‘기능성 무기소재’ 폐석면 무해화 기술, 경제성·친환경 ‘1석2조’

■ 1급 발암물질 ‘폐석면’, 안전 저비용 처리 기술 절실

건축 및 산업 분야에서의 주요 재료로 사용되는 석면(石綿, Asbestos)은 섬유 형태를 가지는 규산화합물로 물리, 화학적으로 내열, 내마모성, 방음, 단열성 등에서의 우수한 특성을 가지고 있다. 이로 인해 절연체, 충진제, 방직제품, 건축 자재로의 벽재, 미장재, 바닥 타일, 천장재 등 전 세계적으로 다양한 분야에 석면이 사용돼 왔다. 사용 초기에 석면은 광물성 규산염이기 때문에 신체에 큰 문제가 없는 것으로 판단해 석면 분진으로 인한 인체 위해성에 대해서는 일반 분진과 같은 취급을 해왔다.

반면 1970년대 후반부터 석면이 가장 많이 사용된 건축 자재로부터 석면 분진 노출이 급증했으며 분진 흡입으로 인해 석면폐, 악성중피종, 폐암 등의 치명적인 질병유발의 원인으로써 인체 위해성이 알려지게 됐다. 이에 따라 1987년 세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소에서 석면을 1급 발암물질로 지정했고, 국내에서는 고용노동부 고시로 석면을 발암물질로 지정(제2008-26호)해 규제하고 있다.

석면 폐기물의 경우 전처리(폐석면 고형화 등)를 통한 매립 및 석면 섬유구조 변형을 통한 폐석면 무해화 및 석면을 대체할 수 있는 석면대체물질이 개발되고 있으나 전처리 작업의 어려움, 고비용, 매립 후의 석면 노출 등의 발생되는 문제로 인해 안전하며 저비용으로 처리하는 기술이 절실한 실정이다.

▲ 국내 석면 함유 폐기물 발생 및 처리 현황

■ 기존 처리 방법, 고에너지 소모·비용 증대 문제

현재 국내에서는 연구개발 단계의 석면 폐기물을 처리할 수 있는 기술로는 강산 처리를 통한 섬유상 구조를 제거하는 화학처리 기술, 고온 가열의 용융기술, 플라즈마 기술과 산소부하 연소에 의한 기술 등이 있다. 이러한 방법은 석면 자체가 갖고 있는 유해성에 비해 전처리에 사용되는 강산이 일으키는 문제가 더 크거나 고온 가열로 인한 고에너지 소모에 따른 처리 비용 증대 등의 문제를 가지고 있다.

특히, 가장 많이 연구되고 있는 화학적 공정을 통한 석면 무해화 기술은 산에 대한 높은 저항성 특성을 지닌 석면으로 인해 대부분 실험실 규모로만 개발이 진행된 상태로 실용화 단계의 기술이나 상용화 실증 장비에 대한 보고되고 있지 않은 상황이다. 이러한 석면 함유 폐기물의 효율적인 처리를 위하여 경제적, 환경적 측면 및 상용화 설비 구축까지 고려한 실질적인 처리 기술이 필요한 시점이다.

▲ 석면 함유 슬레이트 폐기물의 무해화 공정 결과(좌 : 무해화 공정 전 석면 확인, 우 : 무해화 공정 후 석면이 제거된 모습)

■ ‘폐석면 무해화 실증용 파일롯 플랜트 구축 및 재활용 기술 개발’ 사업 2018년 본격 시작

국가 R&D 투자사업의 일환으로 환경부 산하 한국환경산업기술원에서는 ‘환경산업 선진화 기술개발사업’을 통해 현장적용이 시급하거나 단기간 내에 시장 활성화가 가능한 환경기술의 사업화 촉진을 통해 산업의 에코효율성 및 경쟁력 향상에 나서고 있다.

이러한 사업의 일환으로 주관기관인 ㈜한국종합플랜트(과제책임자 최혁목 이사)를 중심으로 고등기술연구원(윤진호 박사), 공주대학교(김동욱 교수), 국민대학교(김석찬 교수)로 구성된 컨소시엄이 ‘폐석면 무해화 실증용 파일롯 플랜트 구축 및 재활용 기술 개발’ 사업을 2018년 하반기부터 지원하고 있다.

年 1,500톤급 상용플랜트 구축 눈앞, 폐석면 무해화 新시장 창출

한국종합플랜트·고기원·공주대·국민대 컨소시엄, 과제 성공적 수행

한국종합플랜트는 이번 사업을 통해 마이크로파와 기능성 무기소재를 이용해 폐석면을 무해화 할 수 있는 최적화 기술을 이용한 높은 경제성의 고효율, 친환경 공정을 개발했다.

