영화 ‘백 투 더 퓨처’에서 주인공들은 타고 다니던 타임머신에 연료가 떨어지자 브라운 박사가 알루미늄 폐캔을 연료통에 넣고 끄떡없이 시공간을 이동할 수 있는 것을 보여준다. 단순히 영화의 한 장면으로 볼 게 아니라 미래세계에서 모든 물질은 에너지로써 가치를 가질 수 있음을 시사하는 장면으로, 자원재활용에 관심을 갖는 관객들에게는 좋은 에피소드로 작용하였을 것이라 본다.
흔히 회자되고 있는 것처럼 ‘폐기물은 제3의 에너지’라는 말이 구호로서가 아니라 현실에서 기능하고 있다. 사실 쓰레기나 폐기물은 더 이상 없다고 해도 과언이 아니다. 정확히 정의하자면 ‘잘 못 놓인 물건(Misplaced Matter)’만 있을 뿐이다. 영화 ‘백 투 더 퓨처’에서 주인공들은 타고 다니던 타임머신에 연료가 떨어지자 브라운 박사가 알루미늄 폐캔을 연료통에 넣고 끄떡없이 시공간을 이동할 수 있는 것을 보여준다. 단순히 영화의 한 장면으로 볼 게 아니라 미래세계에서 모든 물질은 에너지로써 가치를 가질 수 있음을 시사하는 장면으로, 자원재활용에 관심을 갖는 관객들에게는 좋은 에피소드로 작용하였을 것이라 본다.
흔히 회자되고 있는 것처럼 ‘폐기물은 제3의 에너지’라는 말이 구호로서가 아니라 현실에서 기능하고 있다. 사실 쓰레기나 폐기물은 더 이상 없다고 해도 과언이 아니다. 정확히 정의하자면 ‘잘 못 놓인 물건(Misplaced Matter)’만 있을 뿐이다.
재활용은 창조다 …‘폐기물의 재탄생’그 의미
모든 것이 제 나름대로 가치를 갖고 있지만 폐기물 역시 참으로 매력적인 물질이다. 이 매력적인 물건을 제자리로 돌리는 것이 재활용이다. 재활용은 공학적으로 표현하자면 엔트로피를 낮추는 쪽으로 거슬러 올라가는 것이고, 좀 격식을 차리고 표현하자면 창조다.
이런 잘 못 놓인 물건으로부터 연료의 위치로 돌려 보려던 시도가 1986년에 우리나라에서도 있었다. 소위 ‘난지도 청소공장’으로 불리던 우리나라 최초의 대형 RDF공장이 하루 1500톤 규모로 건설에 들어갔지만, 한 번도 제대로 가동도 하지 못한 채 결국 문을 닫아 급기야는 농수산물 도매시장으로 쓰였던 사례가 있었다.
비슷한 시기에 청주에서도 유사한 사례까지 있었기 때문에 우리나라에서는 쓰레기는 역시 연료가 될 수 없다는 인식이 팽배했던 것은 사실이다. 물론 당시에는 각종 쓰레기가 분리되지 않아 젖은 음식물 쓰레기도 포함돼 있었고, 연탄재의 함량도 만만치 않았을 것이다. 게다가 충분한 기초 자료나 실험 없이 대형용량으로 설계된 점도 실패로 끝난 요인 중의 하나로 평가받고 있다. 그러나 무엇보다 우리나라에서의 실패요인은 수요(demand)가 약했던 이유로 유추되고 있다. 다른 표현으로는 ‘절심함’이 부족했기 때문이다. 환경에 대한 인식, 특히 대기오염원 배출이라는 것에 대한 민감성이 오히려 그때보다는 지금이 훨씬 고양돼 있지만, 오늘날 우리는 에너지 위기라는 절심함 때문에 이런 폐기물로부터의 연료를 생경하거나 두려움이 비교적 적은 상태로 받아들이고 있는 분위기다.
다른 측면에서 보면 높아진 환경의식이 폐기물연료를 허용할 때는 당연히 그만큼 기술개발 등에 의해 오염물 제어기술이 확립됐다고 신뢰하는 사회 전반적 성숙도 작용했을 것으로 보인다. 그러나 그 대체에너지에 대한 절실함은 이제 에너지 문제가 적어도 우리 내면적 잠재의식에서나마 단순한 풍족한 생활을 넘어 생존이라는 차원으로 이행되고 있음을 반영하고 있다고 할 수 있다.
