폐플라스틱 열분해 산업: 현황과 전망
Waste Plastic Pyrolysis Industry: Current Status and Prospects
Article information
Abstract
열분해는 폐플라스틱을 분해하여 열분해유를 생산할 수 있는 기술로서, 다른 기술로 처리하기 불가능한 오염된 폐플라스틱도 처리할 수 있는 장점이 있다. 폐플라스틱 발생량이 증가하고, 화석연료와 같은 천연자원이 부족한 우리나라에서 열분해 기술은 ‘도시유전’이라는 키워드로 주목받고 있다. 대한민국 환경부에서는 폐플라스틱의 열분해 처리 비중을 2021년 기준 0.1%에서 2030년 10%까지 높이는 ‘폐플라스틱 열분해 활성화 방안’을 발표했다. 열분해의 생성물은 연료와 플라스틱 원료 두 가지이지만, 처리 과정 중 상당한 에너지를 소비한다. 그래서 열분해 기술의 시장성과 경제성이 어둡다는 지적이 지속되고 있기에, 친환경성에 대한 의문이 제기되고 있다. 이런 배경에서, 본 연구에서는 열분해 기술의 국제 동향을 조사하고, 환경적 측면에서 다른 기술과 상세한 비교 분석을 수행하였다. 본 연구 결과에 따르면, 현재 환경 선진국에서는 열분해유를 연료로 사용하는 것에 매우 부정적이며, 이에 다음과 같은 정책 방향을 제시한다. 1) 플라스틱 재생원료 의무 사용 비율을 준수함과 동시에 친환경성을 달성하기 위해, 열분해 기술을 연료화 보다 플라스틱 재생 원료 생산 기술로 사용함을 권장한다. 2) 열분해가 물리적 재활용에 비해 더 많은 온실가스를 배출하므로, 열분해 기술을 물리적 재활용이 어려운 폐플라스틱을 처리하는, 물리적 재활용을 보완하는 방법으로 사용한다. 3) 폐플라스틱의 자원순환에 있어 물리적 재활용이 매우 중요하므로, 분리 선별 기술의 발전을 국가적으로 도모한다.
Trans Abstract
Pyrolysis is a technology that can produce pyrolysis oil by decomposing waste plastic, and has the advantage of being able to process contaminated waste plastic that is impossible to process with other technologies. In Korea, where the amount of waste plastic is increasing and natural resources such as fossil fuels are lacking, pyrolysis technology is attracting attention under the keyword ‘urban oil field’. The Ministry of Environment of the Republic of Korea announced a ‘plan to revitalize waste plastic pyrolysis’ to increase the proportion of waste plastic pyrolysis treatment from 0.1% in 2021 to 10% in 2030. The products of pyrolysis are both fuel and plastic raw materials, but the processing consumes significant energy. Therefore, as criticism continues that the marketability and economic feasibility of pyrolysis technology is poor, questions are being raised about its environmental friendliness. Against this background, this study investigated international trends in pyrolysis technology and performed a detailed comparative analysis with other technologies from an environmental perspective. According to the results of this study, currently environmentally advanced countries are very negative about using pyrolysis oil as fuel, and the following policy directions are suggested. 1) In order to comply with the mandatory use ratio of plastic recycled raw materials and at the same time achieve eco-friendliness, it is recommended to use pyrolysis technology as a plastic recycled raw material production technology rather than fuel conversion. 2) Since pyrolysis emits more greenhouse gases than physical recycling, pyrolysis technology is used as a complementary method to physical recycling to process waste plastics that are difficult to physically recycle. 3) Since physical recycling is very important in the resource circulation of waste plastic, the development of separation and sorting technology is promoted nationally.
1. 서 론
인류는 기후변화의 위기에 직면해 있으며, 이를 극복하기 위해 다양한 기술적 제도적 노력을 하고 있으며, 이중에는 자원 재순환도 중요한 몫을 차지하고 있다[1-24]. 인류가 만들고 배출하는 자원 중 플라스틱(Plastic)은 밀도가 작아 다른 소재에 비해 가벼운 제품을 만들기 쉽고, 여러 화학약품을 견딜 수 있으며 잘 녹지 않는다. 이러한 플라스틱의 장점은 우리에게 편리함과 간편함을 제공했다.
1인 가구의 증가에 따라 배달음식 및 편의점 음식 이용이 증가하였고, 이는 일회용 플라스틱 사용량 증가를 야기했다. 2020년 서울시에서 실시한 조사에 따르면, 다인가구 대비 1인 가구의 일회용품 사용량은 일회용 포장재 4.44배, 페트병 및 캔 3.03배 등으로 훨씬 많은 양을 이용하고 있는 것으로 나타났다[25]. 또한, 전세계적으로 코로나19가 발생 및 확산한 2020년에는 사회적 거리두기 정책의 시행으로 간편식 및 배달음식, 온라인 쇼핑 등 비대면 소비가 확산했다[26]. 온라인 쇼핑의 경우, 지난 3년간 시장이 66%나 급성장했다[27]. 또한, 간편식의 경우 코로나 이전인 2018년 16.7%에서 2020년 22.5%로 증가했다[28].
환경부 자료에 따르면, 국내 플라스틱 폐기물 발생량은. 2017년 약 798만 톤에서 2021년 약 1,193만 톤으로 증가했다. 건설 폐기물(Construction waste)에서의 폐플라스틱 발생량은 감소했지만 생활계 폐기물(Household waste)과 사업장 배출시설계 폐기물(Waste from facilities discharge in industrial sites)에서는 오히려 증가했다. 이처럼 간편식 및 배달음식, 온라인 쇼핑 확산에 의한 플라스틱 포장재 소비의 지속적인 증가와 정부의 일회용품 규제 미흡 등의 이유로 플라스틱 폐기물 발생량은 지속적으로 증가했다[26].
현재 플라스틱 폐기물은 소각, 매립, 재활용 등의 방법으로 처리되고 있다. 2017년 기준 발생한 전체 플라스틱 폐기물은 단순 소각 33.4%, 매립 4.6%, 열적 재활용(에너지 회수) 39.3%, 물리적 재활용 22.7%의 비율로 처리됐다. 위와 같이 2017년 기준 국내에서는 열적 재활용이 가장 높은 비율을 차지했다. 소각의 경우에는 처리 시 다량의 이산화탄소와 발암물질인 다이옥신이 배출되는 문제점이 있다. 또한 매립의 경우, 매립지 부족으로 인한 쓰레기 대란과 토양오염 등의 문제가 발생한다[26].
