한국의 1982-2020년 플라스틱 동적물질흐름분석
Dynamic Plastics Flow Analysis for Korea between 1982-2020
Article information
Abstract
목적
본 연구에서는 한국의 플라스틱 물질흐름과 축적량을 지난 40여년에 걸쳐 정량적으로 추정함으로써, 플라스틱의 효율적인 관리와 순환경제를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다
방법
동적물질흐름분석을 통해 생산, 수출입, 소비, 폐기물 관리의 생애주기 단계별 플라스틱의 물질흐름과 축적량을 정량적으로 추정하였다. 공간적 범위는 한국, 시간적 범위는 1982년부터 2020년까지이며, 범용적으로 사용되는 플라스틱 수지 10종, 7가지 소비 부문 및 최종 제품을 대상으로 분석을 수행하였다. 생산 및 수출입 흐름은 주로 통계 및 문헌수치를 활용하여 추정하고, 부문별 소비 및 처리방법별 폐기물 흐름은 분배 비율을 도출하여 추정하였다. 정적물질흐름분석과 달리 폐기물 발생흐름은 제품별 수명주기분포함수를 이용하여 추정하고, 시스템 내 사용 중인 축적량의 변화를 추정하였다
결과 및 토의
국내에서 1982년부터 2020년의 39년간 총 237백만톤의 수지가 생산되었고, 수출입 후 242백만톤의 플라스틱 일차제품이 국내에 공급되었다. 최종적으로는 207백만톤의 제품이 소비되었고, 이 중 71%에 해당하는 147백만톤이 소비 후 폐기물로 발생하였는데, 이 외에도 3.8백만톤의 폐기물이 플라스틱 제조 단계에서 발생하였다. 아직 사용 중인 플라스틱 축적량은 60백만톤으로 추정된다. 플라스틱 폐기물 중 약 24%가 매립, 29%가 소각되었으며, 47%는 선별 및 재활용 시설로 반입되어 처리되고, 이 중 27백만톤이 산업에서 재활용된 것으로 추정된다. 플라스틱 일인당 소비량은 1982년 15 kg에서 2020년 150 kg으로 증가하였고, 일인당 폐기물 발생량은 동일기간 2 kg에서 139 kg으로 증가하였다. 제품 중에서는 포장재 및 용기 제품, 수지별로는 PP, PE 계열의 소비 및 폐기물 발생이 두드러졌고, 사용 중 플라스틱의 거의 절반은 건물용으로, 이 중 절반 이상이 PVC로 나타났다
결론
플라스틱 동적물질흐름분석을 통해 플라스틱 물질흐름을 정량적으로 파악할 수 있을 뿐 아니라 폐기물 흐름의 제품별, 수지별 조성과 사용 중 축적량 또한 추정할 수 있다. 이를 통해 미래의 폐기물 발생 패턴을 예측할 수 있을 뿐만 아니라, 재활용 시스템을 설계하고 개선해 나가는 데 유용한 자료로 활용할 수 있다.
Trans Abstract
Objectives
This study analyzed Korea’s plastic flows and stocks over the past 40 years to provide a quantitative basis for the nation’s plastic management and circular economy
Methods
Dynamic material flow analysis was conducted to quantify plastic flows across lifecycle stages and to estimate the size of in-use stocks. Focusing on 10 resins and 7 products, the analysis was conducted between 1982 and 2020 and at a national level. Production and trade flows were mainly quantified based on statistical and literature data, while consumption and waste flows were estimated using transfer coefficients. Different from static material flow analysis, waste flows were calculated based on the products’ lifetime distribution functions, and the changes in in-use stocks were estimated
Results and Discussion
Between 1982 and 2020, Korea produced 237 million tons of resins and provided 242 million tons of primary plastic products after the trade. Approximately 207 million tons of final products were consumed, 71% of which was generated as post-consumption waste and additional 3.8 million tons of waste was generated from the manufacturing stage. The amount of in-use stock of plastics was estimated to be 60 million tons. Of the 151 million tons of plastic waste, 24% was landfilled, 29% was incinerated and 47% was entered into sorting and recycling facilities. After sorting and recycling, 27 million tons were estimated to be recycled into products. From 1982 to 2020, per-capita plastic consumption increased from 15 kg to 150 kg, and per-capita waste generation increased from 2 kg to 139 kg. Packaging and containers, or PP and PE represented a major share of plastic consumption as well as waste generation. On the other hand, about half of the plastic stock was used for buildings and more than 50% of the building plastic stock was PVC
Conclusion
This study used a dynamic material flow analysis to quantify plastic flows over time, identify the composition of plastic waste flows according to resins or products, and estimate the size of in-use stocks. Such information on the waste composition and in-use stocks would be useful to improve recycling systems and estimate future waste flows.