원료로 변신한 인분(人糞) … 생존의‘절실함’
대체에너지란 석유에너지를 대체할 수 있는 에너지원을 말하는데 일반적으로 석탄, 석유, 원자력 및 천연가스가 아닌 태양열, 태양광 발전, 바이오매스, 풍력, 소수력, 지열, 해양에너지, 폐기물에너지로 구분되는 재생에너지 및 연료전지, 석탄 액화 및 가스화, 수소에너지로 상징되는 신에너지가 포함돼 있으며 현재 전 세계적으로 주목을 받으며 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
이중 선진국을 중심으로 실용화 단계에까지 접어든 것으로는 태양에너지, 풍력에너지가 있으며 나머지 부분도 실용화에 매우 근접해 있거나 개발에 박차를 가하고 있다. 이런 대체에너지 중에서 관점에 따라 달라질 수 있으나 가장 당면적으로 중요한 것은 폐기물에너지일 것이다. 이는 당장 가용할 수 있다는 점에서, 특히 에너지 다소비형 수요처에서 강하게 수요의 시그널을 보내고 있기 때문이다. 심지어 이런 수요는 일본에서 인분(人糞)을 시멘트 킬른의 원료로 사용하기 시작했다는 것에서 간접적으로 체감되고 있다.
폐기물에너지에는 아무런 가공 없이 그냥 원시적 상태로 태우는 흔히 말하는 ‘mass burning’이 있지만 이는 여러 가지 면에서 바람직하지도 않고 추천하기 어려운 방법이다. 그러므로 어떤 형태로든지 가공해 에너지화 시키는 기술들이 개발돼 왔는데, 그 대표적인 예가 물리적 공정에 의한 RDF화(Refuse Derived Fuel; 쓰레기로부터 얻어지는 연료)와 화학적 공정에 의한 유화로의 환원이다.
우리나라에서만 폐플라스틱으로부터 각종 기름을 얻는 십 수 기의 크고 작은 유화처리시설이 세워졌지만, 유감스럽게도 기술적으로 비교적 어려움 없이 가동 중인 것은 오히려 손꼽을 정도이고 나머지는 가동이 중단되거나 여전히 개발 중에 있는 것들이다.
이런 사실은 실험실적 원천기술의 확보는 어려운 것이 아니나 상용화까지의 기술, 특히 상용화 규모에서의 장기적 운전기술이 얼마나 지난한 것인가를 대변하고 있다. 이에 비해 RDF화 기술은 상대적으로 단순한 공정이기도 하겠지만 당장의 수요로 인해 추진에 탄력을 받고 있다. 폐플라스틱을 주원료로 재생에너지를 생산하는 RDF의 일종인 RPF(Refuse Plastic Fuelㆍ재생플라스틱연료)공장의 경우, 현재까지 한국환경자원공사의 인증을 받은 곳만 33곳이 된다. 다만 RDF 자체에 대한 인증제도가 아직까지 확립돼 있지 않아 정확히 RDF로 표현돼야 하는 재생연료공장이 몇 군데에 이르는지는 파악되지 않고 있다.
그러나 RDF시대의 본격적 전개에 앞서 우리가 RDF를 어떻게 볼 것인가에 대해 분명한 입장 정리가 필요하다. RPF공장의 경우에서 보듯이 근자에 처리시설들은 많이 생겨나는데 위에서 언급한 것처럼 정작 RDF에 대한 인증제도는 물론 규정 등도 확립이 돼 있질 않다.
이 문제는 비단 환경에 국한된 문제만이 아니라 우리나라 산업 전체적인 차원과 연관돼지는 문제이다. 어차피 RDF는 이제 피할 수 없는 시대적 요구가 되고 있으며 그에 따라 기술적 수준도 상당히 동반 향상됐다고 본다면 RDF를 쓰레기의 처리에 목적을 둘 것인지, 대체 에너지의 확보에 주안점을 둘 것인지 분명히 짚어둘 필요가 있다는 것이다.
