1. 서 론
생산자책임재활용제도(Extended Producer Responsibility, EPR)는 생산자에게 재활용 의무를 부여하여 제품이나 포장재의 일정량을 재활용하게 하고 재활용 의무를 이행하지 않을 때는 재활용에 소요되는 비용 이상의 재활용 부과금을 부과하는 제도이다.1) 생산자책임재활용제도의 대상 품목은 「자원재활용 시행령」 제18조에 따라 4개의 포장군(종이팩, 금속캔, 유리병, 합성수지포장재)과 7개 제품군(전지류, 파이머, 윤활류, 형광등, 양식용부자, 곤포 사일리지용 필름, 합성수지 재질의 김발장, 필름류 제품)이다.2) 즉, 상기 품목의 생산자는 환경부가 마련한 생산자책임재활용제도에 따라 전체 생산량의 일정 비율 이상을 다시 회수해 재활용할 의무가 있다. 예를 들면 금속캔은 약 80%를 회수해야 할 의무가 있는데 금속캔을 제조·생산하는 업체가 10개의 금속캔을 생산했다면 8개는 다시 회수하여 재활용하여야 한다. 생산자책임재활용제도의 대상 중에서 종이팩의 일종인 살균팩(Gable top carton)은 천연펄프를 원료로 제조되는 원지를 사용하고, 양면에 폴리에틸렌(Polyethylene) 필름을 코팅하여 우유와 같은 액체류를 담을 수 있는 지류 포장재이다.3-5) 이와 유사한 포장재로는 종이컵을 예로 들 수 있는데 종이컵은 생산자책임재활용제도의 대상이 아니다. 즉, 종이컵의 경우 정부가 별도의 수거 시스템하에서 분리, 선별, 회수, 재활용하는 것이 아니라 시장의 재활용 유통 시스템에 따라 분리, 선별, 회수, 재활용되고 있음을 의미한다.
이러한 종이컵의 경우 2003년에 컵(종이컵, 플라스틱컵) 보증금제도를 통하여 그 회수율 및 재활용성을 높이고자 하였다. 그러나 2008년 일회용 컵 보증금 제도가 폐지되었다. ‘일회용컵 보증금제’란 일회용 컵에 일정 금액의 보증금을 붙여 판매한 뒤 소비자가 이를 반납하면 보증금을 돌려주는 제도이다. 이 제도가 2008년에 폐지되면서 커피 전문점 등과 같은 매장 등에서 2008년 전/후 일회용 컵의 사용량이 급격히 증가하였다. 결국, 일회용컵의 수량은 증가하고 재활용을 위한 분류 및 회수 등이 부진하면서 매년 소각 혹은 매립되는 일회용컵이 증가되어 사회적 문제가 되었다. 이런 배경하에 환경부는 2022년까지 일회용품 사용량을 35% 이상 줄이는 등 일회용품을 사용하지 않을 것을 주요 내용으로 하는 ‘일회용품 함께 줄이기 계획’을 추진하고 있다.
정부는 일회용품 절감 대상의 단계적 확대를 위하여 2020년에 자발적 협약을 통해 종이컵 사용을 감량하고 2021년에 모든 식품 접객업소에서 사용을 금지하고 2022년까지 플라스틱 컵과 더불어 테이크아웃 종이컵 또한 컵 보증금제를 다시 도입할 예정이다.
컵 보증금제도 시행에 따른 일회용 컵 중 테이크아웃 종이컵의 수거 및 재활용 체계는 다음과 같다. 정부와 ‘일회용품 자발적 협약업체’의 협약을 맺은 커피 전문점 등의 매장에서 고객으로부터 테이크아웃된 종이컵을 수거하면 권역별로 수거계약을 체결한 수거업체는 종이컵을 수거하여 선별, 포장 후 재활용 화장지 등을 제조하는 제지회사에게 원료로 공급한다. 이렇게 공급받은 테이크아웃 종이컵을 펄퍼(Pulper)에서 화학약품 첨가와 교반을 통해 종이 표면에 접착된 폴리에틸렌 라미네이팅 층과 기타 이물질을 분리한 후 스크린, 클리너 등 다양한 정선공정을 거쳐 화장지 원단을 생산하게 된다. 그러나 수거된 종이컵 원료에 정선공정을 통하여 제거하기 어려운 이물질이 있거나 종이컵 외면에 인쇄가 과도할 경우 화장지와 같은 재생지에 인쇄반점, 협잡물 등의 형태로 제품의 품질을 저하시킬 수 있다.