1. 서 론
전 세계적으로 플라스틱의 환경 축적 및 미세화로 인한 문제를 해결하기 위해 플라스틱 순환경제를 추진하고 있다. 국내에서도 중국의 폐플라스틱 수입 금지 조치 이후 수도권 폐비닐 수거 거부 사태, 불법 폐기물 수출, 방치폐기물, 해안의 미세플라스틱 문제를 겪으면서, 플라스틱 순환경제를 위한 “재활용 폐기물 관리 종합 대책(2018.05.10),” “플라스틱 전주기 발생 저감 및 재활용 대책(2020.12.24),” “전 주기 탈플라스틱 대책(2022.10.20)”을 잇따라 발표하고 추진하고 있다. 특히, “전 주기 탈플라스틱 대책”은 2025년까지 폐플라스틱 발생의 20%를 감축하는 것을 목표로, 다회용기와 같은 대체서비스 확대를 통한 일회용품 사용 원천 저감, 재활용 산업의 고도화, 재생원료 및 대체재 산업과 시장의 육성을 골자로 하는 탈플라스틱 기반 마련에 초점을 두고 있다.
플라스틱 순환경제를 효과적으로 추진하기 위해서는 플라스틱이 어떠한 형태로 어느 부문에서 얼마나 소비되고 폐기되는지, 전 과정의 물질흐름을 정량적으로 보여주는 물질계정이 필요하다. 이러한 필요성에 따라 최근 5년 간 플라스틱의 물질흐름분석 연구가 특히 활발하게 이루어지고 있다. Scopus에서 “물질흐름분석(material flow analysis)”과 “플라스틱(plastic)”을 키워드로 검색하면(검색일: 2023.01.28) 1996년 1개 논문을 시작으로 총 220개의 연구논문(research article)이 검색되며, 이 중 68% 이상의 논문이 2018년 이후에 게재된 것으로 나타난다. 국가 수준에서 플라스틱 물질흐름분석을 수행한 연구는 1998년 독일에서 먼저 이루어졌으며[1], Geyer et al. (2017) [2]은 전 세계 플라스틱 물질흐름분석을 수행하였다. 이를 통해 플라스틱 생산이 1950년 이후 연간 8.4%씩 증가하여 2015년에는 생산량이 8,300백만톤에 이른 반면, 폐기물로 발생한 6,300백만톤 중 9%만이 재활용되고 대부분은 매립되거나 자연으로 배출되고 있다는 결과를 발표하였다. 최근의 연구에서는 다양한 시스템 수준과 전 생애주기 단계에서 여러 종류의 플라스틱 수지와 제품에 대해 더욱 구체적인 물질흐름 분석을 수행하고 있다[3~7].
국내에서도 플라스틱 물질흐름분석의 필요성에 대한 인식이 높아지고 있다. “플라스틱 전주기 발생 저감 및 재활용 대책”에서 이행 기반을 강화하기 위해 플라스틱 전 과정의 물질흐름 데이터베이스를 구축하고 정보관리 전담기구를 설치하겠다고 발표하였으며, “전주기 탈플라스틱 대책”은 특히 폐플라스틱 실질 재활용 산정을 위한 통계 고도화 내용을 포함하고 있다. Yi et al. (2019) [8]에서 최초로 국내 플라스틱 물질흐름을 제시하였으나, 플라스틱 제품의 수출입에 따른 플라스틱 흐름은 고려하지 않았다. Jang et al. (2020) [9]은 플라스틱 포장재의 물질흐름을 분석하였으며, Lee et al. (2021) [10]은 폐플라스틱의 물질흐름을 구체적으로 분석하였다. Jang et al. (2022) [11]은 플라스틱 수지 및 제품 생산, 제품 수출입, 소비, 폐기물 관리에 이르기까지 전 생애주기 단계에서 플라스틱 물질흐름을 분석하였다. 하지만 주로 가용한 통계 데이터를 활용하여 단년도에 대해 물질흐름을 추정하는 정적물질흐름 분석(static material flow analysis)으로는 아직 사용 중인 플라스틱의 축적량(in-use stock) 변화와 규모, 그리고 플라스틱 폐기물 흐름의 수지 및 제품 조성에 대해 파악할 수 없다. 이러한 정보는 폐플라스틱의 미래 발생 패턴을 파악하고 재활용 시스템을 고도화하기 위해 유용하게 활용될 수 있다. 따라서, 본 연구에서는 1982년부터 2020년까지 약 40여년 간에 대한 플라스틱 동적물질흐름분석(dynamic material flow analysis)을 통해, 전 주기 플라스틱 흐름뿐 아니라 폐기물로 발생하는 플라스틱의 수지 및 제품 조성, 그리고 사용 중인 플라스틱의 축적량을 추정하였다. 이를 통해 플라스틱의 효율적인 관리와 순환경제를 위한 기초 자료를 제공하고자 하였다.