우리나라는 폐기물을 “재사용･재생이용하거나 재사용･재생이용할 수 있는 상태로 만드는 활동”과 “폐기물로부터 「에너지법」제2조제1호에 따른 에너지를 회수하거나 회수할 수 있는 상태로 만들거나 폐기물을 연료로 사용하는 활동으로서 환경부령으로 정하는 활동”을 재활용으로 정의하고 있다[29].
폐플라스틱의 재활용 방법에는 물리적, 열적, 화학적 재활용이 있다. 물리적 재활용은 폐플라스틱을 기계적인 파쇄, 선별 및 분리, 압출 및 성형 과정을 통해 펠릿(pellet) 형태 등 물리적인 상태의 재생 원료로 전환한다. 현재는 PET가 주로 물리적으로 재활용되고 있다. 열적 재활용은 플라스틱 폐기물을 발전 시설, 시멘트 공정, 보일러 등의 대체 연료로 활용하는 것을 의미하는데, 열적 재활용에는 직접 소각 방식, 건류 소각 방식 및 고체 성형 연료(SRF) 방식이 있다. 화학적 재활용은 폐플라스틱에 열을 가해 중간단계 소재를 만들거나, 가스 및 액상 연료로 활용하는 것이다. 해중합, 가스화, 열분해가 이에 해당한다.
우리나라는 「폐기물관리법」 제1장 제2조 7항에 따라 열적 재활용을 통한 에너지 회수를 재활용의 범주에 포함하지만, 유럽은 플라스틱의 물성을 변화시키지 않고 재사용하거나 가공해 이용하는 방법만을 재활용으로 간주하고 있다[26]. 이는 매우 중대한 차이로서, 유럽은 폐플라스틱에서 에너지를 회수하는 열적 재활용으로 간주하지 않고 있는 것이다.
열적 재활용은 공정상 폐기물 연소과정으로 일반적인 소각과 동일하게 온실가스와 환경오염물질을 배출한다. 또한 물리적 재활용은 대부분의 플라스틱이 복합소재를 사용하거나 오염도가 높아 적용하기 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 최근 화학적 재활용 방법이 각광을 받고 있다.
화학적 재활용에는 해중합, 가스화, 열분해가 있다. 해중합은 플라스틱을 그 원재료인 단위체로 바꾸는 과정을 의미한다. 가스화는 폐플라스틱을 가스화 하여 화학 제품의 출발 원료인 수소와 CO를 주성분으로 하는 가스를 제조하는 것을 의미한다. 열분해는 폐플라스틱을 무산소 상태에서 고온으로 가열하여 분자를 절단함으로써 연료유를 생산하는 것을 의미한다.
해중합은 특정 종류의 플라스틱만 사용할 수 있고, 비용이 많이 든다는 문제점이 있다. 가스화는 공정 구축을 위한 초기 투자 비용이 매우 높고, 가스화 기술의 기술 성숙도가 낮다[30]. 열분해는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로팰렌(PP)과 같은 다양한 제품의 재활용이 가능하고, 초기 투자비용이 저렴하여 폐플라스틱 처리 기술로 주목받고 있다.
환경부에서는 2021년 6월 폐플라스틱의 열분해 처리 비중을 현행 0.1%에서 2025년 3.6%, 2030년 10%까지 높이겠다는 ‘폐플라스틱 열분해 활성화 방안’을 발표하였다[31]. 하지만 열분해 시설 활성화를 추진하는 과정에서 폐플라스틱 원료 수급, 분리 및 선별 문제, 열분해유의 시장성 측면, 열분해의 친환경성 등 여러 측면에서의 문제점이 제기되고 있다.
논문에서는 열분해의 공정과 주요 산물의 활용에 대해 알아보고, 제기되는 문제점을 자세히 분석하고자 한다. 또한 각 문제점에 제시되고 있는 해결방안을 분석하고 더 나은 개선방안이 있는지 논의하고자 한다.
2. 본 론
2.1. 화학적 재활용
화학적 재활용을 이용하면 물리적, 열적 재활용이 가진 단점을 보완할 수 있다[32]. 물리적 재활용은 폐플라스틱의 선별과 세척 과정이 필수적이라는 단점을 가지고 있다. 반면에 화학적 재활용은 플라스틱을 종류에 상관없이 분해할 수 있기 때문에 선별 및 세척 과정을 간소화할 수 있다[33]. 또한 플라스틱을 소각하여 발생한 열을 활용하는 열적 재활용은 소각 과정에서 다량의 온실가스 및 유해물질이 발생한다는 단점이 있다. 2020년을 기준으로 세계 화학적 재활용 시장의 규모는 수요 생산량 기준 90만톤이며, 전체 플라스틱 재활용 시장 대비 6.6%에 불과했다. 하지만, 물리적 재활용 기술의 한계와 각국의 환경 규제들로 인해 화학적 재활용의 성장률은 2020년부터 2030년까지 매년 17.1%일 것으로 전망된다[34].
2.1.1. 화학적 재활용의 종류
화학적 재활용의 종류는 전술했듯이 해중합, 가스화, 열분해가 있다.
해중합은 열과 촉매를 이용하여 폐플라스틱을 재생원료인 단량체나 길이가 짧은 중합체로 생산하는 기술이다[35]. 해중합을 통하여 재활용 할 수 있는 플라스틱은 PET와 PU 등 일부 플라스틱으로 한정된다. 또한 교보증권이 발표한 ‘플라스틱 재활용 당위성과 기술현황’에 따르면 석유에서 원료를 생산하는 방식에 비해 비용이 많이 들기 때문에 상용화를 위해 에너지 효율의 증가와 저렴한 촉매의 개발이 이루어져야 한다[35].
가스화(Gasification)는 약 850도 이상의 부분 산화 조건에서 폐플라스틱을 가스화 하여 일산화탄소와 메탄 등의 합성가스(Syngas)를 생산하는 기술을 말한다. 가스화 기술의 장단점을 Table 1에 제시하였다[36]. 합성가스를 통해 전기, 수소 등 다양한 파생제품 생산이 가능하지만 생산물이 연료나 에너지로 활용되므로 재생원료의 생산이 가능한 다른 화학적 재활용 방법과 차이가 있다. 이 같은 이유로 가스화 기술은 향후 수소 경제 도래 시 폐플라스틱을 활용한 수소 생산 방식으로 활용될 가능성이 높다는 점에서 의의가 있다[30].
