“플라스틱 재활용, 고부가형 물질 중심 必”

세계 플라스틱 재활용 시장, 24년 641억불, 연 9%↑

포장·건설·자동차·화학산업 등 응용처 다변화

■ 화학적 재활용 기술

1) 국내 동향

물질 재활용과 열적 재활용에 한정된 기술을 확장하여 화학적 재활용 연구가 필요하다. 혼합 폐플라스틱이나 이물질이 함유된 폐플라스틱의 재활용은 화학적으로 원료화하는 것이 최선의 방법이다. 화학적 재활용을 위해서는 플라스틱을 만드는 역방향의 반응이 필요하며, 이때 가장 중요한 것은 공정비용이 회수 플라스틱 비용보다 저렴해야 한다는 것이다.

이를 위해 공정의 최적화는 물론 역반응을 도와줄 수 있는 적합한 촉매 등이 개발되어야 한다. 착색된 PET 및 플래카드 등 섬유로 배출된 PET 폐자원은 물리적 재활용이 어려워 화학적 재활용으로 원료화할 수 있다.

다음 그림은 물질 재활용이 어려운 저급 PET를 대상으로 Glycolysis 및 Methanloysis 반응을 통해 화학적 재활용이 이루지는 공정을 나타내고 있으며, 이때 생성되는 DMT는 다시 플라스틱을 생산하는 원료로 사용할 수 있게 된다.

그림은 폐PVC를 촉매로 dehydrochlorination 반응을 통해 hydrocarbons와 HCl로 전환하는 공정을 나타내고 있으며, 생성된 HCl은 EDC와 VCM을 거쳐 다시 PVC로 사용할 수도 있다.

화학적 재활용은 종류별 고도분리작업을 할 필요가 없으며, 오염된 폐기물에 대해서도 크게 민감하지 않고 소비 에너지 측면에서도 물질 재활용 공정보다 유리하다는 장점이 있다. 주로 열분해 및 화학반응 공정을 통해 이뤄진다.

폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS) 등 범용 플라스틱의 경우 열분해 반응 혹은 열분해 반응과 촉매를 이용한 화학반응을 조합해 연료 혹은 화학원료로 사용가능한 유화제품으로 만들어지기도 한다.

화학적(Chemical) 리사이클은 폐플라스틱을 화학적으로 분해하여 화학원료로 이용하는 방법으로, 해중합법, 부분산화법, 열분해법, 유화기술법, 가스화 등의 방법이 있으며, 이 방법들은 반영구적인 리사이클이 가능하고 순환형 경제사회에 최적화된 방법이기는 하나 고도의 기술이 요구되며 비용적인 난이도가 높아 실제로 적용되기 어려운 단점이 있다.

2) 해외 동향

일본의 경우는 Toray社가 나일론6 수지를 화학적으로 분해하여 원료인 카프로락탐(carprolactam)으로 환원시켜 다시 나일론6으로 재생하는 화학적 리사이클 방식을 적용하고 있다(그림 22).

PET 리사이클 사업 형태는 재생형과 회수순환형 두 종류로 나누어 실시하고 있으며, 재생형은 회수된 PET병 등을 펠릿(Pellet)으로 만들어 다시 섬유 형태로 방사하는 방법으로 리사이크론(Recyclon)이라는 상표로 판매되며 에코마크 대응 상품으로 전개 중이며, 회수순환형은 사용된 섬유제품의 판매 및 회수 루트를 통해 회수하고 다시 지퍼, 패딩용 중면 등과 같은 부자재로 리사이클 하는 방법이다.

일본의 Teijin社는 화학 원료화 사업을 통해 fiber to fiber, bottle to bottle(B to B)기술을 개발하였음. 회수 PET병에서 석유로부터 제조된 것과 동질의 고순도 PET 원료(DMT, EG)를 회수하고 정제, 중합하여 PET bottle용 수지를 제조하고 있다.

최근 Teijin은 폴리에스터 섬유로부터 DMT를 제조하고 이로부터 섬유를 생산하는 Eco Circle Program을 태국에 수출하였으나 Teijin의 DMT 제품은 가격대가 높은 문제가 있다.