이것이 명확히 정립돼야만 시행에서의 구체적인 절차나 규범 등도 확립돼지고 또한 명분이 형성돼질 수 있어 대부분의 국민들이 공감하는 장기적인 비전도 수립이 가능할 것이기 때문이다.
누가 RDF시대의 발목을 잡는가
생활쓰레기로 RDF를 만들면 매립 및 소각으로 소멸되는 자원을 에너지원으로 활용할 수 있으므로 새로운 천연자원을 보존하는 효과 이외에도 심각해지는 매립지난을 완화할 수 있고 소각에 의한 환경부하도 줄일 수 있다.
RDF를 신봉하는 사람들의 의견에 따르면, 약 4년 전의 자료이지만 우리나라에서 한 해에 배출되는 각종 폐기물 중 35%인 770만톤 정도가 RDF화가 가능한 것으로 분석되고 있다. 이렇게 해 얻어지는 RDF는 벙커C유로 환산하면 약 770만 ㎘에 해당된다고 한다.
또 이 양은 부피로 환산하면 총배출량의 60%에 해당되므로 이들을 모두 RDF화시킨다면 현재 전국적으로 한계상황에 도달한 매립지의 수명을 두 배로 연장시킬 수 있다는 계산이 나온다. 사실 우리나라는 유용한 대체에너지 원료를 매립시키고 있으며 이로 인한 2차오염과 매립지난을 가속시키는 반환경적 쓰레기 처리를 하고 있다는 비판이 있음도 부인할 수 없다. 유럽, 미국은 물론 일본에서도 RDF로 폐기물을 감량하기 시작한지가 20년이 넘었고 요즈음은 총배출량의 30%까지 이 방법으로 처리하고 있는 실정을 감안하면 이런 비난은 나름대로 근거가 있어 보인다.
RDF의 발생지는 유럽이다. 영국이나 북유럽에서는 가정 폐기물에 종이류와 플라스틱류가 많이 포함돼 있어 제조된 RDF는 가정용 연료나 중소업체의 산업용 보일러 연료, 지역난방용 연료 등으로 다양하게 사용되고 있다.
특히 독일에서는 1985년경부터 제철소 고로(高爐)에서의 열원 및 환원제와 시멘트 킬른에서의 연료로 폐기물을 사용하는 기술이 개발됐고 현재는 그 처리량이 전체 폐기물의 40% 이상이나 되고 있다. 참고로 독일에서는 고로에 사용되는 폐기물을 에너지재활용이 아닌 물질재활용의 범주로 인정해 주고 있다. 미국의 RDF기술은 유럽으로부터 들여왔지만 빠르게 전파돼 발전설비 같은 주로 대형처리시설에 응용되고 있다. 대형 발전설비 15기, 석탄 혼합연소 발전설비 12기, 중소형 발전설비 14기 등이 이미 2000년 이전에 가동을 시작했다고 한다. 국립알곤연구소 같은 첨단 연구기관도 RDF에 관심을 갖고 매진하고 있는 것도 큰 추진력으로 작용하고 있다.
일본은 원래 도심에서도 대형소각시설을 꾸준히 설치, 운전하는 등 전통적으로 폐기물의 에너지재활용에 강한 면모를 보여 왔다. 따라서 지난 1980년대 후반에 산업폐기물의 처리수단으로 RDF가 도입돼 본격적으로 중대형 산업보일러의 대체 에너지로 사용됐고 그 이후 시멘트 킬른용으로 꾸준히 사용돼 왔다.
1994년에는 RDF시설을 폐기물 처리 국고보조 지원시설로 지정했으며 매년 예산이 증가하고 있다. 이미 1999년에만 하여도 30기 이상의 RDF 제조시설이 가동하고 있는 실정이다. 최근에는 NKK 등에서 제철용 고로의 환원제로 사용하는 실용적 기술의 개발을 완료했거나 신기술의 개발을 활발히 추진하고 있다.
고로나 킬른에서 RDF를 연원료(燃原料)로 사용하면 에너지의 대체라는 효과 이외에 탄소로만 돼 있는 코크스나 유연탄만을 사용할 때보다 수소가 포함돼 있는 탄화수소의 연소에 의해서 상대적으로 이산화탄소의 배출이 적어져서 지구온난화 가스의 배출저감에도 도움이 되는 부수적인 장점이 있다.