열분해(Pyrolysis)는 무산소 조건에서 폐플라스틱을 섭씨 300~800도로 반응시켜 가스, 오일 등을 생산하는 기술이다. 열분해 기술의 장단점을 Table 1에 제시하였다[36]. 열분해를 하면 분자들이 분해되어 주로 탄화수소가 생성된다. 석유나 천연가스와 같은 연료로 이용할 수도 있고 플라스틱의 원료인 중질 가솔린(나프타)을 추출할 수도 있다[37]. 열분해 기술은 해중합 기술로 처리하기에 적합하지 않던 PE와 PP 같은 제품의 재활용이 가능하다[38]. 일회용품과 포장재의 주 원료가 되는 PE와 PP는 고분자 사슬이 모두 안정한 탄소-탄소 결합으로 이루어져 있기 때문에 해중합으로 처리하기 위해서는 많은 에너지를 투입해야 한다. 이 과정에서 온실가스 배출량이 상당하고 단위체의 높은 수율을 얻을 수도 없다. 이러한 이유로 PE와 PP는 열분해를 통해 처리하는 것이 적합하다[39]. 또한 열분해는 경제성 측면에서 예상 경쟁 제품인 석유 기반 나프타 대비 55~60% 저렴하여 가격경쟁력을 가지고 있다[30]. 이러한 화학적 재활용 중 본 논문에서는 열분해에 집중하여 분석하고자 한다.
2.2. 폐플라스틱 열분해
폐플라스틱의 열분해 주요 공정은 Fig. 1와 같이 폐플라스틱의 투입(Waste Plastic Injection), 열분해(Pyrolysis), 열분해 가스 이송(Pyrolysis Gas Transfer), 가스 응축(Gas Condensation), 열분해유 증류(Post-treatment of Pyrolysis oil), 유수분리(Separation of oil and Water), 저장(Storage and Shipping)으로 이루어진다. 부속 공정으로 잔재물 제거(Remains Removed), 비응축 가스 분리(Non-condensing gas Separation), 소각(Gas Incineration)이 있다. 비응축 가스 중 일부는 주요 공정에 열원으로 사용된다.
2.2.1. 열분해 공정 종류[41]
폐플라스틱의 열분해는 촉매 사용의 유무, 운전 방식에 따라 다양하게 구분될 수 있다.
2.2.1.1. 촉매 사용 유무
무촉매 반응에서 PE는 열분해유가 아닌 왁스로 쉽게 전환된다. 또한 무촉매 반응을 통해 생성된 열분해유는 탄소수가 높고 옥탄가가 낮으며 고형 잔재물이나 황, 질소 등과 같은 불순물의 양이 많다.
촉매 반응은 분해 반응속도가 빠르고 낮은 온도에서도 반응이 일어나기 때문에 공정 유지시간이 줄어들어 요구되는 에너지의 양을 감소시킬 수 있다. 또한 높은 탄소수의 탄화수소화합물이 촉매에 흡착되거나 더 낮은 탄소수의 열분해유를 생산할 수 있다. 이러한 과정에서 FCC, Cu-Al2O3, 폐(spent)FCC, HZSM-5, Co-Mo/z, ZSM-5, Zeolite-β, 붉은 진흙(Red Mud), 천연 제올라이트(NZ), FeO3, Al(OH)3Ca(OH)2 등과 같은 다양한 촉매가 사용된다. 하지만 촉매 반응은 무촉매 반응에 비해 가스의 발생 비율이 높아서 열분해유의 수율이 낮다[41].
2.2.1.2. 열분해 반응기 및 기술 종류
폐플라스틱 열분해 공정은 운전 방식에 따라 회분식, 반회분식, 연속식으로 구분되어 다양한 반응기와 기술이 적용될 수 있으며 공정별 예시는 Fig. 2와 같다.
(1) 회분식 및 반회분식 공정
회분식 공정은 일정량의 원료를 반응기에 투입하고, 일정시간동안 반응이 일어나도록 한다. 반응이 끝나면 생성물과 반응기 내에 남아있는 잔재물을 제거한 뒤에 다시 원료를 투입하면서 앞선 과정을 반복한다[43].
회분식 반응기는 반응이 진행되는 동안 물질의 유입이나 유출없이 폐쇄된 환경에서 작동한다. 기술이 단순하고, 초기투자비가 저렴하다는 장점이 있다. 하지만 반응 후 남은 잔재물을 수작업으로 제거해야 하기 때문에 작업강도가 높고, 1일 1회 운전하는 방식이므로 생산량을 확대하는 것에 한계가 있다. 또한 비연속적인 운전으로 인해 가열과 냉각을 반복해야 하므로 많은 에너지가 필요하다[44].
반회분식 공정은 회분식과 달리 반응이 일어나는 중간에 반응물을 추가로 투입할 수 있어 운전에 유연성이 있다. 하지만 회분식과 마찬가지로 작업강도가 높고 대규모 생산에 부적합하다는 단점이 있다.
(2) 연속식 공정
연속식 공정은 폐플라스틱을 조금씩 지속적으로 투입하여, 공정의 중단 없이 운전하는 방식이다. 대용량 처리가 가능하고, 장시간 안정적인 운전이 가능하다. 또한 수요에 따라 생산 수율을 조절할 수 있고, 실시간으로 폐플라스틱의 투입량과 생성물의 조성을 조절할 수 있다[44].
(3) 고정층 및 유동층 반응기
고정층 반응기는 불순물이 적고 크기가 일정한 연료에 대해서 그 기술이 간단하고 신뢰성이 있다고 알려져 있다. 고정층 반응기는 가스 냉각과 세정시스템을 포함한다. 공급 원료의 크기 및 모양과 같은 제약조건이 있고, 이를 고려하지 않으면 공정상의 문제가 발생할 수 있다. 고정층 반응기는 열전달 효율이 낮기 때문에 반응기 내부 온도가 균일하지 않아서 원료가 서로 다른 온도에서 분해된다.
유동층 반응기는 빠른 가열 속도와 상대적으로 짧은 체류시간 덕분에 열분해의 연속식 공정을 가능하게 한다. 고정층 반응기와 달리 원료가 유체상태로 이동하며, 높은 열전달 효율로 인해 균일한 온도에서 분해반응이 일어난다. 또한 회분식 공정보다 공정 운전의 유연성이 높고, 공급 원료를 자주 충전하지 않아도 되기 때문에 가동을 자주 중단할 필요가 없다. 촉매를 여러 번 재사용할 수 있기 때문에 촉매를 사용한 열분해에 가장 적합한 반응기로 평가된다.
유동층 반응기 또한 몇 가지 제약조건이 존재한다. 원료가 유체에 뜰 수 있을 만큼 비중이 작아야 하고, char를 분리해내기 어렵다. 이로 인해 대규모 시설에서는 거의 사용되지 않는다[42].