(주)페트리버스는 일본의 벤처기업으로, PET병을 이종 수지, 금속과 분리 및 분쇄한 후, EG와 촉매를 통해 BHET를 생산하고 이를 고순도 정제하여 용액중합, 고상중합을 거쳐 PET 수지를 제조하고 있으나 순도가 낮아 섬유 제품에는 사용이 어려움이 있다.

GE plastic社에서는 폐 PET를 화학적으로 재활용하여 고부가 PBT 엔지니어링 플라스틱을 개발하였으며 이 방식은 이산화탄소의 대기 방출, 고체 폐기물을 감소시키는 장점이 있다.

■열적 재활용 기술

1) 국내 동향

플라스틱 폐기물은 원료가 석유로 되어 있어 발열량이 높아 연료화가 가능하다. 폐플라스틱을 연료화시키는 기술에는 ‘RDF(Refuse Derived Fuel)’와 ‘RPF(Refuse Plastic Fuel)’하는 기술과 열분해 유화와 가스화 기술이 있다.

RDF와 RPF는 둘 다 폐기물에서 가연물을 선별해 제조한 신재생 에너지라는 점에서는 공통점이 있으나 RDF는 일반 생활폐기물, RPF는 폐플라스틱이나 목재와 같은 산업 폐기물이 원료가 되기 때문에 품질의 차이가 있다.

반면 열적 재활용 기술이 도입되면서 재활용이 되지 않던 식품 봉지 등 필름류도 재활용이 가능해졌으나 소각으로 인한 유해 배출물 발생의 문제로 인해 연료화 수요는 점차 줄어들고 있다

열적 재활용 분야의 기술개발은 환경부 생활폐기물 재활용 기술개발사업을 통하여 열분해 유화 분야는 ㈜에코크레이션에서 저급 폐비닐을 이용한 저염소 청정오일 생산기술개발, 가스화 분야에서는 ㈜케이.피.씨에서 폐저급 혼합 폐플라스틱을 이용한 플라즈마 방식의 열분해 가스화 기술개발 연구, 고품질 SRF 분야는 ㈜화인 불용성 양극전극을 활용한 저급 혼합 플라스틱류의 청정 고품질 SRF 제조 실증화 기술 개발 연구, 시멘트 공정 적용분야는 성신양회(주)에서 고온 열원을 이용한 시멘트 소성공정 폐플라스틱 처리 고효율 연소시스템 개발 연구, 아세아시멘트에서 보조연소 기술을 활용한 생활폐기물 사용량 60% 증대 및 NOx 배출 20% 저감형 시멘트 소성공정기술 개발 연구가 진행 중이다.

2) 해외 동향

영국은 폐플라스틱 포장재 재활용 방안으로 재활용 전문 업체 Recycling Technologies와 대형 유통 업체인 Tesco와 협업을 통해 폐플라스틱 포장재 재활용 기술 적용 및 시범사업을 진행 중이다.

Tesco의 10개 매장에서 재활용이 어려운 폐플라스틱 포장재를 수집하여 새로운 왁스 및 플라스틱 제품 제조에 사용 가능한 Plax(산업용 왁스)로 재활용한다. 수집된 폐플라스틱은 혼합 및 파쇄되어 무산소 가열을 거쳐 증기로 분해를 통해 Plax로 재탄생한다.

향후 Recycling Technologies는 플라스틱 전용 재활용 장비(RT7000)를 영국 전역에 보급하여 2027년까지 약 1,000만 톤의 폐플라스틱을 재활용하여 약 700만 톤의 Plax를 생산할 계획이다.

BASF의 캠사이클링(chem-cycling)은 열적 재활용의 대표적인 열유화 기술이다. 세계적 플라스틱 기업 중 하나인 BASF에서는 다음 그림과 같이 폐플라스틱에 열화학적 공정을 통해 합성가스 및 오일과 같은 원료를 추출하여 제품 생산에 필요한 화학원료를 대체하는 공정을 개발하여 가동 중이다. 이 리싸이클링 공정을 캠사이클링(Chem-Cycling)이라 명하고 여기서 생산된 원료로 식품 포장재 등을 생산하고 있다.