‘누이 좋고 매부 좋은’폐기물 연료화
RDF란 어떠한 가공을 통해 연료로서의 이용성을 향상시킨 폐기물을 의미하는 Refuse Derived Fuel의 약칭으로, 직역하면 ‘폐기물로부터 만들어진 연료’를 의미한다. 국내외 문헌에는 WDF(Waste Derived Fuel) 또는 PRF(Processed Refuse Fuel)로도 불린다.
주로 폐플라스틱으로 만들어질 경우 RPF(Recycled Plastic Fuel)라고도 한다. 따라서 달리 정의하면 보통의 가연성 쓰레기를 성형 건조시켜서 수송과 보존이 가능하도록 만든 에너지 밀도가 높은 연료라고도 할 수 있을 것이다. 형태로는 고체는 물론 액체 및 기체로도 존재할 수 있다. 미국의 재료검사협회(ASTM)에서 분류하는 RDF의 종류에는 7가지가 있는데 자세히 알아보면 다음과 같다. 먼저 RDF-1은 전처리 해 곧바로 연료로 사용이 가능한 것이며, Coarse RDF라 불리는 RDF-2는 각변이 15cm 정도의 크기로 입도조정이 돼 있고 95% 이상 선별된 가연성물질이다.
반면 RDF-3은 Fluff RDF라고도 하는데 각변이 5cm 정도로 입도조정이 돼 있고 95% 이상 선별이 돼 불연성물질이 제거된 것이며 RDF-4는 Powder RDF인데 2mm 크기로 입도조정이 돼 있고 95%이상 선별됐으며 불연소성물질이 제거되고 건조된 것을 말한다.
RDF-5는 펠렛, 큐브렛 또는 브릿킷 등 일정한 형태로 압축·가공된 것으로 크기는 별도로 정하고 있으며 Densified RDF라고도 한다. 이 외에도 열분해유 같은 폐기물에서 얻어진 액체연료를 RDF-6라고 분류하며 Liquified RDF라고도 한다. 마지막으로 RDF-7은 폐기물에서 얻어진 기체연료로 Gaseous RDF라는 약칭을 갖고 있다.
그러므로 ASTM 분류에 따르면 폐기물 고형연료는 재생원료라는 RDF의 일부에 불과하다.
폐기물 중에서 RDF가 가능한 소재는 종이, 플라스틱, 섬유, 목재, 건초 또는 낙엽 등 가연성물질이다. 제조는 비교적 단순한 물리적 방법인 선별, 파쇄, 성형 등에 의해 이뤄지므로 비용도 상대적으로 저렴하다고 하겠지만 제조의 관건은 균질화를 위한 원료의 전처리에 있다.
다만 우리의 입장에서는 염분이 다분히 포함된 젖은 음식물을 여하히 배제하느냐 하는 것도 선결과제이다. 최근 대도시를 중심으로 전개되고 있는 남은 음식물 분리수거로 인해 이 문제도 어느 정도 실마리를 찾아가고 있다고 보인다.
또 성형과정에서 생석회나 소석회 같은 알칼리제의 첨가로 염소성분에 의한 다이옥신이나 염화수소의 생성이 어느 정도 제어돼질 수 있는 것으로 기대된다. 다만 다이옥신의 위해성이 워낙 크므로 이런 알칼리제를 비롯한 각종 첨가제를 이용한 제어기술에 대해서는 국가적으로 연구를 집중하고 진지하게 접근할 필요가 있는 부분이라 생각된다. 참고로 현재의 알칼리제는 RDF 내에서 수분흡수의 역할도 수행해 부패 방지와 악취 제거에도 기여한다.
기술, 노력만 있으면 에너지 위기는 없다.
기술적으로만 하여도 여러 문제점들이 있겠고 그중에서 가장 걸림돌이 되고 있는 것은 PVC와 알루미늄박의 문제일 것이다. 플라스틱의 하나인 PVC는 그 질감과 인쇄성이 좋아 미려한 포장지는 물론 전선, 바닥재, 파이프 같은 용도로 일상생활에서도 널리 사용돼 오면서 당당히 7대 범용수지 중의 하나로 취급 받고 있다. 최근에는 PVC를 포장재로 사용하는 것을 금지하는 추세가 전 세계적으로 확산이 되고 있으나, 그 독특한 재질적 특성으로 인해 모든 분야에서 일거에 그리고 완전히 배제할 수 없는 것도 엄연한 현실이다.