(4) 로터리 킬른 반응기
공급 원료를 가열하는 데에 있어서 고정층 반응기보다 높은 효율을 가진다. 기울어진 채 회전하는 반응기에서 공급 원료는 잘 혼합되고, 이로 인해 균일한 열분해유가 생성된다. 투입되는 폐플라스틱의 종류에 대한 제약이 적기 때문에 전처리 과정을 생략할 수 있다. 체류시간을 유연하게 조정할 수 있으며, 유지 관리가 간편하다는 등 다른 반응기에 비해 고유한 장점을 가지고 있어 현재 가장 많이 사용되고 있는 방식이다. 그러나 반응기가 회전하는 동안 외벽을 간접 가열하는 방식을 사용하기 때문에 열전달 효율이 낮아서 반응기 내부 온도가 균일하지 않다는 단점이 있다.
(5) 스크류 이송형 반응기
스크류 이송형 반응기는 체류시간의 조절이 용이하고, 운전 중 생성된 잔재물 제거가 용이하다는 장점이 있다. 또한 열전달 효율이 높아서 온도분포가 균일하고 이에 따라 열분해유의 품질이 균일하다. 단일 스크류 방식은 초기 투자비와 운전비용이 저렴하고 다중 스크류 방식은 초기 투자비가 높은 편이다[42].
(6) 마이크로파 기술
마이크로파 기술은 폐플라스틱 열분해를 위한 새로운 기술 중 하나이다. 이 공정에서는 마이크로파 흡수제를 사용하여 반응 시 흡수제를 통해 에너지가 공급 원료 전체에 전달될 수 있도록 한다. 전체 원료에 대해 균일한 온도를 유지시켜주기 때문에 기존의 낮은 열전달 효율로 발생하는 품질 문제를 해소하는 좋은 대안이 될 수 있다. 마이크로파를 이용하여 가열하게 되면 에너지가 흡수제를 통해 원료에 직접 전달되기 때문에 반응 시간이 빠르고 높은 에너지효율을 달성할 수 있으며 교반이 불필요하게 된다. 마이크로파를 사용하여 열분해를 할 경우, 가열 효율은 원료의 유전 특성에 의해 크게 달라진다. 하지만 아직 처리되는 폐기물의 유전 특성을 정량화 할 수 있는 충분한 데이터가 없기 때문에 상업적 규모에서 널리 활용되지 못하고 있다[45].
2.2.2. 열분해 생성물
가스(Gas), 오일(Oil, 이하 열분해유), char 등이 생성되며, 열분해유는 경질유(Light Oil), 중질유(Heavy Oil), 고비점 왁스(High Boiling Point Wax) 등으로 구성된다. 생성물의 비율은 공정마다 차이가 날 수 있지만, 대체적으로 열분해유가 주를 이루고 있다. 열분해유는 석유를 대체하는 원료 또는 연료로 사용되며 가스의 경우 열분해 공정 열원으로 활용된다.
2.2.2.1. 열분해유
열분해유란 열분해 반응기에서 발생한 열분해 가스를 응축시켜 생성된 액체 또는 그 액체를 증류 등의 방법으로 후처리 한 것을 말한다[41]. 한국순환자원유통지원센터 조사에 따르면 열분해 기술을 이용한 폐플라스틱 처리량은 2019년 13.7만톤, 2020년 14.7만톤, 2021년 27만톤에 이르며 열분해유 생산량은 2019년 4,163톤, 2020년 4,112톤, 2021년 8,617톤으로 매년 지속적으로 증가하고 있는 추세이다[31]. 이에 더해 대기업의 열분해 사업 투자로 열분해유 생산량은 증가할 것으로 기대된다[46-52].
2.2.3. 폐플라스틱 열분해 추진 현황
2.2.3.1. 국내 현황
우리나라는 2021년 기준 전체 플라스틱 폐기물 중 일회용 플라스틱이 약 46.5% 차지하고 있다. 일회용품에 주로 쓰이는 PE･PP의 처리와 순환경제 달성을 위해 열분해에 집중하고 있는 것으로 보인다[26].
2000년 이전에는 국내 열분해 기술개발에 대기업이 참여하였으나 경제성과 시장성 문제로 인해 해당 기술에 대한 관심이 점차 감소한 이후 중소기업 중심의 기술개발이 이루어졌다. 그러나 최근 플라스틱 재생원료에 대한 수요가 증가하면서 환경부와 산업통상자원부의 주도 하에 다양한 국내 기업이 열분해 기술을 이용한 열분해유 생산 사업에 뛰어들고 있다.
‘㈜한창’은 2022년 6월에 전라북도 군산시 국가산업단지 내에 열분해 플랜트 연구개발 센터와 설비 생산 공장을 개소했다. 이곳에서 계열법인인 ‘㈜에이치씨알’의 열분해 설비 ‘VESTA-10’을 최대 10세트까지 동시에 제작할 수 있다. 그리고 연구개발 센터를 통해 세트당 처리용량을 2배로 증가시키고, 연속식 공정을 개발하기 위한 연구를 진행한다[48]. 또한 전라남도 진도에 위치한 열분해 공장에서 연중 300일간 안정적인 가동을 통해 열분해유를 생산하고 정제기술을 이용하여 플라스틱 원료인 나프타 생산이 가능하다[49].
SK그룹 중 ‘SK지오센트릭’과 ‘SKC’에서 폐플라스틱 열분해 사업을 추진하고 있다. SK지오센트릭은 2022년에 열분해 및 후처리 과정에 대한 탄소 감축량 측정 방법론을 개발하여 환경부로부터 인증을 받았다. 또한 생산된 열분해유를 석유화학공정의 원료로 투입하기 위한 후처리 기술을 독자적으로 개발하고 대전 유성구에 위치한 SK이노베이션 환경과학기술원에 실증설비를 갖췄다[50]. 이를 통해 울산광역시에 폐플라스틱 재활용 종합단지인 울산ARC를 2023년 11월에 착공했다. 해당 공장은 2025년말 완공 후 2026년부터 상업 운전을 목표로 하고 있다. 이곳에서 열분해를 포함한 총 3종류의 공정을 통해 플라스틱 재생원료를 생산하며, 연간 폐플라스틱 총 32만톤을 처리할 수 있다[51].
SKC는 2020년 12월 울산시와 업무협약을 협력체계를 구축했으며, 2021년 6월 일본 벤처기업인 칸쿄에네르기(Kankyo Energy)가 보유한 열분해 기술을 이용하여 상업화를 추진중이다[52]. 이를 위해 같은 해 말 열분해 기술 연구개발 법인인 ‘올뉴원’을 설립했다. 이를 통해 열분해유로부터 불순물을 제거하여 플라스틱 재생원료를 생산하기 위한 연구개발을 진행한다. 또한 SK피아이씨글로벌 울산 공장에 파일럿 설비를 가동 중이다. 상업화가 완료될 경우, 연간 5만톤의 폐플라스틱을 이용하여 3.5만톤 이상의 열분해유를 생산하게 된다.
