최근에 인구 증가 및 에너지 소비량 증대와 더불어 여러 가지 지구 환경 문제에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 폐기물 관련해서 쓰레기 처리장의 용량 부족, 불법 투기의 증가, 소각에 의한 유해물질의 부적정 처리 등 많은 문제를 떠안고 있다. 한편, 에너지 자원 문제도 심각해지고 있으며 석유나 천연가스 등의 화석연료 고갈에 대한 우려도 점점 높아지고 있다. 이러한 문제의 해소 수단의 하나로써 식품 리사이클을 들 수 있다. 식품 리사이클이란 음식물 찌꺼기 등의 유기성 폐기물을 메탄가스나 사료·비료 등의 형태로 회수하는 기술이다. 2007년에 개정된 식품 리사이클법과도 관련해서 폐기물 문제의 대책으로서 주목을 모았던 기술이다. 그 중에서도 메탄가스로 회수하는 방법은 에너지로서 발전이 가능하다는 특장점이 있다. 이번 회에서는 메탄가스 회수 설비를 갖추고 있는 바이오에너지 주식회사와 재팬 리사이클 주식회사를 방문 취재했다.
식품 리사이클의 배경
식품 리사이클법은 식품 폐기물 발생 억제와 감량화를 위해 식품 관련 사업자들에게 순환자원의 재생 이용을 촉진할 목적으로 2000년에 제정되었다. 시행 후 식품 폐기물의 재생 이용 실시율은 상승했으나, 사업자별로 보면 제조업에서부터 도매, 소매, 외식과 식품이 유통됨에 따라 저하되는 문제가 있었다. 이 원인의 하나로 식품은 가공되는 과정에서 많은 염분과 수분을 함유하게 되어 사료나 비료로 재활용할 수 없다는 점을 들 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해 식품 관련 사업자에 대한 지도 감독을 강화하는 등의 항목이 추가되어 2007년도의 개정을 거쳐 현재에 이르게 된다. 또 폐기물 문제는 도시화 문제와도 매우 연관성이 깊은데 도시 집중화 현상이 벌어지고 있는 도시에서는 대량생산 및 폐기의 경향이 짙어 그 처리능력이 따라주지를 못하여 도시 외곽에서 처분할 수밖에 없는 문제가 발생한다. 하지만 폐기물을 수용하는 지역에서의 거부감도 엄연히 존재하기 때문에 각 지역에서 배출한 폐기물은 배출한 지역에서 처리하는 것이 중요하다고 하겠다. 이러한 도심부의 폐기물 문제를 해결하고 순환형 사회 구현을 위해 도쿄도에서는 폐기물 처리와 리사이클 시설의 정비를 추진하는 슈퍼 에코타운 사업을 진행하고 있다. 이처럼 폐기물 문제를 해결하기 위해 여러 다양한 접근법에서의 대책 마련이 이루어지고 있다. 그 중에서도 특히 식품 리사이클의 역할에 기대가 모아지고 있다.
메탄 발효와 바이오매스 발전
먼저 바이오에너지㈜의 조난지마 공장을 소개한다. 조난지마 공장에서는 회수한 식품 폐기물을 메탄 발효시켜 추출해낸 메탄가스를 연료전지와 가스엔진을 이용하여 바이오매스 발전에 사용하고 있다. 바이오매스란 식품 찌꺼기 등의 생물체 에너지이다. 회수한 폐기물만을 이용하여 발전하기 때문에 전기, 가스, 석유 등을 외부로부터 투입할 필요가 없으며, 이 시설 내에서 에너지의 순환적인 이용이 이루어지고 있다. 고형폐기물은 110t/일, 액체 폐기물은 20t/일의 양을 수용하며, 발전량은 약 24000㎾h/일이다. 이산화탄소 절감 효과는 1년에 5000t에 이른다. 이 시설의 처리 공정도를 <그림 1>에 나타내었다. 먼저 폐기물은 파쇄기에서 잘게 부수어 분쇄된다. 다음으로 선별기에 의해 플라스틱이나 금속 등의 비유기물을 분별한다. 그리고 메탄균을 보유한 발효탱크(<그림 2> 참조)에서 가스를 발생시켜, 생성된 메탄가스로부터 황화물을 제거하여 저장탱크(<그림 3> 참조)에서 회수한다. 마지막으로 모아진 메탄가스는 뒤에 설명할 발전설비에 의해 전기에너지와 열에너지로 이용된다. 메탄발효의 큰 이점은 염분이나 수분 등이 많이 함유된 식품도 사용할 수 있다는 점이다. 염분 농도가 높은 식품은 비료 등에 사용하면 토양에 남아 사용할 수가 없다. 또 수분이 많은 경우도 사료나 비료에는 적합하지 않을뿐더러 소각 시에 효율을 저하시키는 원인이 된다. 한편, 메탄가스로 회수하는 경우는 수분이 메탄 발효탱크 안 폐기물의 염분 농도를 떨어뜨리기 때문에 유효이용이 가능하다. 