[붙임] 연구결과 개요

1. 연구배경

산업의 발전으로 인한 플라스틱 사용의 증대에 따라 가정과 산업 부문을 막론하고 폐플라스틱1)의 배출은 지속적으로 증가하고 있다. 전 세계에서 배출되는 대부분의 폐플라스틱은 중국으로 수출되어 처리되었지만, 2018년을 기점으로 발표된 중국의 폐플라스틱 수입금지 조치는 전 세계적으로 폐플라스틱 관련 환경 오염문제를 심화시켰다. 특히, 코로나로 비대면 영업이 증가함에 따라 가정에서 배출되는 플라스틱의 양은 폭발적으로 증가하고 있다. 이에 따라 플라스틱을 처리하는 다양한 방안에 대한 연구 필요성이 대두되고 있다.

열분해2) 기술은 폐플라스틱을 효율적으로 처리할 수 있는 대안으로 급부상하고 있다. 플라스틱을 300-800 °C의 고온에서 열분해시켜 기름을 만드는 것이다. 이는 원유를 대체해 석유화학제품으로 재활용할 수 있는 고부가가치가 있다.

하지만 해당 기술의 여러 이점에 비해 실제 산업 현장에 적용하기 위해 필요한 타당성 연구는 크게 진척되지 않았다. 또 원료로 사용되는 폐플라스틱은 그 배출원이 여타 산업과 달리 가정과 산업을 가리지 않고 넓은 지역에 걸쳐 분포되어 있어 기존의 중앙집중형 시스템을 벗어난 작은 규모의 분산형 플라스틱 열분해 시스템3)의 필요성 또한 거론되고 있다. 열분해유 사업에 뛰어드는 국내 정유화학 회사들도 열분해유 생산 자체는 외부 기업에 위탁하는 방식으로 접근하고 있는 만큼 분산형 열분해유 시스템에 대한 타당성 평가가 필요하다.

2. 연구내용

본 연구에서는 폐플라스틱 열분해 시스템에 대한 실제 데이터를 활용한 모델링을 진행한 후 실제 지정학적 데이터를 활용해 폐플라스틱 운송 최적화 모델을 개발하여 경제적·환경적 타당성 평가에 접목시켰다.

먼저 폐플라스틱 열분해 시스템에 요구되는 다양한 공정 변수와 관련 설비 기업에서 제공하는 실제 데이터를 활용해 성능 평가를 위한 모델링을 중앙집중형과 컨테이너 형태의 분산형으로 나눠 진행하였다. 또한, 1개의 중앙집중형 폐플라스틱 열분해 시스템 지역, 6개의 분산형 시스템 지역, 61개의 폐플라스틱 배출 지역을 고려해 폐플라스틱 운송 최적화 모델을 개발했다. 이는 기존에 시스템 측면만을 고려한 평가 모델과 달리 지정학적 요소를 고려해 실제 여건을 반영할 수 있다는 장점이 있다. 이렇게 수립된 모델에 자본비, 운영비, 열분해유 수율 등과 같은 변수들을 종합해, 주요 타당성 평가 지표인 폐플라스틱 처리 용량, 연간 순이익4), 이산화탄소 배출량을 평가하였다.

분석 결과, 중앙집중형 시스템에서는 3,100-4,600 kg day-1의 폐플라스틱을 처리할 수 있는데 반해 분산형 시스템은 비교적 적은 1,000-4,000 kg day-1의 용량을 처리할 수 있음을 보였다. 하지만 예측 폐플라스틱 처리 용량이 적음에도 불구하고, 분산형 열분해 시스템은 경제적·환경적 측면에서 우위를 보였다. 중앙집중형 열분해 시스템에서 예측된 연간 순이익은 최대 147,800 $ y-1인데 반해 분산형 시스템에서는 최대 196,600 $ y-1의 연간 순이익이 산출됐다. 특히, 중앙집중형 열분해 시스템은 시스템 변수에 따라 수익이 마이너스로 예측되기도 하여 분산형 열분해 시스템의 경제적 우위를 확인할 수 있다. 열분해를 위한 폐플라스틱을 운반하는 데에서 비롯되는 이산화탄소의 배출량 또한 중앙집중형 열분해 시스템의 670-1,430 kgCO2 km-1 day-1에 비해 현저히 적은 100-1,000 kgCO2 km-1 day-1가 예측되어 환경적 측면에서도 우위에 있음을 확인할 수 있었다.

3. 기대효과

플라스틱 열분해유 기술은 인간의 활동에 따라 필연적으로 배출되는 플라스틱 쓰레기를 처리하는 신기술 부상하고 있다. 인건비와 세척, 선별, 혼합과 같은 추가적인 단계를 거치며 비용이 들어간다는 기존의 재활용 패러다임을 탈피해 원유를 대체할 수 있을 것으로 기대되는 새로운 물질을 만들어낼 수 있다는 장점 때문이다. 본 연구에서 진행한 실제 데이터 기반의 성능 평가 모델과 지정학적 요소를 고려해 최적화한 운송 모델을 기반으로 한 타당성 평가는 폐플라스틱의 열분해 기술이 실제 산업에 적용되는 데에 이바지할 것으로 기대된다.

본 연구에서는 기존의 중앙집중형 폐플라스틱 열분해 시스템을 탈피해 폐플라스틱이 배출될 수 있는 지역에 가까이 적용될 수 있는 분산형 시스템에 대한 개념이 새로이 소개되었다. 이러한 분산형 시스템이 가질 수 있는 다양한 이점을 기존의 중앙집중형 시스템과 폐플라스틱 처리 용량, 연간 순이익, 이산화탄소 발생량과 경제적·환경적인 정량 지표와 함께 비교 분석하여 다양한 관점에서 해당 기술을 평가하였다. 뿐만 아니라, 본 연구에서 고안한 지정학적 요소를 고려한 최적화 모델은 특정 지역에서의 시스템 도입 이전의 예비 타당성 평가 방식을 보다 개선할 수 있으며, 중앙집중형 및 분산형 시스템에 대한 성능 평가 모델을 기반으로 시스템 측면에서의 기술개발이 발전함에 따라 변화하는 다양한 공정 변수 및 성능을 적절히 반영할 수 있다는 점에서 해당 기술의 상용화를 촉진할 것으로 기대된다.

[붙임] 용어설명

1. 폐플라스틱

가정 및 산업의 다양한 부문에서 사용되고 쓰레기로 배출되는 플라스틱. 배출원이 산재한 특징이 있다.

2. 폐플라스틱 열분해

폐플라스틱을 300-800 °C의 고온 조건에서 열처리하는 과정으로, 해당 기술을 통해 생산되는 열분해유는 원유를 대체해 석유화학제품의 원료로 재활용될 수 있음.

3. 분산형(decentralized) 플라스틱 열분해 시스템

대규모로 폐플라스틱을 처리하는 중앙집중형(Centralized) 시스템과 대조되는 시스템으로 공장 수준의 대규모 설비와 달리 컨테이너 형식과 같은 작은 설비를 바탕으로 폐플라스틱을 열분해할 수 있는 시스템.

4. 연간 순이익

자본비, 운영비, 이익, 세금 등을 종합적으로 고려해 수행되는 이익분석(Profitability analysis)의 주요 지표 중 하나로서, 연간 창출될 수 있는 수익을 나타냄.

[붙임] 그림설명