열분해유를 재생원료로 활용하는 사례도 있다. 2022년 10월 ‘LG생활건강’은 열분해유 기반의 재생원료를 활용한 화장품 용기를 제작했다. 이후 해당 용기의 강도와 유해물질 유무 등에 대한 안정성 평가를 거쳐 2023년부터 판매를 시작했다[54]. 또한 ‘롯데케미칼’은 ‘현대오일뱅크’로부터 열분해유 기반의 재생원료를 공급받아 플라스틱을 생산한다[55]. 생산된 플라스틱을 이용하여 2023년 6월 ‘풀무원’의 두부 용기를 생산하고, 2026년까지 전 두부 용기 및 소스 캡 등에도 확대 적용하는 내용의 MOU를 체결했다[56].
(1) 정책 현황
탄소중립과 자원순환에 대한 중요성이 대두됨에 따라 폐플라스틱 열분해 기술도 다시 주목받기 시작했다. 우리나라는 ‘2030 국가 온실가스 감축목표 상향안’에서 산업부문의 온실가스 배출량을 2018년 260.5백만톤 에서 2030년 222.6백만톤까지 감축할 계획을 밝혔다. 이를 위해 폐플라스틱 발생량 500만 톤 중 18.6%를 플라스틱 재생원료 생산에 활용할 계획이다[57]. ‘2050 탄소중립 시나리오안’에서는 2050년까지 산업 부문의 온실가스 배출량을 51.1백만톤 까지 감축하고, 앞서 언급한 폐플라스틱을 재생원료로 활용하는 비율을 50%까지 증가시킬 계획이다[58].
우리나라는 에너지 회수 목적의 열적 재활용을 재활용으로 인정함으로 열분해유를 연료로써 사용하는 경우에도 재활용으로 간주한다. 이에 따라 ‘탄소중립을 위한 한국형(K)-순환 경제 이행계획 수립’은 원료와 더불어 연료 생산 활성화도 동시에 추진하는 내용을 포함하고 있다[59].
환경부 또한 폐플라스틱의 열분해 처리 비중을 2021년 기준 0.1%에서 2030년까지 10%로 점차 증가시키겠다는 계획을 발표했다. 이를 위해 관련 제도를 개선하기 위한 노력도 함께 이뤄지고 있다. 최근 환경부는 석유화학 기업이 폐플라스틱에서 추출한 열분해유를 석유화학제품의 재생원료로 활용할 수 있도록 재활용 가능 유형을 추가했다[60]. 또한 폐플라스틱 열분해유를 재생원료로 사용하는 경우에 온실가스 감축효과에 따라 탄소배출권을 인정받을 수 있도록 관련 지침을 개정했다. 더불어 열분해 활성화를 위해 열분해시설 분류를 재활용 시설로 변경하였으며, 열분해시설 설치관리기준을 신설하는 등 폐기물관리법 시행령 및 시행규칙 개정을 추진했다.
2.2.3.2. 국외 현황
EU와 미국 등 주요국들은 폐플라스틱 열분해로부터 생산된 열분해유를 연료로 사용하한 것에 대한 부정적인 의견을 가지고 있다. EU는 폐기물 소각에 관한 지침에서 열분해를 통해 생산된 물질이 소각되는 경우, 해당 열분해 시설을 소각시설로 분류하고 있다. 미국 환경청(EPA) 역시 열분해를 연소로 구분하는 기존 규정을 유지하고 있다[61]. 세계자연기금(WWF)은 화학적 재활용을 온실가스 배출량의 관점에서 다른 재활용 방법을 보완하는 방식으로 사용해야 하며, 생산된 물질이 연료가 아닌 원료로 사용되어야 한다는 지침을 내놓았다[62].
열분해유를 연료가 아닌 원료로 사용하는 경우에는 재활용으로 인정하려는 움직임도 있다. EU에서는 포장 및 포장 폐기물 지침 개정안에 열분해유를 원료로써 사용하는 경우 재활용으로 간주한다는 내용을 포함했다. 또한 스페인은 ‘순환경제 법안 초안’을 통해 물리적 재활용과 더불어 화학적 재활용의 파생물을 일정 비율 이상 사용할 경우, ‘재사용이 불가능한 플라스틱 용기에 대한 특별세’를 감면한다는 내용을 언급했다[63].
(1) 독일
독일은 폐플라스틱 열분해 기술의 상용화를 가장 먼저 이뤘다. 하지만 1990년대에 폐플라스틱에 대한 분리수거 체계를 확립하여 물리적 재활용 확대 정책을 채택했다. 물리적 재활용이 불가능한 폐플라스틱은 처리비용이 저렴한 철강 및 시멘트 산업 등에서 에너지 회수를 위한 연료로써 활용하고 있기 때문에 열분해를 통해 처리되는 폐플라스틱의 비율이 매우 작다[64].
‘CONVESIO’에 따르면 2021년 독일에서 발생한 플라스틱 폐기물 567만 톤 중 366만 톤(64.4%)는 에너지 회수, 198만 톤(35%)은 재활용, 나머지 3만 톤(0.6%)은 매립 등으로 처리되었다. 재활용 중에서 다시 196만 톤은 물리적 재활용으로 처리되었으며, 나머지 3만 톤이 화학적 재활용 등을 통해 처리되었다. 즉, 화학적 재활용을 통해 처리된 폐플라스틱의 비율은 0.4%에 불과했으며, 열분해를 통한 처리비율은 이보다 더 작을 것이다[65].
독일 ‘바스프(BASF)’ 기업은 ‘켐사이클링(ChemCycling)’ 프로젝트를 통해 2019년 10월에 폐플라스틱 열분해유 생산 기업인 ‘콴타퓨엘(Quantafuel)’과 파트너쉽을 체결했다. 이후 2020년에 폐타이어로부터 열분해유를 생산하는 ‘피럼(Pyrum)’과 ‘뉴 에너지(New Energy)’와도 파트너쉽을 체결했다. 이들 기업으로부터 공급받은 열분해유를 이용하여 ‘BASF’는 ‘씨사이클드(CCycled)’라는 재활용 플라스틱 제품을 생산하고 있다[66].
(2) 일본
일본의 ‘플라스틱순환이용협회(プラスチック循環利用協会)’에 따르면 일본 내에서 총 824만 톤의 폐플라스틱이 배출된다. 이 중 물리적 재활용이 21%, 에너지 회수가 63%를 차지했으며, 4%가 화학원료를 생산하기 위해 사용되었다. 화학원료 생산에는 고로 및 코크스로 원료, 가스화, 유화가 포함된다[67]. 즉, 독일과 마찬가지로 에너지 회수 비율이 가장 높고, 열분해유 생산 비율은 매우 낮은 것으로 나타났다[67].
