기물로부터 철, 알루미늄 및 페트병을 제외하고 플라스틱 쓰레기를 340도로 가열하면 염화 비닐의 염소분을 염화 수소로서 99.9% 제거하고, 염소가 없는 상태로 범용 플라스틱을 분해하여 유상분을 제조하고 있다.    유화에서는 통상, 왁스 상태로 얻어지기 쉽기 때문에 홋카이도 공업기술연구소는 촉매로서 제오라이트를 이용해 범용 플라스틱을 430∼460도에서 2단으로 분해해서 유상물 76.4∼78.1%, 가스생성물 16.1∼18.3%을 얻었다. 유상물은 가솔린 잔류분에서 경유 잔류분이다. 니가타시에서는 폐프라스틱의 처리량 6,000톤/년으로, 디젤 발전이나 보일러 연료로서의 중유를 제조하고 있다. 그리고 홋카이도 미카사시에서는 (주)쿠보타와 여러 회사에서 도앙(道央) 유화센터에서도 폐프라스틱 처리량 6,000톤/년의 유화공장을 1999년 3월에 건설하고, 2000년 4월부터 가동할 예정이다.    그 밖에도 오오사까시의 21세기 개발은 A 중유 및 경유를 목적으로 10,000t/y, 정제율 80% 등의 플랜트가 가동하고 있다.  * 가스화  가스화란, 폐프라스틱을 가압하여 600∼850도와 1,300∼1,500도의 2단으로 가열하여 수소와 일산화탄소를 생성시키는 방법이다.    가스화는 폐프라스틱을 분쇄하여 입상으로 만들고 600∼850도, 산소 및 증기를 넣어 5∼20 기압에서 가스화한다. 생성물은 일산화탄소, 수소, 염화수소 같은 가스 성분 외에 타르상 물질이나 탄화물이다. 이러한 생성물에 산소 및 증기를 가하여 5∼20 기압, 1,300∼1,500도로 가열한다. 프라스틱 무기물은 용융 슬러지(slug)가 되어 염소계 프라스틱에서 염화수소가 생성하기 때문에 수냉에서 제거한다. 다이옥신은 1,300∼1,500도에서 완전히 분해된다. 얻어진 가스는 합성 가스와 유사한 일산화탄소와 수소를 주성분으로 하고 그 밖에도, 이산화탄소 및 황화수소가 포함된다. 가스화는 1,300∼1,500도의 고온으로 가열하기 때문에 회분을 용융 고화하여 건설 자재 등의 이용이 시도되고 있다.    두개의 가스 성분 중, 일산화탄소는 고온에서 수증기와 반응시키면 수소와 이산화탄소가 되기 때문에 물에 흡수되지 않은 가스로서 수소만으로 가능하다. 이 수소는 질소와 반응시켜 암모니아가 제조되고 있다. 그 위에, 암모니아는 회수 염화수소와 반응시켜 비료인 염화 암모늄도 제조하고 있다.   이 가스화는 신일본제철, NKK, 가와사키 중공업 및 우베흥산 등의 회사에서 1998년 경부터 6,000톤/년 이상의 실증 시험을 8건 이상 실시하고 있다.    * 용광로용 환원제 (환원제 및 일부 연료로서의 이용)  철은 산화철을 주성분으로 한 철광석에 환원제로서 코크스(cokes)를 가하여 제조하고 있다. 그러나 용광로용 환원제란, 이 코크스의 대체로서 폐플라스틱을 쓰는 것이다. 코크스 환원제로서의 이용은 탄소이지만 폐플라스틱 환원제로서의 이용은 탄소, 수소 및 산소이고, 산소는 탄소와의 반응물인 일산화탄소로서 쓰인다. 폐플라스틱의 이용 효율은 에너지 효율이 80%, 그 중 열로서 20% 이용되고, 환원제로는 60%가 이용되고 있다.    염화 비닐계 수지는 용광로 설비의 산(酸) 부식이 되기 때문에 제외된다. 염화 비닐 이외의 폐플라스틱은 파쇄되고 필름계 플라스틱은 절단 용융, 입자 상태로 된다. 이것들이 1,200도의 열풍과 함께 용광로 안으로 들어가고 화로 안은 2,400가 된다. 