■국내 산업동향

1) 국내 플라스틱 및 폐기물 시장 동향

국내 플라스틱 생산량은 2011부터 2018년까지 지속적으로 연평균 2.2%씩 증가하였고, 2017년 사상 최고치인 1,406만 톤을 기록했다. 이 중 과반수 이상이 해외로 수출되고 적은 양이 수입된다. 플라스틱 국내 수요량은 2017년 기준 660만 톤이며, 2011년부터 2018년까지 연평균 2.5%씩 증가하였다.

합성수지의 연간 총생산량은 2019년 기준으로 연간 1,450만 톤(국내+수입)이었으며, 그중 국내 소비가 642만 톤으로 집계되고 있으나 전체 생산량의 약 50% 정도 명확한 집계가 이루어지지 않고 있다.

2018년 폐기물 재활용실적 자료(환경공단)에 따르면 전체 페기물의 재활용 제품 판매액은 약 9조930억원 규모이며, 그중 폐합성고분자화합물(플라스틱으로 분류) 판매액은 1조 5,588억원으로 집계되고 있으며 전체의 17.14%를 차지하고 있다.

그러나 신영증권에서 추정한 국내 폐기물 시장 규모(그림 30)는 2018년 기준으로 약 16조 원에 달하는 것으로 나타나고 있다. 국내 폐기물 시장은 대략약 9∼16조 원 규모로 추정할 수 있을 듯 하며, 플라스틱 재활용 시장은 1.5조∼3조 원 규모로 예상할 수 있다. 또한, 재활용 기술의 발전에 따른 재활용률의 증가 및 고부가치화를 감안한다면 향후 시장규모는 급격히 증가할 것으로 예상할 수 있다.

2) 기업 현황

국내의 대표적인 폐기물 종합선별기기 제조업체로는 인선이앤티, 대경에스코 등이 있으며, 각종 자동선별기를 제조하는 ㈜ACI, 플라스틱 분리선별장치를 제조하는 ㈜이오니아이엔티와 수비엔텍 등이 있다. 한편 인공지능 알고리즘을 적용한 재활용품 수거기를 제조·보급하는 수퍼빈 등도 있다.

대표적인 플라스틱 분리선별 기업은 알엠, 유일산업, 준영산업, 새롬ENG 등이 있으며, 재생수지 컴파운딩 및 자동차 전자부품용 소재 생산 기업은 ㈜대응, ㈜원폴, ㈜폴리테크, ㈜대원케미칼, ㈜그린폴 등이 있으며, 세척-파쇄-압출 전문 기업은 덕승, ㈜대한실업 등이 있다.

■해외 동향

1) 시장규모 및 전망

시장조사업체 Markets and Market에 따르면 세계 플라스틱 폐기물 관리 시장은 2022년 약 503억 달러에 이르며 2017년 약 369억 달러 대비 36% 성장률을 보일 것으로 예상한다.

시장조사업체 Prescient & Strategic Intelligence에 따르면 세계 플라스틱 재활용 시장은 2024년 641.4억 달러에 이르며 2018년 대비 연 8.6% 성장률을 보일 것으로 예상한다.

2) 기업 현황

글로벌 폐기물 수거 재활용 시장의 대표적인 기업은 Advanced Disposal(미국), Clean Harvors(미국), Biffa(영국), Covanta Energy(미국), Daiseki(일본) 등이 있다. 글로벌 재활용 장비 및 기계 시장의 주요기업으로는 Lefort(벨기에), Daniel Centro Recycling(미국), Morita Holdings Corporation(일본), FORREC(이탈리아), BHS-Sonthofen(독일), Panchal Plastic Machinery Private Ltd(인도), Mid-Atlantic Waste Systems(미국), Idromec Spa(이탈리아), Recycling Equipment Manufacturing(미국), Recycling Equipment Corporation(미국) General Kinematics(미국), Kiverco(영국), American Baler(미국), Sherbrooke OEM(캐나다), MHM Recycling Equipment(영국), Godswill Satisfies(대만), Ceco Equipment Ltd.(아일랜드), Marathon Equipment(미국) 등 있다.

