자동차폐기물의용융슬래그를이용한건자재화동향 한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 신희덕전문연구위원 Ⅰ. 개요 153 1. 자동차폐기물발생과처리 153 2. ASR 의특성과재활용 154 Ⅱ. 동향분석 155 1. 국내동향 155 2. 해외동향 156 Ⅲ. 향후전망 157 < 참고문헌 > 158 자동차폐기물의용융슬래그를이용한건자재화동향 _151
Green Technology Trend Report 자동차폐기물의용융슬래그를이용한 건자재화동향 한국과학기술정보연구원 ReSEAT 프로그램 신희덕전문연구위원 Ⅰ. 개요 1. 자동차폐기물발생과처리전세계의자동차생산량은지난 30년간지속적으로증가하였다. 특히 2007년에생산된전세계차량대수는약 7,300만대로 1980년의 3,800만대에비해거의두배로증가하였다. 2011년우리나라는약 1,840만대이상의자동차를보유하였으며, 이중약 4.5% 인 83만 8천대가사용후자동차 (End-of-Life Vehicles; ELV) 인것으로나타났다. ELV는해체사업자와슈레더업체에서재활용물품을회수하여재활용하고, 재활용이곤란한잔재물 (Automobile Shredder Residue: ASR) 의대부분을소각, 매립처분하고있다. 1) 그러나매립부지부족현상이심화되고있고, ASR 중에유해성분이함유되어있어서 ASR의재활용기술개발중가스화 / 용융방법에대한관심이높아지고있다. 가스화 / 용융방법은유기성물질을수소 (H 2 ), 일산화탄소 (CO) 등의가연성기체로생성하여에너지원으로사용하고, 남은잔재물은슬래그 (Slag) 로생산하는방식이다. 자료 : I. Vermeulen et al, Automotive shredder residue (ASR): Reviewing its production from end-of-life vehicles (ELVs) and its recycling, energy or chemicals valorisation, Journal of Hazardous Materials, 190, pp.8 27, 2011 < 그림 1> 사용후자동차 (ELV) 의처리공정 자동차폐기물의용융슬래그를이용한건자재화동향 _153
이때에발생한용융잔재물인슬래그는환경적으로안정하여도로포장, 콘크리트, 아스팔트, 보도블럭등에사용하거나재생유리, 발포유리, 다공성세라믹, 유리질타일, 인조대리석등의용도로재활용할수있다. 2. ASR의특성과재활용 ASR은대부분열분해로가스화한후잔류물을용융화한다. 이때발생하는용융슬래그의성질은자갈이나모래에가까우므로토목자재로이용하면매립되는폐기물을크게줄일수있다. 일본에서는 ASR 용융슬래그가토목재료로이용될수있다는연구결과가나옴에따라 2006년 7월에아스팔트용보조재및도로용재료, 콘크리트용골재로사용하기위한폐기물용융슬래그관련일본공업규격 (JIS) 이제정되었다. 이를통해서용융슬래그를활용하기위해요구되는품질과환경안전성이명확하게되어용융슬래그이용이무리없이진행될것으로기대된다. 그러나용융슬래그이용에대해비관적으로보는견해도있으며, 비관적으로보는그주요요인중하나는유용한제품화에필요한품질의검토와개선이불충분하기때문이다. 용융슬래그의성질이석재 ( 石材 ) 와유사해도다른재료와혼합이어렵고, 장기적인강도와안전성에문제가있기때문이다. 용융슬래그가유용한토목자재로활용되기위해서는마쇄, 입도조제, 불순물분리등의과정을거쳐야한다. < 표 1> 열처리 (600 ) 후불연성슈레더잔재의구성성분 주요성분 비중 (%) 미량원소 ppm SiO 2 30.70 As 69 Al 2O 3 4.66 Ba 5206 Fe 2O 3 34.35 Cd 56 CaO 10.33 Co 92 MgO 1.84 Cr 1005 MnO 0.26 Cu 6136 Na 2O 1.99 Mo 104 K 2O 0.65 Ni 586 TiO 2 1.38 Pb 13,625 P 2O 5 0.66 Sb 371 LOI 6.53 Sn 606 S total 0.65 Sr 402 Cl 0.31 Zn 31,086 자료 : J. Pera et al, Valorization of automotive shredder residue in building materials, Cement and Concrete Research, pp.557-562, 2004 154_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)