2. 연구방법
본 연구에서는 가용한 데이터를 확보할 수 있는 1982년부터 2020년을 시간적 범위로 설정하고, 공간적 범위로는 한국의 플라스틱 전 생애주기 단계를 고려하였다. 전 생애주기 단계는 1) 플라스틱 일차제품 생산과 수출입, 2) 최종제품 제조와 수출입, 3) 최종제품 소비 및 폐기물 발생, 그리고 4) 폐기물 처리 및 재활용의 4단계로 구분하였다. 본 연구에서는 시스템에 연간 투입되는 흐름과 배출되는 흐름으로부터 시스템 내 축적되는 물질의 양을 추정하는 투입 흐름 기반 동적물질흐름 분석(Inflow-driven dynamic material flow analysis)을 활용하였다. 시스템에 투입되는 최종 소비 흐름을 추정하기 위해 기본적으로 Jang et al. (2022)11)에서 수지 생산, 제품 생산, 수출입 흐름을 추정하는데 사용한 데이터와 추정 방식을 사용하였다. 그러나 Jang et al. (2022) [11]의 분석과는 달리, 시스템으로부터 배출되는 흐름, 즉 플라스틱 폐기물의 발생 흐름은 통계 수치 대신 앞서 추정한 최종 소비 흐름과 제품의 수명주기 분포함수로부터 추정하였고, 소비 부문 투입 흐름과 폐기물 발생 흐름의 차이를 통해 시스템에 누적되는 축적량을 계산하였다. 폐기물 처리 흐름은 폐기물 처리량 대신 처리 비율 통계를 사용하여 추정하였다. 또한, 선별 및 재활용 공정을 거쳐 제품으로 판매되는 흐름을 추가적으로 추정하여, 이 흐름이 차년도 생산 공정에 투입되는 것으로 가정하였다. 각 생애주기 단계별 플라스틱 주요 물질흐름의 추정은 다음 절에 상세히 제시되어 있으며, 이 물질흐름을 추정하기 위해 사용한 전반적인 데이터는 Table 1과 같다.
Flows analyzed in the study and sources of data.
2.1. 플라스틱 일차제품 생산 단계
당해 연도 t에 수지 i로 생산된 플라스틱 일차제품(필름, 튜브 등)은 국내에서 생산된 수지(PRi,t)와 전년도에 발생한 재활용 수지(RRi,t-1)를 투입물로 하여 생산되며, 생산 과정에서 폐기물(PWi,t)이 배출된다. 이렇게 생산된 플라스틱 일차제품은 플라스틱 최종제품 생산을 위해 사용되는데, 이 일차제품 공급 흐름(PPi,t)은 여기에 플라스틱 일차제품의 수입(IPPi,t)과 수출(EPPi,t) 흐름을 조정하여 계산하였다(Eq. 1). 플라스틱 수지로는 LDPE (low-density polyethylene), EVA (ethylene vinyl acetate), HDPE (high-density polyethylene), PP (polypropylene), PS (polystyrene), EPS (expanded polystyrene), ABS (acrylonitrile butadiene styrene), PVC (polyvinyl chloride), PC (polycarbonate), PET (polyethylene terephthalate)의 10종을 고려하였다. PET를 제외한 각 합성수지의 연도별 생산량은 석유 화학편람의 국내수요 통계 수치를 활용하였다. 별도로 국내 수요량이 보고되지 않는 PET의 경우, 생산의 투입물인 DMT (dimethyl terephthalate)와 TPA (terephthalic acid)의 용도별 출하 비중과 화학 반응의 질량비를 사용하여 추정하였다.