플라스틱 재활용 및 재가공 제품은 포장, 건설, 자동차, 화학산업 분야에서 응용되고 있으며, 재활용 되는 플라스틱 성분은 주로 PVC, PP, PE, PU, ABS, PA, POM를 대상으로 한다.

대표적인 기업은 Sesotec(독일), Green Concept Technology Sdn Bhd(말레이지아), Thai Plastic Recycle Group Co. Ltd.(태국), Dragon Alliance Sdn. Bhd(말레이지아), DH Recycling Ltd(영국), Lee Cycle Resources(싱가포르), EPD Plastic Industries Sdn Bhd (말레이지아), Green Mark Technology Group Sdn Bhd(말레이지아), PT Inocycle Technology Group(인도네시아), Wespack Waste Management Sdn Bhd(말레이지아), Gee Hoe Seng Pte Ltd.(싱가포르) 등이 있다.

■미래 연구방향

정부는 자원순환 정책방향을 “감량, 재사용, 재활용, 에너지 재활용, 안전처리” 순서로 우선 순위를 정하고, 생산소비 단계에서 자원의 효율적 이용과 제품의 재사용을 추구하면서 에너지 재활용 위주의 양적 팽창에서 벗어나, 고부가가치형 재활용 제품을 생산하는 물질 재활용 중심의 재활용 체계를 개선하는 정책 방향을 설정했다.

지금까지 폐기물 발생 이후 사후 처리에 중점을 두었던 것과 달리 앞으로는 제품의 생산부터 재활용까지 전 과정에 대한 자원 순환성 개선을 추진할 예정이다.

이를 위해 자원순환 성과를 측정 평가할 수 있도록 성과관리시스템을 개선하고 원료투입부터 제품, 생산, 폐기물 처리에 이르기까지 전 과정에 대한 물질흐름분석 시스템을 구축하고 지역별 폐기물 처리 최적화를 추진할 예정이므로 이에 대응한 관련 분야의 기술개발이 증가할 것으로 예상된다.

■정책 제언

최근 선진국은 포장용기(폐플라스틱 포함)의 재질 개선 등을 통해 재생품의 품질을 향상시켜 시장에서 재활용 원료로 선호되고 있다.

반면 우리나라의 폐플라스틱은 여러 이물질과 재질이 다른 물질이 포함되어 선별공정에 비용이 추가로 요구되므로 수입국에서 외면하고 있다.

또, 폐플라스틱의 품질에 상관없이 재활용품으로 분리해서 물질을 재활용하고자 함으로써 재활용 비용이 상승하고 좋은 품질의 재활용 원료를 생산하기 어려우므로 시장에서 외면을 받고 있다. 이러한 재활용품 분리선별은 수거, 분리 및 선별 비용이 재활용품 판매 수익에 비해 매우 커서 재활용이 활성화되지 못하고 있다.

이러한 것들은 물질 재활용 비용을 상승시키고, 폐기물의 처리 흐름상에 매립 제로화를 유도하기 위해서는 물질 재활용이 어려운 경우 에너지화가 불가피하다. 현재 고형연료의 사용 시설에 대한 사회적인 불신 초래 및 규제 강화로 공급 대비 수요가 급감함에 따라 고형 연료의 대부분이 무상으로 공급되거나, 시멘트 시설 등에서 처분되는 실정이다.

코로나-19 및 1인 가구 증가와 쓰레기 분리배출의 피로감으로 인해 양질의 재활용품을 얻기 위한 분리배출의 어려움은 증가할 것이므로, 이를 인식하여 폐플라스틱의 감량 및 재활용 활성화를 위해서는 폐플라스틱의 물질 흐름도를 바탕으로 단계별로 감량 및 재활용 증대를 위한 개선이 이루어져야 한다.

▲ PET 폐자원으로부터 DMT(dimethyl terephthalate) 추출공정

▲ Toray社의 리사이클 PET 제조공정

▲ RT7000을 이용한 재활용 기술 개념도

▲ BASF의 폐플라스틱 chem-cycling 개념도