폐플라스틱은 순간적으로 환원가스인 일산화탄소 및 수소가 되어 화로 안을 상승해 가는 과정에서 산화철을 환원함과 동시에 가열, 융해한다. 화로내에서 이용된 가스는 화로 꼭대기로 배출되지만 아직 일산화탄소 및 수소가 남아 있어 (800∼900kcal/N㎥), 연료로서 가열화로나 발전 플랜트에 사용된다.    폐플라스틱의 용광로용 환원제로서의 이용은 독일의 브레멘사에서 실용화되고 있고, 일본에서는 NKK가 1996년 10월부터 연간 3만톤의 폐플라스틱 리사이클을 가동하고 있다. 원료의 폐플라스틱은 전기, 건설, 기계, 화학 및 인쇄 등 수백개사의 산업 폐기물이다. NKK의 용광로는 연간 60만톤이 가능한 설비로 가동하고 있다. NKK에서는 그 위에, 염화 비닐 수지의 산업 폐기물 및 염화 비닐수지를 포함한 일반 폐기물의 폐플라스틱에 관해서 용광로용 환원제로서의 이용 시험 플랜트를 1998년 4월부터 실시하고 있다. 염화 비닐 수지의 산업 폐기물에 관해서는 로터리(rotary) 화로에 의한 고온 분해, 염화 비닐수지를 포함한 일반 폐기물에 관해서는 엑스톨더에 의한 고온 분해로 염소를 염산으로서 회수하고 나머지를 용광로용 환원제로서 이용하고 있다.      * 시멘트 화로 (소성로)에서의 이용 (연료 및 일부 시멘트 원료로서의 이용)  시멘트 화로 (소성로)에 투입함에 따라 폐프라스틱이 시멘트 제조용 연료 및 원료의 일부로서 이용된다. 일반 시멘트는 주로 석회암, 규소 및 점토를 약 1,600∼1,800도에서 소성(燒成)한 것으로서 주로 생석회, 산화규소 및 산화 알미늄으로 구성된 미분체이다. 이 소성에 중유 버너가 쓰이지만 폐프라스틱을 입경 25mn 이하의 입상으로 한 것이 연료의 일부로서 이용된다. 폐프라스틱은 염화 비닐에서는 2% 이하 (염소분 1% 이하)의 혼입이라면 이용된다. 플라스틱은 첨가제로서 탄산 칼슘이나 탤크(talc ; 점토물)가 포함되고 소각재는 시멘트 원료와 유사 조성이기 때문에 소각재도 원료로서 이용된다. 시멘트 제조용 소성로 (시멘트 화로)가 닛산 5,000톤이라면, 연간 2.5만톤의 폐프라스틱을 이용할 수 있다.    * 에코시멘트 (연료와 시멘트 원료로서의 이용)  에코시멘트(Ecocement)란, 폐프라스틱을 시멘트 제조용 연료 및 시멘트 원료로서 이용한 것이다. 전술한 시멘트 소성로(화로)에의 투입은 폐프라스틱을 시멘트 원료 일부로서 이용하는 방법이지만 에코시멘트는 폐프라스틱을 주체로 시멘트를 제조하는 방법이다.   에코시멘트는 도시 쓰레기 소각재나 건조 활성 진흙을 주원료로 이용해 석고를 응고제로서 가하여 제조한 시멘트이다. 폐프라스틱은 앞서 말했지만 연료로서 이용함과 동시에 소각하여 얻어진 소각재의 성분은 시멘트 원료이기도 하기 때문에 시멘트 원료로서도 사용된다. 에코시멘트는 일반 시멘트로서 쓰는 것이 아니라 도로의 로반재(路般材)나 해안의 소파(消波) 블록 등에 쓰이는 것이다.  그 밖에도 폐프라스틱의 이용으로서 분말체 연료화, 슬러리화 등의 검토도 시도되고 있다.    * 소각 에너지 회수  일본에서 폐프라스틱의 유효 이용은 42%이고 서멀 재활용은 30%이다. 이것들의 약 반은 단지 소각열을 증기 및 온수 에너지로서 이용하고 나머지 절반은 전기 에너지로서 이용한다. 이것의 약 2배인 58% (550만톤)는 단순 소각 및 매립 처분되고 있다. 이들을 더욱 유효하게 이용해야 할 것이다.

[철장수]

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