테이크아웃 종이컵의 재활용 활성화를 위해서는 컵 보증금제도 등의 시행으로 회수율을 높이는 것도 중요하지만 동시에 과도한 인쇄 등으로 최종 재생품의 품질을 저하시킬 수 있는 요인에 대한 제조기준을 설정하는 것 또한 중요하다. 이를 위해서 제조기준 설정을 위한 테이크아웃 종이컵의 사용 실태조사가 선행되어야 할 것이다. 이에 본 연구에서는 자발적 협약업체와 프랜차이즈업체에서 사용 중인 테이크아웃 종이컵을 종류별로 입수하여 종이컵 크기, 인쇄면적, 라미네이트 층 구성분 분석 등의 실태조사를 통하여 테이크아웃 종이컵의 재활용 활성화를 위한 제조기준 설정을 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
자발적 협약업체 19곳, 프랜차이즈 23곳 매장에서 총 83개의 테이크아웃용 종이컵을 입수하였다. 입수한 매장의 구분은 다음과 같다. 공통된 매장 종류를 대분류한 후 각 매장에 해당되는 브랜드 매장을 소분류하였다. 자발적 협약업체의 경우 커피전문점(A), 패스트푸드점(B)로 대분류한 후 커피전문점에 해당하는 각 브랜드 매장을 A-1~A-15로, 패스트푸드점은 B-1~B-4로 소분류 하였다. 전술한 분류 방법으로 프랜차이즈업체는 커피전문점(C), 음료/디저트(D), 제과제빵(E), 패스트푸드(F), 분식(G), 기타(H)로 대분류하였다. 그리고 동일한 방법으로 C-1~C-9, D-1~D-4, E-1~E-4, F-1~F-2, G-1, H-1~H-3으로 소분류 하였다. 테이크아웃 종이컵 입수 매장의 분류 및 입수한 종이컵의 개수를 Table 1에 나타내었다.
Table 1.
Classification of take-out paper cups used in domestic stores
2.2 실험방법
2.2.1 테이크아웃 종이컵 크기, 무게, 평량
30 cm 표준자를 이용하여 테이크아웃 종이컵의 윗지름, 아랫지름, 높이를 측정하였다. 그리고 온도 23±1℃, 상대습도 50±2%의 항온항습실에서 24시간 동안 조습처리를 실시한 후 소수점 2자리의 저울을 이용하여 시편의 무게를 측정하였다. 종이컵의 평량은 본체가 되는 옆면의 평량만을 측정하였다. 종이컵 옆면을 5×5 cm2으로 재단 후 온도 23±1℃, 상대습도 50±2%의 항온항습실에서 24시간 동안 조습처리를 실시한 후 소수점 2자리의 저울을 이용하여 시편의 무게를 측정하여 단위 m2당 무게(g)로 환산하였다. 산출된 평량은 종이 무게와 라미네이팅 층 무게 모두를 포함한다.