폐기물의용융처리는극히높은온도에서진행되기때문에소각회 ( 燒却灰 ) 중의다이옥신류는분해되고납 (Pb) 및카드뮴 (Cd) 등은 플라이애시(flyash) 형태로휘발되므로용융슬래그에는거의남아있지않아안전성이높아지게된다. 또한용융슬래그의성질은자갈이나모래와유사하므로토목재료로이용하면매립폐기물을크게줄일수있다. 이러한이유로일본정부는폐기물처리광역화계획에따라용융로건설에국고보조금을지원하고있으므로일반폐기물의용융슬래그화가급속히확대되었다. 2) Ⅱ. 동향분석 1. 국내동향우리나라의연간폐차발생증가율이 5% 정도이므로향후 2015년에는 26만톤에이를것으로예상된다. 현재국내사용후자동차에서발생하는최종파쇄잔재물인 ASR은 2010년기준으로 120,000톤이상배출되고있다. ASR은매립이나소각또는시멘트소성로의열원등으로처리되어왔으나최근이러한방법으로처리하는것이법적으로금지되어 ASR의에너지회수및 ASR내함유된철, 알루미늄, 구리등의유가금속을효과적으로재활용하는기술개발이시급한실정이다. 3) < 표 2> 슬래그재활용기술개발내용과평가기준 슬래그를활용한골재 블록제조공정의적용성평가 항목제조방법평가목록평가기준 가열아스팔트혼합물용골재 인터로킹블록 점토블록 원료배합 가열 양생 원료배합 성형 양생 포장야적 제토공정 성형공정 건조및적재공정 소성공정 포장및검수공정 기술개발내용 안정도, 포화도, 공극률, 간접인장강도등 겉모양, 치수, 휨강도, 흡수율등 겉모양, 치수, 압축강도, 흡수율등 KS F 2337 KS F 2364 KS F 2382 KS F 4419 KS L 4201 가열아스팔트혼합물용골재 인터로킹블록 점토블록 아스팔트 60% 시멘트 25% 점토 80-90% 슬래그 0-10% 모래 35-55% 슬래그 10-20% 체망잔물 (screenings) 5-15% 슬래그 20-30% 입도 0.71mm이하 모래 15% 입도 0.071-4.00mm 소성온도 1,100-1,250 입도 0.075-19mm 양생온도 30-50 자료 : 김우현, ASR 의재자원화및처리기술동향 ( 사 ) 한국자원리싸이클링학회심포지움논문집, 2013. 10. 16 자동차폐기물의용융슬래그를이용한건자재화동향 _155
국내에회수된사용후자동차는해체사업자가재사용할수있는부품과알루미늄등의원재료로이용하는부분 (dismantling), 폐유, 폐타이어, 배터리등으로분리하여처리하고있다. 우리나라에서 2007년 7월제정되어시행되고있는 전기 전자제품및자동차의자원순환에관한법률 에는 2015년부터사용후자동차의재활용율 95%( 에너지회수율 10% 이내 ) 를목표로하고있다. 법률에서재활용의무이행주체로해체재활용업자, 파쇄재활용업자, 파쇄잔재물재활용업자, 폐가스류처리업자로구분되어있으나아직등록사례가전무한실정이기때문에발생되는 ASR의적정한재활용이재활용율목표달성에가장중요한요소라고할수있다. 4) < 표 3> 국내 ASR 연구개발과제 과제명주관기관위탁기관참여기업 사용후자동차해체설비및공정기술고효율화 영남대학교 ( 주 ) 현대자동차 /( 주 ) 오토에코 ( 주 ) 글로비스 /( 주 ) 오토리싸이클링센터 ( 주 ) 제이텍 /( 주 ) 케이파츠 적응형해체플랜트설계 운영지원기술개발 한국과학기술연구원 영남대고려대 ( 주 ) 현대자동차 /( 주 ) 오토인프라 ( 주 ) 오토리싸이클링센터 ASR 자원화를위한고효율복합선별시스템개발 한국지질자원연구원 ERT - ASR 로부터유가금속및에너지회수통합시스템개발 한국기계연구원 연세대 ( 주 )LS-Nikko 동제련 ( 주 ) 경한 /( 주 )REM 가연성혼합 ASR 의청정재자원화시스템및대체연료화기술개발 한국기계연구원 자료 : 한국기술사회, 제 7 회전국기술사대회발표논문집, 2013. 8. 23. 연세대학교 ( 서울 ) 2. 해외동향세계적으로사용후자동차 (ELV) 리싸이클링은대표적인저탄소산업임과동시에자동차산업의지속적인발전에중요한요소이다. 2000년이후많은국가들이 ELV 리싸이클링법을공표하였고, 2015년에 95% 의회수율을달성하기위해노력하고있다. 1991년미국하원의원로버트토리첼리와상원의원프랭크로텐버그는자동차부품의리싸이클링확대를촉구하는 자동차리싸이클링연구법 을발의하였다. 그러나이법은 1976년에제정된자원보전및회수법 (RCRA) 에대한개정 ( 안 ) 과함께의회에상정되었지만승인을얻는데실패하였다. 유럽연합 (EU) 에서는 2000년에폐차지령 (ELV Directive) 을제정하고, 가맹국에자동차리싸이클의기본적개념을공시하였다. EU폐차지령의주요특징은다음과같다. 2007년이후, 자동차제조업자는사용후자동차무료인수를보증하고, 인수비용의전부또는절반을제조업자가부담한다. 156_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)