이를 통해 외식산업 등에서 발생한 조리 후의 음식 찌꺼기에도 재활용이 가능하게 되어 앞에서 설명한 식품 리사이클의 문제를 해소하는 데 도움이 될 것으로 사료된다. 더욱이 계절에 따라 크게 변동하는 사료 및 비료의 수요에 비해 메탄가스의 수요는 매우 안정적이라는 장점도 가지고 있다. 발전설비는 연료전지와 가스엔진을 사용하고 있다. 연료전지란 물에 전기를 흘려보내면 산소와 수소로 분해되는 현상의 역반응을 이용하여, 산소와 수소를 가지고 전기를 만들어내는 발전설비이다. 연료전지 설비에서는 먼저 위에서 설명한 프로세스로 회수한 메탄가스로부터 수소를 만든다. 이때에 이산화탄소도 함께 발생하나 이것은 본래 광합성에 의해 대기 중으로부터 흡수가 된 것이다. 즉, 대기 중 이산화탄소의 양에는 영향을 주지 않는(증가시키지 않는) 카본 뉴트럴Carbon Neutral이다. 이 점으로부터 이 발전장치는 화석연료를 연소시켜 발전하는 방식과는 달리, 환경에 부하를 끼치지 않는 메리트가 있다. 이렇게 해서 얻은 수소와 공기 중의 산소를 반응시켜 발전을 행하고 있다. 또 가스엔진 2대와 함께 메탄가스를 직접 이용한 발전을 행하고 있다. 또한 발전 시에 발생한 폐열을 난방이나 급탕 등에 이용하는 열병합발전 시스템을 채용하여 에너지의 유효이용에도 도움이 되고 있다. 식품 리사이클의 결점은 비용이 많이 든다는 점이다. 현재 처리비용은 지자체에서 처분하는 경우의 2~3배이다. 그러나 환경에 대한 관심이 점점 높아지고 있는 현대사회에서 사업자가 비용뿐만 아니라 사회적 책임도 함께 중시 해야하는 입장으로 변화가 요구되고 있다.
가스화 용융로에 의한 분리·회수
앞에서 설명한 메탄가스와 바이오매스 발전을 통해 식품 리사이클이라는 것이 가능해졌지만 식품 폐기물 안에는 플라스틱이나 금속 등의 쓰레기도 혼입되어 있고, 메탄 발효 후에도 메탄가스화 되지 않는 폐기물이 발생하기 때문에 이러한 폐기물의 처리도 중요한 과제가 되고 있다. 그래서 이러한 폐기물의 처리와 관련해서 가스화 용융로를 이용한 1300℃ 이상의 고온에 의해 리사이클 처리가 실행되고 있다. 본고에서는 같은 시스템을 보유하고 있는 JFE 스틸 동일본 제철소 내에 있는 재팬·리사이클㈜ 지바千곸 리사이클 센터를 소개한다. <그림 4>에 공장의 외관을 나타냈다. 처리는 <그림 5>와 같은 순서로 행해진다. 먼저 산업폐기물 등을 쓰레기차에서 피트Pit로 투입시키고, 폐기물의 이동 및 수용이 진행된다.(그림 중 1번) 다음으로 1/5로 압축시켜 공기를 배제하고 전열 효율을 향상시키며,(그림 중 2번) 건조 및 탈脫가스 과정을 거쳐 반응로에 보낸다.(그림 중 3번) 반응로에서는 2000℃를 유지하기 위해 고농도 산소를 취입하여 반응열을 통해 잔해, 금속 등을 용융한다.(그림 중 4번) 이때 발생하는 가스는 1200℃로 2초 이상 유지함으로써 다이옥신 및 타르 등을 분해하고(그림 중 5번) 다이옥신의 재합성을 방지하기 위해 급속냉각탑에서 70℃로 급속냉각된다.(그림 중 7번) 회수된 가스는 탈황脫黃, 제습하여 정제한다.(그림 중 8번) 또 냉각에 사용된 물은 수처리 장치에 의해 금속 수산화물을 제거한 뒤 방류하고 있다.(그림 중 9번) 한편, 용융된 잔해나 금속은 균질화로를 통해 메탈이나 슬래그Slag가 된다.(그림 중 6번) 발생한 가스와 물은 인접해있는 JFE 스틸㈜ 동일본 제철소에서 재이용된다. 또 분리·회수된 슬래그는 시멘트 재료 외에도 보조 기층(補助基層)이나 콘크리트의 골재 등으로 재활용되며, 메탈도 자원으로 리사이클하고 있다. <그림 6>에 회수물과 리사이클 제품을 나타내었다. 지바 리사이클 센터의 설비능력은 300t/일로 2008년도의 총 처리량은 70000t이며, 산업폐기물과 용기포장 플라스틱 등의 처리를 행하고 있다. 이상, 가스화 용융로의 이용을 통해 식품 리사이클에 의해 발생한 폐기물도 최종적으로는 메탈, 슬래그, 가스로 재활용을 할 수 있게 되었으며, 차후 본 기술을 포함한 종합적인 리사이클이 요망되고 있다.