PVC가 혼입된 폐플라스틱은 화학적 분해에 의한 기름 등을 얻는 유화처리에서도 장치의 부식 등을 유발해 부작용을 야기하지만 RDF로 제조해도 많은 문제를 안기게 된다. 즉 연소과정에서 PVC에 함유된 염소 성분이 염화수소의 형태로 전환되는 것은 물론이거니와 연소로(燃燒爐)에서와 그 이후에 250에서 400℃ 부근의 비교적 제한된 온도가 유지되고 디노버합성에 필요한 조건들이 충족되어지는 경우 다이옥신 같은 맹독성을 지닌 유해물질로도 전환되어질 수 있는 가능성을 배제할 수 없기 때문이다. 다이옥신은 모두가 잘 알다시피 청산가리보다 적어도 수천 배는 더 독해 이때까지 밝혀진 인공물질 중에는 최고로 맹독성인 물질이다. 그렇다고 쓰고 버려진 각종 형태의 폐플라스틱이 섞여 있는 더미로부터 PVC만을 골라낸다는 것이 이론으로도 어렵지만 현실적으로는 더 어려운 일이다. 또 최근에는 EPR제도의 시행으로 인해 의무재활용에 포함된 알루미늄박이 내부에 코팅돼진 복합재질의 포장재들이 RDF 제조에 대거 몰리고 있다. 이는 알루미늄박이 코팅되어진 플라스틱 필름류가 물리적으로 재활용돼지는 것이 용이하지 않기 때문이다.
그런데 연소과정에서 알루미늄이 고온에서 흄(fume) 상태로 휘산 되어질 수 있는 문제점이 지적되고 있다. 물론 포장지 한 개에 함유된 알루미늄 양은 많은 것이 아니지만 전국적으로 발생돼지는 각종 필름류 포장재가 한 해에 거의 백만 톤 정도라는 보고가 있는 실정에서 아무런 대책 없이 굴뚝으로부터 쏟아져 나오는 알루미늄 흄의 피해도 충분히 우려해야만 할 것이다. 이러한 이유로 현재까지는 폐기물에너지 중의 RPF를 포함한 RDF는 시멘트 킬른의 연료로 주로 사용되어져 왔다. 시멘트 킬른에서의 연소조건은 워낙 고온이기도 하거니와 각종 알칼리질의 무기재료와 직접 부딪치면서 연소가 이뤄지므로 웬만큼 염화수소나 알루미늄 흄이 생성되어도 중화되거나 시멘트의 원료로 사용되어질 수 있고 경우에 따라서는 바이 패스 장치를 통해서 배출되어질 수 있다.
그러므로 현재까지는 우리나라에서나 이웃 일본에서도 시멘트 킬른이 이러한 RDF의 확실한 소비처로 자리 잡아 왔다. 앞서 언급했듯 인분도 사용할 수 있는 자신감을 확보한 시멘트공장은 과거의 에너지 다소비업종이라는 눈총에서 벗어나 이제 종합 폐기물처리업종이라는 별명을 갖기에 이르렀다. 그래서 업계 스스로에서부터 ‘주업이 폐기물 처리, 부업이 시멘트 제조’라는 우스개 소리까지 생겨나게 됐다.
그러나 기술개발을 꾸준히 경주해 PVC와 알루미늄박 같은 문제는 물론 다른 환경적인 세부기술까지 극복할 수 있는 RDF 제조 및 연소 방안을 마련해 비단 시멘트 킬른에서만이 아니라 주변의 비닐하우스 같은 원예단지 등에서도 폐기물에너지를 널리 사용할 수 있어 에너지 위기의 시대에 적극적인 대안으로 주목받고 있다.
백 투 더 퓨처에서처럼 무기물의 자동차 연료유화까지는 아니지만 유기물의 산업용 연료화까지의 적용은 그리 먼 미래의 이야기가 아니기를 기대해 본다. 물론 그 꿈을 실현하는 것은 온전히 우리 재활용기술자들 스스로의 몫이다.
취재·사진/ 김혜태 편집위원 (한국환경자원공사 기술연구부장 · 공학박사)
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