일본의 열분해 기술은 지자체와 대기업들이 기술개발과 상용화를 주도했고, 전처리 공정에 큰 비중을 둔 대규모 플랜트를 개발했다. 가동방식과 PVC 동시처리 여부, 촉매 사용 여부 등 매우 다양한 열분해 공정이 개발되었으며, 1990년대 후반에 들어 포장 및 용기류 플라스틱을 대상으로 실증 및 상용화 플랜트의 보급이 추진되어 연간 6,000~12,000톤 규모의 열분해 시설들이 가동됐다[64].
(3) 미국
미국 환경 보호청(EPA; Environmental Protection Agency)에서 보고한 ‘Adavancing Sustainable Materials Management: 2018 Tables and Figures’에 따르면 2018년에 플라스틱 소재의 도시 고형 폐기물 발생량이 약 3,570만톤이었다. 이 중 재활용으로 약 309만톤(약 8.7%)을 처리했으며, 매립으로 각각 약 562만톤(약 15.8%)과 약 2,700만톤을 처리했다[68]. 이에 EPA는 2030년까지 재활용률을 50% 이상으로 높이는 것을 목표로 하는 ‘국가 재활용 목표(National Recycling Goal)’를 2021년 11월에 발표했다[69]. 하지만 화학적 재활용에 대해서는 신중한 태도를 보이고 있다.
2020년 8월, EPA는 도시 폐기물 연소 장치에 대한 ‘기타 고형 폐기물 소각(OSWI; Other Solid Waste Incineration)’의 정의에서 ‘열분해/연소 장치’를 제거할 것을 제안했다[61]. 이는 열분해는 연소가 아님을 인정하는 조치였다. 하지만 해당 제안에 대해 미의회의 의원인 Cory Booker와 Alan Lowenthal을 포함하여 35명의 의원이 열분해 기술을 폐기물 연소로 규정하고, 규제를 계속할 것을 촉구하는 내용의 서한에 서명했다. 해당 서한은 열분해 과정이 물리적 재활용 대비 더 많은 이산화탄소를 배출한다는 내용을 포함하고 있다[70]. 이를 비롯한 여러 부정적인 의견에 대응하여 2021년 9월 EPA는 열분해에 대한 정보 수집과 규정 개발을 위해 ‘제안된 규칙 제정에 대한 사전 통지(ANPRM; Advance Notice of Proposed Rulemaking)’를 발표했다. 이를 통해 수집된 열분해에 대한 수많은 정보를 바탕으로 열분해에 대한 분석 및 평가를 하기 위해 상당한 시간과 인력이 필요하다고 밝혔다. 이에 따라 EPA는 분석 및 평가가 완료되기 전까지 이전 제안에 의해 열분해 장치가 규제없이 가동되는 것이 적절하지 않다고 판단했다. 결국 2023년 6월 이전 제안에 대한 철회를 결정했다[61]. 이러한 결정으로 EPA의 추가적인 결정이 있기 전까지 열분해 장치는 ‘청정공기법(CAA; Clean Air Act)’에 의한 규제를 받게 된다.
하지만 이 같은 연방 정부의 결정에도 불구하고 2023년 4월을 기준으로 미국 내 24개 주에서 플라스틱의 화학적 재활용을 촉진하는 법률이 통과되었다. 켄자스주(State of Kansas)는 열분해를 포함하여 폐기물을 원료 및 화학물질로 전환하는 것을 ‘고급 재활용(Advanced recycling)’이라고 정의했다. 여기에는 플라스틱 소각, 회수, 그리고 연료 생산은 포함되지 않는다. 또한 고급 재활용 시설을 제조 시설로 구분했다[71]. 다른 주들 역시 유사한 내용의 법안을 통과시켰다. 이러한 열분해 시설이 폐기물 처리 시설이 아닌 제조 시설로 구분될 경우, CAA에 의한 오염물질 배출 규제 강도가 약해지게 된다[70].
2.3. 주요 이슈 분석
2.3.1. 열분해의 시장성
EU와 미국, 영국 등 여러 주요 국가에서 탄소중립과 자원순환 체계 확립을 위해 재생원료의 사용을 촉진하고 있다[72]. 미국 캘리포니아주는 2022년부터 PET 병을 생산할 때 재생원료를 최소 15% 이상 사용할 것을 의무화했으며, 2025년에 25%, 2030년에 50% 이상으로 그 비율을 점차 확대할 예정이다. 영국은 재생원료 사용 비율이 30% 미만인 플라스틱 포장재 생산자와 수입자에 대해 1톤당 200파운드(약 33만원)를 과세하고 있다[73]. 또한 EU는 플라스틱 제품에 재생원료를 일정 비율 이상 사용해야 한다는 내용의 ‘포장재 및 포장재 폐기물에 관한 법률 개정안’을 2023년 11월 채택했다. 해당 규정에는 포장재 플라스틱을 PET 재질의 접촉민감성 포장(Contact sensitive packaging made from PET), PET 이외의 플라스틱 소재로 제작된 접촉민감성 포장(Contact sensitive packaging made from plastic materials other than PET), 1회용 플라스틱 음료병(Single-use plastic beverage bottles), 그리고 그 외 플라스틱 패키지(Other packaging)로 구분하고 있으며 각 포장재별 재생원료 의무사용 비율은 Table 2와 같다[74].
이 같은 이유로 향후 글로벌 플라스틱 재활용 시장은 2019년 기준 368억 달러에서 연평균 7.4%씩 성장하여 2027년 638억 달러로 60% 이상 성장할 것으로 전망된다[52]. 이에 환경부는 폐플라스틱 열분해유를 플라스틱의 원료로 재활용할 수 있도록 재활용 가능 유형을 추가하여 법적 근거를 마련했다[75].
우리나라는 2000년 이후로 기술개발이 중단되었던 열분해 기술을 폐플라스틱 발생량과 재생원료에 대한 수요 증가로 최근 다시 주목하고 있다.
석유화학기업에서 석유화학제품의 재생원료로 열분해유를 사용하기 위해서는 열분해유의 안정적인 공급이 보장되어야 한다. 폐플라스틱 열분해유의 수율은 날씨, 폐플라스틱의 품질, 불순물 존재 여부 등의 요인에 의해 크게 변한다[75]. 또한 폐플라스틱을 연료 및 원료로 전환하는 다양한 기술이 개발됨에 따라 폐플라스틱에 대한 수요가 증가하여 열분해 공정의 원료인 폐플라스틱의 가격이 상승했다. PE는 2020년 kg당 493원에서 2023년 8월 기준 721.5원, 동기간 PP는 447원에서 572.3원으로 증가했다[76]. 이처럼 폐플라스틱의 가격이 상승하면 열분해유의 가격도 상승하여 석유에 대한 가격경쟁력이 약화되므로 시장성이 저해될 수 있다.