where, PPi,t : Flow of primary plastic products made of resin i in year t
PRi,t : Flow of primary resin i produced in year t
RRi,t-1: Flow of secondary resin i generated in year t-1 and recycled in t
PWi,t : Flow of waste composed of resin i generated in year t during the production of primary plastic products
IPPi,t: Flow of primary plastic products made of resin i and imported in year t
EPPi,t: Flow of primary plastic products made of resin i and exported in year t
플라스틱 수출입 흐름은 HS 코드별 수출입 중량과 제품별 플라스틱 함량으로부터 추정하였다. 이 때 제품별 플라스틱 함량에 대한 국내 자료는 존재하지 않아 스웨덴 화학청[13]과 Kawecki et al. (2018) [4]에서 취합된 문헌 수치를 활용하였다. 플라스틱 일차제품의 경우, HS 코드 3916~3921에서 플라스틱 함량 문헌 데이터가 존재하는 4자리~10자리 코드를 고려하였다. 플라스틱 일차제품 제조 과정에서 배출되는 폐플라스틱량은 “전국폐기물 발생 및 처리현황”의 고무 및 플라스틱 제품 제조업(C22) 폐기물 총 발생량에서 “폐기물 다량발생 사업장 폐기물 감량현황” 통계에서 집계된 내부 재활용 분을 제외하여 산정하였다. 생산에 투입되는 재활용 흐름의 경우, 전년도에 발생한 폐플라스틱 중 선별 및 재활용의 두 과정을 거치면서 최종적으로 판매된 양이 당해 연도에 투입되는 것으로 가정하였다. 이 흐름의 구체적인 가정과 추정 방법은 2.4에 제시되어 있다.
2.2. 플라스틱 최종제품 제조 단계
당해 연도 t에 수지 i로 생산된 플라스틱 최종제품 j(FPi,j,t)는 일차제품(PPi,t)이 최종제품 종류별로 판매된 비율(si,j,t)을 고려하고, 여기에 플라스틱 최종제품의 수입(IFPi,j,t)과 수출(EFPi,j,t) 흐름을 조정하여 계산하였다(Eq. 2). 최종제품으로는 1) 전자제품(Electronics), 2) 자동차(Vehicles), 3) 건물(Buildings), 4) 농업용 제품(Agriculture), 5) 포장 및 용기(Packaging/Containers), 6) 섬유 및 의류(Textile/Apparel), 7) 생활용품 및 기타(Households/Others)의 7가지를 고려하였다. 최종제품 종류별 판매 비율(si,j,t)은 석유화학편람에서 제공하고 있는 용도별 출하비율, 그리고 석유화학협회에서 2011-2013년 3개년 간 합성수지 판매에 대해 내부적으로 조사한 자료를 활용하였다. 플라스틱 최종제품 수출입 흐름은 2.1에서 설명한 바에 따라 구축한 데이터베이스 중 최종제품 7가지에 해당하는 HS코드의 수출입 중량과 제품별 플라스틱 함량을 고려하여 추정하였다.
where, FPi,j,t: Flow of final plastic products of type j made of resin i in year t
si,j,t: Share of plastic i used in year t to produce final plastic product of type j
IFPi,j,t: Flow of final plastic products of type j made of resin i imported in year t
EFPi,j,t: Flow of final plastic products of type j made of resin i exported in year t
2.3. 소비 단계
플라스틱 최종제품 산출흐름(FPi,j,t)은 소비 단계의 투입흐름이 되며, 따라서 소비 부문은 최종제품의 구분과 마찬가지로 7가지로 구분하였다. 소비 후 발생하는 폐플라스틱 흐름(Wi,j,t)은 소비 부문으로 투입된 흐름(
where, Wi,j,t : Flow of post-consumption plastic waste from sector j and resin i, generated in year t
fj(t – tn): Probability of the plastic inflow to sector j at time tn being discarded at time t
이 때, 소비 부문으로 투입되었으나 폐기물로 배출되지 않은 흐름은 매년 시스템에 축적되므로, 축적량(Si,j,t)은 (Eq. 4)와 같이 계산하였다.
where, Si,j,t: In-use stock of plastics for sector j and resin i in year t
2.4. 폐기물 처리 및 재활용 단계
소비 후 발생된 폐플라스틱(Wi,j,t)과 플라스틱 제품 제조단계에서 발생한 폐플라스틱(PWi,t)은 매립(LWi,t), 소각(CWi,t), 재활용(RWi,t) 혹은 기타 처분(OWi,t)의 총 4가지 방법으로 처리되며, 각 처리량은 소비 후 폐기물 및 제품제조 폐기물 발생 흐름에 처리 방법별 비율을 산정하여 추정하였다(Eq. 5-8). 각 제품별 소비 후 폐플라스틱이 처리되는 방식의 배분비율(lj,t, cj,t, rj,t, oj,t)과 제품 제조단계 폐플라스틱이 처리되는 방식의 배분비율(plt, pct, prt, pot)은 폐기물 통계와 관련 보고서, 정부 자료, 전문가 인터뷰를 통해 수집하였다.