이 공정의 처리 과정을 살펴보면 우선 폐석면 슬레이트는 파쇄, 분쇄 공정을 통해 1㎜이하의 분말로 만들어진다.

이렇게 만들어진 폐석면 분말은 마이크로파를 흡수하는 기능성 무기소재를 통해 1,200℃의 온도로 열처리돼 무해화 된다.

무해화된 석면은 XRD를 통해 석면 결정상이 제거된 것으로 확인됐으며, PL현미경과 SEM을 통해도 석면이 관찰되지 않았다.

▲ 폐석면 무해화 처리 공정 흐름도

기존 폐석면 무해화 처리 관련 기술로 알려진 플라즈마, 전기로 열처리, 마이크로파와 같은 열분해 용융 기술은 과다한 에너지 소비, 낮은 효율의 열처리 방식과 긴 공정시간 및 높은 투자비용 등과 같은 문제가 발생해 사업화에 접근이 어려웠다.

반면에 본 연구에서는 기능성 무기소재를 이용해 마이크로파의 에너지 효율을 향상시켰으며, 파/분쇄를 이용한 폐석면 분말화를 통해 석면의 무해화 시간을 단축시켰다.

이러한 결과는 다른 무해화 기술보다 경제성이 높을 것으로 예상된다.

이에 이번 결과는 국내외적으로 학술적 성과(SCI : Asbestos-containing waste detoxification by a microwave heat treatment using silicon carbide as an inorganic heating element, 非SCI : SiC 플레이트를 이용한 석면 함유 폐기물의 무해화 연구)와 실증 장비에 관한 지적재산권(석면 무해화 장치 및 이를 이용한 석면 무해화 방법(등록번호 : 10-2098876), 폐석면 무해화 처리장치(10-2166997) 등의 4건 특허 등록)을 확보함에 따라 기술 개발의 우수함을 인정받았다.

■ 年 1,500톤급 상용 플랜트 구축 기초 데이터 확보

현재 국내에서는 연간 18만톤 이상의 폐석면 함유물질이 수거되고 있으나 효율적인 무해화 및 재활용 기술이 미흡해 대부분 지정폐기물 업체에서 매립의 형태로 처리하고 있는 실정이다.

폐석면 슬레이트의 경우 2007년부터 지정폐기물로 분류되면서 발생량이 증가하고 있으며, 지정폐기물 매립장의 한정으로 인해 매립 처리 비용이 과다하게 소요(40만원/톤)되고 있다.

이러한 문제로 인해 이번 기술 개발로 하루 1톤급 폐석면 무해화 실증 플랜트 운영기술이 확보된다면, 연간 1,500톤급 상용 플랜트 구축에 필요한 기초 데이터를 확보하게 돼 폐석면 무해화 처리 시장을 새롭게 만들 수 있을 것으로 기대된다.

▲ 1ton/day급 폐석면 무해화 파일롯 플랜트 : (좌) 설계도, (우) 실증 장비

또한 연구개발 결과를 바탕으로 석면이 함유된 건축자재로부터 발생되는 폐석면(주요 성분 : Ca, Si, Mg)를 무해화하고 이를 산업용 소재로 이용할 수 있는 재활용 기반 기술을 확보했으며, 향후 상용화를 통한 폐석면의 매립이 아닌 시멘트, 무기접착제의 원료와 같이 건축 산업에 재투입이 가능할 것이라고 전망된다.

이와 함께 구축된 폐석면 무해화 장비를 통해 산화물 또는 탄화물의 유가소재로 분리까지 하게 된다면 산업 응용처가 다양할 것으로 기대하고 있다.

■ 주관기관 한국종합플랜트, 폐기물·수질·대기·기계설비 전문 기업

건강한 삶과 깨끗한 환경을 최우선으로 하는 ㈜한국종합플랜트는 장영일 대표를 중심으로 2005년에 설립됐으며 폐기물, 수질, 대기 및 기계설비 분야를 전문으로 하는 기업이다.

폐기물 분야에서는 슬러지를 완전 건조해 연료 또는 자원화하는 건조플랜트와 생활폐기물 및 산업폐기물을 소각하는 소각플랜트를 주력으로 판매하고 있으며 관련분야의 특허를 14건, 신기술 2건을 보유하고, 35건 이상의 플랜트를 시공했다.

수질분야에서는 하수고도처리 신기술을 취득해 120여 곳의 하·폐수처리시설에 현장 적용했고, 대기분야에서는 백필터, 스크러버, 반거식세정기, 악취방지시설 등의 각종 집진기류의 설계 제작 시공을 전문으로 수행하고 있다.

▲ 한국종합플랜트 전경