또한 2021년 한국신재생에너지학회지에 게재된 내용에 따르면 우리나라에서 중소기업을 통해 생산되는 열분해유는 주로 난방용이나 산업용 ‘연료’로 사용되고 있다[77]. 하지만 전세계적으로 플라스틱에 대한 재생원료 사용 의무화 정책을 추진함에 따라 열분해유 및 열분해유 기반 재생원료의 수요가 증가할 것으로 예상된다. 이에 따라 열분해유를 생산하던 중소기업은 시장경쟁력 확보를 위해 열분해유를 연료가 아닌 플라스틱 ‘재생원료’로 활용할 수 있도록 후처리 공정 개발 또는 기술보유 업체와의 공급 계약 체결 등 방안을 마련해야 한다.
2.3.2. 열분해의 친환경성
열분해 기술은 오염과 혼합 배출로 인해 물리적 재활용이 어려웠던 폐플라스틱의 처리가 가능하고, 기존 소각(단순 소각과 소각 열 에너지 회수 시스템 포함)에 비해 온실 가스 감축 효과가 크게 나타난다[53]. 이와 더불어 이미 가공된 후 쓰임이 다한 폐플라스틱을 재생원료로 재자원화가 가능해 플라스틱 자원순환구조 구축에 중요한 역할을 할 것으로 전망된다[78,79].
Science of The Total Environment (Volume769)에 게재된 해당 LCA(Life Cycle Assessment) 연구는 2030년의 독일 전력 공급망 등을 가정하여 MPW(Mixed Plastic Waste, PP·PS·PE 등의 혼합 폐플라스틱) 1톤을 각각 열분해, 소각(Incineration), 그리고 RDF(폐기물가공연료; Refuse Derived Fuel)로 처리할 때 환경에 미치는 영향을 온실가스 배출량(CO2 eq.)으로 산정했다.
여기서 소각은 단순 소각이 아닌 생산된 증기를 통해 전력망에 공급할 전기와 열을 생성하는 에너지 회수 시스템을 의미한다. 세 처리 시스템 모두 폐기물 수집과 선별 과정까지 포함하고 있으며 추가적으로 열분해는 열분해유 정제 후 나프타를 생산하는 과정까지, 소각과 RDF는 각각의 증기와 전기 등의 에너지를 회수하는 과정까지 고려했다[80].
이 과정에서 열분해 공정으로 생산된 열분해유가 기존 나프타 생산 시 사용되는 화석연료를 대체했다는 점에서 0.423톤 CO2 eq.의 온실가스 감축량을 산정했고 소각과 RDF 공정에서도 발생한 열을 활용함으로써 화석연료를 대체할 수 있다는 점에서 각각 1.071톤CO2 eq.와 1.274톤CO2 eq.의 온실가스 감축량을 산정할 수 있었다[80].
그 결과 소각, RDF는 공정 과정에서 발생한 2.99톤CO2 eq. 에서 온실가스 감축량이 감안되어 각각 1.919톤CO2 eq., 1.716톤CO2 eq.의 온실가스가 배출되었고 이에 비해 열분해는 1.162톤CO2 eq.에서 온실가스 감축량이 감안되어 총 0.739톤CO2 eq.의 온실가스만이 배출되었다.
이 외에도 Neste가 LCA를 통해 2023년과 2030년으로 전기 혼합 또는 화학적 재활용 용량 증가와 같은 배경 요인을 고려하여 열분해와 소각의 온실가스 배출량을 비교하였다. 이때, 혼합 폐플라스틱을 소각에서 열분해로 대체하여 처리할 시 온실가스 배출량을 2023년 기준 1.0톤CO2 eq.에서 0.5톤CO2 eq.까지 50% 감축할 수 있으며 2030년 기준 1.4톤CO2 eq.에서 0.5톤CO2 eq.까지 60% 감축할 수 있었다[81].
열분해 공정 이후 생성된 열분해유를 기반으로 재생 플라스틱을 생성하는 것 또한 기존 화석연료를 기반으로 플라스틱을 생성했을 때보다 더 적은 양의 온실가스를 배출한다. 이를 증명하기 위해 1톤의 LDPE를 각각 열분해유와 화석연료를 이용해 생산한다고 가정했다.
이때 열분해유를 기반한 생산 과정에서 3.115톤CO2 eq.의 온실가스가 배출되지만, 기존 소각했어야 할 MPW를 열분해 공정에 활용했다는 점에서 3.565톤CO2 eq.의 온실가스 감축량을 감안할 수 있다. 그 결과 총 0.447톤CO2 eq.만큼의 온실가스가 오히려 감축하는 것으로 나타났다. 이에 비해 화석연료를 기반한 생산 과정에서는 이보다 더 높은 1.89톤CO2 eq.의 온실가스 배출량을 보였다.
위의 연구 결과들을 통해 열분해가 소각에 비해 적은 양의 온실가스를 배출하고, 기존 화석연료 기반 플라스틱을 대체해 온실가스를 감축하는 것을 입증한 한편 물리적 재활용과 비교했을 때 열분해는 상대적으로 많은 온실가스를 배출하고 있다.
Oeko는 Sphera와 Oeko-Institut의 LCA 데이터 값을 바탕으로 열분해와 물리적 재활용(Mechanical Recycling)의 온실가스 배출량을 비교했다. 본 연구에 의하면 2030을 기준으로 열분해와 물리적 재활용을 통해 1 kg의 PE·PP(50%/50%) 플라스틱을 생산한다고 가정했다. 폐플라스틱이 수집되어 온 이후 분리·선별된 PO(Polyolefines: PE·PP 포함)는 물리적 재활용으로 처리하고 물리적 재활용이 불가능한 PE·PP는 열분해로 처리했다. 이 과정에서 열분해는 2.91 kgCO2eq.의 온실가스가 발생한 반면 물리적 재활용은 이보다 약 9배 낮은 0.311 kgCO2eq.의 온실가스만이 발생했다.
이와 더불어, 열분해와 물리적 재활용 기반 재생 플라스틱이 각각 기존 화석연료 기반 플라스틱을 대체하며 새로운 플라스틱 생산을 방지해 나타난 온실가스 배출 절감 효과(Credit)를 고려하였다. 이때, 열분해 기반 플라스틱과 물리적 재활용 기반 플라스틱의 질적 차이로 인하여 약 20%의 차이가 존재한다. 하지만 이러한 Credit이라는 부가 가치에서 창출된 수치를 감안하여도 물리적 재활용이 열분해보다 2.14 kgCO2eq.낮은 온실가스 배출량을 보이며 온실가스 감축 효과를 증명했다[82].