where, LWi,t: Flow of plastic waste of resin i, landfilled in year t
CWi,t: Flow of plastic waste of resin i, incinerated in year t
RWi,t: Flow of plastic waste of resin i, entered into recycling facilities in year t
OWi,t: Flow of plastic waste resin i, subject to other treatments in year t
lj,t: landfill rate of post-consumption plastic waste for product j in year t
cj,t: incineration rate of post-consumption plastic waste for product j in year t
rj,t: recycling rate of post-consumption plastic waste for product j in year t
oj,t: rate of other treatments of post-consumption plastic waste for product j in year t
plt: landfill rate of production plastic waste in year t
pct: incineration rate of production plastic waste in year t
prt: recycling rate of production plastic waste in year t
pot: rate of other treatments of production plastic waste in year t
재활용 흐름의 경우, 먼저 선별과정을 거치며 일정 비율(srt)만 선별 물질로 판매(SRi,t)되는데, 이 과정에서 폐플라스틱의 수입(IWi,t)과 수출(EWi,t)도 고려하였다(Eq. 9). 선별 후에는 재활용 공정을 거치며 잔재물이 발생하고, 일정 비율(rrt)의 최종 제품이 산업에 재활용(RRi,t)되는 것으로 가정하였다(Eq. 10).
RRi,t = SRi,t × rrt (Eq. 10)
where, SRi,t: Flow of sorted plastic materials of resin i in year t
srt: Sorting rate in year t
IWi,t: Flow of imported plastic waste of resin i in year t
EWi,t: Flow of exported plastic waste of resin i in year t
RRi,t: Flow of secondary plastics of resin i generated in year t
rrt: Conversion rate from sorted to secondary materials in year t
3. 결과 및 고찰
3.1. 국내 플라스틱 동적물질흐름분석 결과
분석 기간 한국의 플라스틱 누적 전 주기 흐름은 Fig. 1과 같이 나타났다. 지난 39년 간 237백만톤의 수지가 국내에서 생산되어 242백만톤의 플라스틱 제품을 공급하였으며, 국내에서 소비된 207백만톤 중 71.1%에 해당하는 147백만톤이 소비 후 폐기물로 발생하였고, 3.8백만톤의 폐기물은 플라스틱 제조단계에서 발생하였다. 플라스틱 폐기물 중 약 23.5%가 매립, 29.1%가 소각되었으며, 47.0%는 선별 및 재활용 시설로 반입되었다. 선별 및 재활용을 거쳐 다시 산업으로 투입되었다고 가정한 재생 플라스틱은 총 27백만톤으로 추정되었는데, 이는 총 폐기물 발생량의 18%, 국내 생산 수지 투입량의 11%에 해당하는 양이다.
Korea’s cumulative flows and stocks of 10 plastics (LDPE, EVA, HDPE, PP, PS, EPS, ABS, PVC, PC, PET) between 1982 and 2020 (Unit: 1,000 tons).
한국의 플라스틱 소비량은 Fig. 2에서 확인할 수 있듯이, 1982년 43만톤에서 2020년 7.77백만톤까지 18배 증가하였고, 일인당 소비량은 1982년 15 kg에서 2020년 150 kg으로 10배 증가한 것으로 나타났다. 시기별 증감 경향을 살펴보면, 2002년 이전에는 외환위기 시기를 제외하고 플라스틱 소비량이 전반적으로 두 자리 수 증가율을 보이며 빠르게 증가하였으나, 이후로는 증가율이 둔화되고 소비량이 일부 감소하는 경향도 나타났다. 제품별로는 누적 소비량 기준 포장재 및 용기가 38.0%로 가장 큰 비중을 차지하였고, 섬유 및 의류가 21.0%, 건물 17.3%, 생활용품 및 기타 9.1%, 전자제품 6.4%, 자동차 4.3%, 농업 3.9% 순으로 나타났다.
Korea’s final consumption of plastics between 1982 and 2020, according to (a) resin type and (b) product type (unit: 1,000 tons).