2006년까지자동차중량의 85% 를재이용한다. 자동차제조시에수은, 6가크롬, 카드뮴, 납을사용하는것을금지한다. 독일은자동차리싸이클이비즈니스로건전하게발전할수있도록제도를운용하고있다. 생산자는 2007년이후모든 ELV의인수가의무화되었고, 사내에 ELV 인수를위한충당금을구축하기로하였다. 네덜란드에서는 ARN(Auto Recycling Netherlands) 이라고하는자동차리싸이클시스템이산업계자체적으로운영되고있다. ARN에는자동차구입자가폐차처리요금을기금으로지불하고, 그자금으로자동차리싸이클을실시하는방식이채택되었다. 4) 일본은 ELV에대해 1997년부터자원화율의향상과최종처분량의삭감을위한관련업계의자체적인개발을계속하였으나향후이를보다더강력히추진해나갈자동차리싸이클링법을도입할예정이다. 관련법률은자동차업체에게슈레더더스트 (ASR), 프레온, 에어백의처리책임을부과하고, 여기에필요한비용을신차판매시에구입자로부터징수하여 2015년까지 95% 의재자원화를목표로하고있다. 특히자동차리싸이클링에서 ASR처리는 ASR처리고도화, ASR 발생량억제에중점을두고있다. Ⅲ. 향후전망 1. 자동차증가와지구환경영향경제발전과인구증가로전세계의자동차보유대수가 10억대를돌파하게되었고 2011년에전년대비 3.6% 의증가율을보였다. 이러한추세는사용후자동차의발생량도빠른증가율을나타내게되어자동차폐기물로인한지구환경오염이우려되고있다. 따라서자동차폐기물중에우선적으로처리대상인슈레더더스트, 프레온, 에어백처리에연구가집중되고있다. 특히슈레더더스트는열처리와매립에의존하였으나, 잔재처리가문제가되고, 매립은매립지의부족과침출수문제가대두되었다. ASR의용융슬래그화는고온을유지하는용융로에서용융하고, 이것을공기중이나수중에서냉각 고화하여얻어진다. 따라서이방법은에너지소비가많지만다이옥신과중금속을무해화할수있다. 2. 용융슬래그화의장래와과제용융슬래그는토목재료로이용할수있으며, 이외에도아스팔트용재료및콘크리트골재로이용될수있어서일본에서는용융슬래그에대한일본공업규격 (JIS) 을제정하였다. 그러나 ASR 용융슬래그는처리과정에서회수및수거하는시스템이구축되어있지않고품질과경제성, 안전성측면에서문제가발생하여시험단계에머물러있다. 이러한문제를타개하기위해서는 ELV 해체에서유용부품을회수한후잔재물을수거하는시스템을구축할필요가있다. 자동차폐기물의용융슬래그를이용한건자재화동향 _157
또한중금속등의유해성분을무해화시키는특성을충분히활용하여 ASR처리업체에게소정의인센티브를부여할필요가있다. 또한현재개발되고있는인터로킹블록, 도로포장재, 아스팔트용재, 콘크리트용골재외에인조대리석, 내외장패널등의고급화를꾀하여경제성을높이는방안을모색할필요가있다. < 참고문헌 > 1. 정현태, 조성진등, 자동차폐기물의용융슬래그특성및이를이용한인조대리석제조기술연구, ( 사 ) 한국폐기물학회, 2007년도추계학술연구발표회논문집, 2007. 11. 8 2. 肴倉宏史, 廢棄物の溶融スラグ化 - 將來とその課題は?, 國環硏ニュース. 日本國立環境硏究所. 27 卷 2008.10 3. 김우현, ASR로부터유가금속및에너지회수통합시스템개발 폐금속 유용자원기술개발사업단, 웹진4호, 2009 4. Argonne National Laboratory, End-of-Life Vehicle Recycling: State of the Art of Resource Recovery from Shredder Residue, ANL/ESD/10-8, 2010. 8 5. 使用濟み自動車リサイクルを巡る展望と課題 ; http://www.dbj.jp/reportshift/report/research/ pdf/36_s.pdf 158_ 녹색기술동향보고서 (www.gtnet.go.kr)