이에 더불어 Oeko는 폐플라스틱의 처리 방법을 열분해에서 물리적 재활용으로 일부 대체할 경우 발생하는 환경영향에 대해 가정했다. 이때, 기존 열분해를 통한 화학적 재활용에서 물리적 재활용으로 10%, 30% 만큼 대체하였을 때 각각 10%, 31% 만큼의 온실가스 배출량이 감축됨을 증명했다[82].
위 결과들은 열분해보다 물리적 재활용이 선호되어야 한다는 것을 명확하게 보여주며 물리적 재활용 확대의 필요성을 상기시킨다.
2.3.3. 폐플라스틱 분리 및 선별 측면
열분해는 분리 및 선별 없이도 재활용이 가능한 방법이다. 하지만 열분해유의 수율을 높이기 위해서는 분리 및 선별의 과정이 수행되어야 한다.
이물질 제거, 건조, 파쇄 과정을 거친 선별품들(Remove foreign objects, Drain, Dry(crushed))의 수율은 40~60%이고, 미선별품(Unselection(compression))은 30%이하로 조사된다[31].
국내에서는 폐플라스틱을 분리 및 선별할 때 사람이 손으로 직접 골라내는 수선별 방식을 사용하고 있다. 이로 인해 하루에 수십만 톤의 폐기물을 선별하면 정확도가 떨어지는 문제점을 가지고 있다. 이러한 수선별의 문제점을 보완하기 위해 선별 과정을 자동화 및 첨단화 하는 방향으로 선별체제 고도화가 주목받고 있다. 그 중 광학자동선별기는 광선을 이용하여 플라스틱을 선별하는 기계이다. 플라스틱 재질과 색상을 근적외선과 가시광선으로 분석하여 유색 및 투명 페트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등을 골라낸다. 하지만 국내 재활용 선별장에서 광학선별기와 같은 현대화 시설을 도입한 선별장은 소수이다. 환경부에 따르면 지방자치단체와 정부가 운영하는 공공 선별장 187곳 가운데 현대화 설비를 도입한 곳은 17곳에 불과하다. 공공선별시설 현대화 작업은 예산 측면에서는 큰 사업이 아니지만 선별시설들의 호응 부족과 현대화 작업을 위한 부지 확보 문제 등으로 사업 반영율이 떨어지는 문제가 있다고 한다[83].
현 문제점 해결방안으로 정부는 광학선별기 설치 의무화를 2025년부터 적용하는 등 일정 규모 이상의 선별시설에 광학 선별기를 갖추도록 하고, 최소 설치 대수는 시설 규모에 따라 다르게 하여 고품질 재활용품이 선별되도록 했다[60]. 또한 이러한 정부의 동향에 따라 서울 도봉구에서 4세대 광학 선별기와 로봇 선별기를 도입하였고 이후 SK지오센트릭은 화성시, 친환경 소셜 벤처기업 수퍼빈과 협력하는 등 전국적으로 자동 선별기 도입이 확산되고 있다[84].
3. 결 론
열분해는 버려지는 폐플라스틱을 이용하여 석유와 비슷한 열분해유를 생산할 수 있는 기술이다. 열분해유는 연료로 사용될 수 있으며, 적절한 처리 공정을 거쳐 플라스틱 재생원료를 생산할 수도 있다. 즉, 열분해를 통해 폐기물 처리와 공업 연료 및 원료 생산이 가능하다. 폐플라스틱 발생량이 증가하고, 화석연료와 같은 천연자원이 부족한 우리나라에서 이러한 열분해 기술은 ‘도시유전’이라는 키워드로 주목을 받았다. 이에 정부는 폐플라스틱 열분해 산업 활성화를 위한 다양한 정책을 추진하고 있다.
하지만 이와 반대로 주요국들은 폐플라스틱 열분해에 대한 부정적인 의견을 가지고 있거나 기술 활성화에 신중한 입장이다. 또한 여러 선행 연구는 온실가스 배출량 측면에서 물리적 재활용이 열분해보다 친환경적이라고 결론지었다.
이에 탄소중립과 자원순환을 동시에 달성하기 위해서는 물리적 재활용의 활성화와 함께 화학적 재활용이 보완적인 요소로 활용되어야 한다. 물리적 재활용에 투입되는 폐플라스틱은 단일 소재로 이루어져있으며 오염도가 낮아야 한다. 따라서 물리적인 재활용의 활성화를 위해서 정확한 분리선별 과정이 필수적이다. 하지만 국내의 경우, 수작업으로 분리선별이 이뤄지기 때문에 정확도나 효율이 떨어져 물리적 재활용 공정에 투입될 수 있는 양이 적다. 따라서 물리적 재활용의 비율을 높이기 위해서는 분리선별 방식의 개선이 선행되어야 한다. 분리선별 과정에서 정확도와 효율을 높이기 위해서는 선별의 자동화 및 첨단화가 필요하다.
열분해를 폐플라스틱 처리의 보완적인 방법으로 사용함과 더불어 열분해유의 활용 방법에 대한 고민이 필요하다. 우리나라는 에너지 회수 목적의 열적 재활용을 재활용으로 인정함으로 열분해유를 연료로써 사용하는 경우에도 재활용으로 간주한다. 이에 따라 ‘탄소중립을 위한 한국형(K)-순환경제 이행계획 수립’은 원료뿐만 아니라 연료 생산 활성화도 동시에 추진하는 내용을 포함하고 있다.
하지만 세계적으로 열분해유를 연료가 아닌 원료로써 활용해야 한다고 강조하는 추세이다. 또한 여러 국가에서 플라스틱 재생원료 사용을 의무화함에 따라 열분해유의 원료로써의 가치가 증가할 것으로 예상된다. 따라서 열분해유를 연료가 아닌 원료로써 활용하려는 노력이 필요하다. 위와 같이 원유 추출기술을 비롯한 기후변화와 환경위기 극복을 위한 인류의 다양한 시도를 통해 인류가 지구에 영속할 수 있는 지속가능한 사회의 기반이 만들어 지기를 기대한다[85-101].
Acknowledgements
본 연구는 대한민국 과학기술정보통신부 재원으로 한국연구재단 중견연구자지원사업(No. 2021R1A2C1013989) 및 2024년 도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 지자체-대학 협력기반 지역혁신 사업(2021RIS-002)의 지원을 받아 수행되었습니다. 유튜브를 통해서도 본 논문의 내용을 감상할 수 있습니다.
Notes
Declaration of Competing Interest
The authors declare that they have no known competing interests or personal relationships that could have appeared to influence the work reported in this paper.