분석 기간 동안 포장재 및 용기, 그리고 섬유 및 의류의 플라스틱 소비 패턴 변화가 두드러지게 나타났는데, 포장재 및 용기 플라스틱의 경우 부문별 소비 비중이 1995년까지 31.3%로 줄어들었다가 2020년 44.2%로 증가한 반면, 섬유 및 의류의 경우 1998년 28.9%까지 증가하였다가 2020년 3.5%로 감소하였다. 전자제품의 경우 3%에서 9%로, 건물 3%에서 7%, 가정용 및 기타 제품의 경우 6%에서 14%로 부문별 플라스틱 소비 비중이 꾸준히 늘어나고 있다. 수지별로는 누적 소비량 기준으로 PET가 28.0%로 가장 큰 비중을 차지하였는데, 대부분(75%)이 섬유 및 의류의 폴리에스터 소비에 기인한 것이다. 그 다음으로는 PP 17.5%, LDPE 15.0%, HDPE 13.4%, PVC 12.2% 순으로 소비량 비중이 크게 나타났고, ABS, PS, EPS는 3-4% 수준의 소비량을 PC와 EVA는 각각 1% 수준의 소비량을 나타냈다. 분석 기간 동안 PVC와 PS의 소비 비중은 전반적으로 감소한 반면, ABS와 PP 계열 플라스틱 소비 비중은 증가하였다.
플라스틱 소비 증가에 따라 폐플라스틱의 발생 또한 1982년 69천톤에서 2020년 7.2백만톤으로 꾸준히 증가하였고(Fig. 3), 일인당 발생량 기준으로는 1982년 2 kg에서 2020년 139 kg으로 증가하였다. 제품별로는 누적 발생량 기준으로 포장재 및 용기의 폐기물 발생이 46.7%로 가장 큰 비중을 차지하였는데, 이는 포장재 및 용기의 평균 수명이 가장 짧기 때문이다. 섬유 및 의류를 제외하고 폐플라스틱 발생 비중은 생활용품 및 기타 9.4%, 건물 4.7%, 전자제품 4.5%, 농업 4.2%, 자동차 2.3% 수준을 보였고, 제품 제조 단계에서 발생하는 폐기물은 2.5%를 차지하였다. 폐플라스틱 흐름의 수지별 조성을 누적 발생량 기준으로 살펴보면, 섬유 및 의류를 제외하고 PP 17.8%, LDPE 16.9%, HDPE, 13.5%, PET (용기, 생활용품 및 기타, 제조) 9.4%, PVC 6.1%, ABS 3.4% 순으로 나타났다.
End-of-life plastic flows in Korea between 1982 and 2020, according to (a) resin type and (b) product type (unit: 1,000 tons).
이러한 폐플라스틱의 제품 및 수지 조성 정보는 재활용 시스템의 설계와 개선에 유용한 기초 자료로 활용될 수 있다. 예를 들어, 고부가가치 재활용을 촉진하기 위해 투명 페트병의 경우 별도의 분리배출이 추진되고 있다. 본 분석에 따르면 포장재 및 용기로 사용되는 PET 생활계폐기물은 2007년 이후 연간 약 45-65만톤 규모로 배출되고 있는 것으로 나타난 바, 포장재용 PET 재활용을 위한 적정 시설 규모를 대략적으로 파악할 수 있다. PP의 경우, 연간 폐기물 배출량이 꾸준히 늘어나 2020년에는 136만톤이 배출되었으며, 이 중 56% 이상이 포장재 및 용기 형태로 배출된 것으로 추정된다. LDPE와 HDPE의 경우 2020년 각각 134만톤, 102만톤의 폐기물이 발생하였는데, 포장재 및 용기 형태의 배출이 89%, 81%를 차지하는 것으로 나타났다. 재활용이 상대적으로 용이한 PP나 PE 계열 플라스틱의 경우, 특히 포장재용을 대상으로 재활용 확대와 개선을 추진할 수 있다.
Fig. 4는 사용 중 축적량(in-use stock)의 제품별, 수지별 조성을 나타낸 것이다. 플라스틱의 누적 소비량 207백만톤 중 소비 후 폐기물 배출이나 순수출분을 제외하고 60백만톤은 2020년 기준 아직 사용 중에 있는 것으로 나타났다. 수명주기가 긴 건물용 플라스틱이 전체 축적량의 48.2%를 차지하고, 이 중 절반 이상(57.1%)이 PVC인 것으로 나타났다. 플라스틱 총 소비량 중 PVC의 소비 비중이 1982년 26%에서 2020년 10%로 줄어들고 있기는 하지만(Fig. 1), 아직 상당 비중(최종 소비의 64.3%)의 PVC가 폐기물로 배출되지 않고 사용 중인 것을 고려할 때 중장기적으로 꾸준히 발생할 PVC 폐기물의 적절한 처리에 대한 고려가 필요하다. 그 다음 제품별 순위와 비중은 포장재 및 용기 13.8%, 전자제품 10.7%, 자동차 9.3%, 생활용품 및 기타 7.7%, 섬유 및 의류 7.5%, 농업 2.8%로, 수지별 순위 및 비중은 PP 16.8%, HDPE 12.9%, LDPE 10.1%, PET 10.1%, EPS 8.0%, ABS 7.0%, PC 3.7%, PS 2.7%, EVA 1.1%로 나타났다.