리사이클 사업의 사회적 역할
앞서 식품 리사이클 시설에 관해 소개를 하였으나 지금부터는 이러한 설비운영에 관계하고 있는 많은 분들의 얘기를 들어보고 차후 리사이클 사업의 존재 의식과 방향에 대해 검토한다.
시대에 맞춰 발달해온 폐기물 처리 사업
“폐기물 처리 사업은 상당히 복잡한 문제입니다. 폐기물 처리 시설이 필요하다는 점에서는 많은 사람들이 동의를 하는 한편, 실제로 내가 거주하고 있는 장소의 인접 지역에 폐기물 처리 시설이 설립된다면 달가워하지 않을 사람들도 꽤 있을 것이라 사료됩니다. 하지만 인간이 존재하는 한 폐기물은 반드시 나오기 마련입니다. 현재까지 대기오염 방지, 프레온의 오존층 파괴, 가전제품의 리사이클이라고 하는 시대적 변화에 대응하기 위해 폐기물 처리업자들은 이러한 새로운 문제들에 많은 대처와 노력을 기울여 왔습니다”라며 ㈔전국산업폐기물연합회 부회장 이시이 쿠니오씨는 말한다. 앞으로는 이산화탄소 배출 절감이 최중요 과제의 하나가 될 것이다. 미래지향적이고 지속 가능한 사회를 구축한다는 목적을 달성하기 위해 에너지 회수를 통한 리사이클은 매우 중요한 역할을 담당할 것이다. 일례로 도쿄의 마루빌딩을 들어보면, 마루빌딩에는 하루에 약 10만 명의 사람이 방문을 한다. 이 수는 지방도시에 필적하는 숫자이다. 그러나 부지면적은 약 10000㎡으로 한 변이 100m의 정사각형과 동등한 면적일 뿐이고, 회수효율이 매우 높아진다. 인구의 1극 집중이 문제시되고 있지만, 리사이클의 관점에서 보면 콤팩트시티Compact City화는 유효하다고 할 수 있다.
폐기물은 보물창고
환경백서에 따르면, 2006년을 기점으로 산업폐기물의 최종처분장의 잔여년수는 7.5년인 것으로 상당히 심각한 상황에 놓여있다. “폐기물을 쓸모없는 것, 즉 단순히 쓰레기라고 생각해서는 안 된다. 우리들은 폐기물을 보물창고로 보고 있다. 폐기물에 잠재되어 있는 에너지나 금속 등의 자원으로 재활용이 가능한 물질을 리사이클 하는 것은 다음 세대에 대한 우리들의 책무이다”라며 폐기물 운반사업을 실시하고 있는 지바흥산㈜의 도요타 사장은 역설한다. 농산물과 마찬가지로 에너지도 자급자족하는 것이 가장 좋지만 도심부에서는 음식 찌꺼기를 사용한 음식 쓰레기의 퇴비화가 불가능하다. 그리하여 도시 근교에 가스제조설비를 만드는 것이 해결의 실마리가 되어줄 것이다. 리사이클에 대한 사회의 의식이 높아짐에 따라 리사이클이 폐기물만을 재활용한다는 잘못된 인식이 정착되었을지도 모른다. 그러나 페트병이나 100% 폐지의 재활용에 석유가 새로이 사용되고 있는 현상이 일어나고 있다. 석유 대신에 폐기물 처리설비에서 제조되는 가스를 이용함으로써 새로운 자원의 투입을 억제할 수 있을 것으로 전망한다.
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우리들이 나날이 배출하는 폐기물을 보다 생산적으로 활용하고 있는 현장들을 살펴보면서 폐기물 처리 사업의 역할과 중요성을 다시 한 번 인식할 수 있게 된 계기가 되었다. 향후 식품 리사이클 시설은 더욱 증가될 것으로 전망된다. 한편 음식물 쓰레기 리사이클 시설을 설치하는 데 있어 충분한 환경대책 실시 등 주민들의 거부감에 대처하기 위한 과제들도 여전히 남아있어 차후 적극적인 검토와 개선이 요구된다.
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