In-use plastics stocks in Korea between 1982 and 2020, according to (a) resin type and (b) product type (unit: 1,000 tons).
Fig. 5는 플라스틱 물질흐름과 축적량을 대표 2개년(1990년, 2020년)에 대해 비교하여 나타낸 것이다. 전 생애주기 모든 단계에서 플라스틱의 흐름과 축적량이 30년 후 상당히 증가한 것을 볼 수 있다. 최종 소비 규모는 2배 이상 증가하였는데, 포장재 및 용기 부문의 소비는 31.7%에서 44.2%로 증가한 반면 섬유 및 의류 부문의 소비는 26.9%에서 3.5%로 감소하였다. 폐기물 발생 규모는 5.4배 증가하였는데, 매립률은 73.1%에서 11.2%로 감소한 반면 소각률은 12.3%에서 34.4%로, 재활용률은 14.2%에서 53.7%로 증가하였다. 이에 따라 산업으로 재활용된 플라스틱 흐름은 6만톤에서 27백만톤으로 증가한 것으로 추정된다.
(a) Korea’s flows and stocks of 10 plastics (LDPE, EVA, HDPE, PP, PS, EPS, ABS, PVC, PC, PET) in 1990 and (b) Korea’s flows and stocks of 10 plastics in 2020 (Unit: 1,000 tons).
3.2. 연구의 한계점과 시사점
본 연구에서는 약 40여년 간의 국내 플라스틱 물질흐름을 추정하기 위해 가능한 많은 데이터를 수집하였으나, 누락되거나 불완전한 데이터를 보완하기 위해 여러 가정을 도입하였다. 예를 들어, 수출입 통계는 1988년 이후 시점에 대해 정보가 제공되고 있어, 1982년부터 1987년까지의 수출입 중량은 가장 가까운 시점인 1988년의 데이터를 사용하였다. 다른 누락된 자료에 대해서도 동일한 가정을 적용하였다. 제품별･HS코드별 플라스틱 함량 비중, 일부 플라스틱 제품의 폐기물 처리 방법별 분배 비율, 그리고 폐플라스틱의 선별 및 재활용 과정에서의 잔재물 배출계수에 대한 데이터는 특히 부족하며, 시계열 데이터가 구축되어 있지 않은 경우 분석 기간 동일한 수치를 사용하였다. 선별 및 재활용 공정의 잔재물 배출 계수를 통해 재활용 원료 투입량을 연도별로 추정하였는데, 이를 검증하기 위한 국내 통계 또한 부족한 상황이다. 플라스틱을 더욱 효율적으로 관리하는 순환경제로의 이행을 위해서는 관련 통계의 구축과 개선이 필요하며, 본 연구의 동적물질흐름분석 결과는 활용 데이터의 한계와 가정 하에 해석될 필요가 있다.
데이터의 한계에도 불구하고 본 연구에서는 40여년 간 플라스틱 생산, 수출입, 소비, 폐기의 모든 흐름을 추정하였고, 일부 흐름에 대해서는 불확실성을 파악하기 위해 가용한 통계나 문헌 수치와 비교해 보았다. 본 연구에서는 중간 투입물 자료를 사용하여 PET 제품별 흐름을 추정하였는데, 이 중 섬유 국내 생산의 추정치 일부는 화섬편람의 폴리에스터 장섬유 및 단섬유 출하량과 비교하여 22-52% 수준에서 과대 추정된 것으로, 섬유 제품 수출에 따른 PET 흐름은 화섬편람 수치와 0.18-1.02% 수준에서, 섬유 제품 수입에 따른 PET 흐름은 화섬편람 수치와 1.42-14.22% 수준에서 차이를 보였다. 본 연구에서는 폐섬유 및 폐의류에 포함된 플라스틱의 처리를 다른 폐플라스틱과 동일한 비율로 매립, 소각, 재활용, 기타 처리된다고 가정하였으나, 중고의류의 순환사용이나 수출입을 고려할 때 섬유 및 의류 부문의 폐기 흐름이 과다 추정되었을 수 있다. 정적물질흐름분석을 수행한 이전의 연구 결과[11]와 비교하였을 때 본 연구의 2017년도 총 폐기물 흐름은 1% 수준, 2018년도 및 2019년도 폐기물 흐름은 각각 7%와 28% 정도 작게 나타났다. 향후 연구에서는 물질흐름의 분석 대상을 더욱 구체화하고 전반적인 분석의 신뢰도를 높여갈 필요가 있다. 예를 들어, 제품별 플라스틱 함량, 제품별 폐기물 처리 방법별 비율, 선별 및 재활용의 잔재물 배출계수, 산업으로 투입되는 재활용 플라스틱 등에 대한 개선된 데이터가 필요하며, 플라스틱 첨가제 흐름과 폐섬유 및 폐의류의 처분에 대한 정보를 추가적으로 고려할 필요가 있다.
4. 결 론
본 연구에서는 동적물질흐름분석을 통해 한국의 플라스틱 전 생애주기 흐름과 축적량을 1982년부터 2020년까지 지난 39년에 대해 정량적으로 추정하였다. 범용적으로 사용되는 수지 10종(LDPE, EVA, HDPE, PP, PS, EPS, ABS, PVC, PC, PET)과 7가지 제품(전자제품, 자동차, 건물, 농업용 제품, 포장 및 용기, 섬유 및 의류, 생활용품 및 기타)을 대상으로 분석을 수행하였다.
1) 국내에서 1982년부터 2020년까지 총 237백만톤의 수지가 생산되고 242백만톤의 플라스틱 일차제품이 공급되었다. 최종적으로 207백만톤의 플라스틱 최종제품이 소 비되었고, 이 중 71.1%에 해당하는 147백만톤이 소비 후 폐기물로 발생되었으며, 이 외에도 3.8백만톤의 폐기물이 제품 제조 단계에서 발생하였다. 플라스틱 폐기물 중 약 24%가 매립, 29%가 소각되었으며, 47%는 선별 및 재활용 시설로 반입되어 처리된 것으로 추정된다. 선별 및 재활용 과정의 잔재물 배출계수에 기반하여 추정한 재활용 흐름은 27백만톤이었는데, 이는 총 폐기물 발생의 18% 수준이다.
2) 일인당 플라스틱 소비량은 1982년 15 kg에서 2020년 150 kg으로 증가하였고, 이에 따라 일인당 플라스틱 폐기물 발생량은 동일 기간 2 kg에서 139 kg으로 증가하였다.
3) 국내에서 사용 중인 플라스틱 축적량은 60백만톤으로 추정되는데, 이 중 거의 절반은 건물용 플라스틱이고, 건물용 플라스틱의 50% 이상이 PVC로 나타났다.
4) 제품 중에서는 포장재 및 용기 제품, 수지 중에서는 PP, PE 계열의 플라스틱 소비와 폐기물 발생이 두드러졌다.
5) 동적물질흐름분석을 활용함으로써, 정적물질흐름분석을 통해서는 파악할 수 없었던 사용 중 축적량(in-use stocks) 규모와 폐기물 흐름의 제품별, 혹은 수지별 조성을 파악할 수 있다. 이러한 정보는 미래의 폐기물 발생 패턴을 예측하고, 재활용 시스템을 설계, 개선해 나가는데 유용한 기초 자료로 활용할 수 있다.
6) 본 연구의 물질흐름분석 결과는 사용 데이터의 한계와 가정 하에 주의 깊게 해석될 필요가 있다. 향후 연구에서는 제품별 플라스틱 함량, 제품별 폐기물 처리 방법별 비율, 선별 및 재활용 잔재물 배출계수, 산업으로 투입되는 재활용 흐름 등에 대한 데이터 개선, 그리고 플라스틱 첨가제와 폐섬유 및 폐의류 처분에 대한 정보를 추가적으로 고려할 필요가 있다.
Acknowledgements
본 연구는 한국연구재단의 신진연구자지원사업의 지원으로 수행되었습니다(과제번호: 2019S1A5A8035573). 또한, 교육부 및 한국연구재단의 4단계 두뇌한국21 사업(BK21 사업)과 KU-KIST School의 지원에 감사드립니다.
Notes
Declaration of Competing Interest
The authors declare that they have no known competing financial interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.