2.2.2 인쇄면적
테이크아웃 종이컵 외면의 인쇄면적을 분석하기 위하여 이미지 분석 소프트웨어(Image J, National Institutes of Health, USA)를 이용하여 인쇄된 면적을 산출하였다. 인쇄면적을 산출하기 위한 단계별 분석방법을 Fig. 1에 나타내었다. 우선, 첫 번째 단계로 3차원의 테이크아웃 종이컵을 2차원 평면으로 만든 후 스캐너(FUJI xerox, Japan)를 이용하여 종이컵의 인쇄면을 스캔하였다. 두 번째 단계로 스캔된 인쇄면을 8 bit로 1차 이미지 변환 후 쓰레드홀드(Threshold)값을 적용하여 2차 이미지로 변환을 시켜 인쇄부와 비인쇄부의 구분을 명확히 구분하였다. 쓰레드홀드값은 시편 종류별로 차이가 있고 인쇄부와 비인쇄부의 경계가 명확하게 될 때까지 값을 조정하였다. 분석영역은 빨간색으로 변환되었다. 예를 들어 비인쇄부는 흰색으로 되어있는데 흰색 영역이 빨간색으로 변환하게 되면 비인쇄부만의 면적 측정이 가능하였다. 세 번째 단계로 분석하고자 하는 전체 영역을 지정 후 빨간색 영역의 면적 분석을 실시하게 되면 빨간색 영역의 면적이 %로 결괏값을 나타내었다. 즉, 선택된 전체 인쇄 면적 중 빨간색 영역(비인쇄부)의 면적만이 측정된다. 100%에서 비인쇄부의 면적의 결괏값을 빼주어 인쇄부 면적값을 구하였다.
2.2.3 라미네이트 층 적외선 분광 분석
테이크아웃 종이컵의 라이네이팅 층 구성성분을 분석하기 위하여 종이컵으로부터 1×1 cm2의 크기로 시편을 일부 잘라내어 증류수에 1시간 동안 함침시키고 함습지로 여분의 물기를 제거한 후 물에 젖은 종이층을 제거하면서 종이로부터 라미네이팅 층을 분리하였다. 이후 적외선 분광기(Nicolet Summit FTIR Spectometer, Thermo Scientific社, Korea)를 이용하여 라미네이팅 층의 스펙트럼 관능기 변화를 분석하였다. 그리고 Fig. 2에서 보는 바와 같이 적외선 분광기에 내장된 라이브러리 정보와 실측된 관능기를 비교하여 라미네이팅 층의 성분결과를 도출하였다. Fig. 2(top)은 시편의 적외선 분광 스펙트럼 관능기 피크이고 Fig. 2(bottom)은 라이브러리 정보에 있는 스펙트럼 관능기 피크이다. 측정된 시편의 적외선 분광 스펙트럼 피크와 라이브러리 정보를 비교하여 시편의 명칭과 매칭비율의 정보를 함께 확인할 수 있었다.
3. 결과 및 고찰
3.1 테이크아웃 종이컵 외관 특성
자발적 협약업체와 프랜차이즈업체에서 총 83종의 테이크아웃 종이컵을 입수하여 종이컵 크기, 종이컵 무게, 본체(옆면) 평량, 뚜껑 재질, 종이컵 구조 등을 분석하였다. Table 2에 테이크아웃 종이컵 크기 분석결과를 나타내었다. 매장에서 제공하는 테이크아웃 종이컵은 8 oz에서부터 22 oz까지 다양하게 제공되었다. 1 oz가 약 30 mL로 계산하면 음료량이 240 mL부터 660 mL까지 제공되는 것으로 볼 수 있다. 다양한 종이컵 크기 중에서도 12 oz, 13 oz, 16 oz가 전체 종이컵 중에서 약 75%를 차지하고 있어 매장에서 가장 많이 사용되는 크기의 종류로 확인되었다. 12 oz, 13 oz, 16 oz는 온음료컵용으로 제공되며 라아지(large) 사이즈 혹은 토올(tall) 사이즈의 이름으로 매장에서 주로 사용되고 있어 다양한 종이컵 크기의 종류 중에서 가장 많은 비중을 차지하는 것으로 판단된다. 22 oz 빅 사이즈(Venti)의 경우 주로 패스트푸드점에서 냉음료용으로 제공하고 있었다.
Table 2.
Status in size of take-out paper cups used in domestic stores
| Size (oz) | Number of cups (ea) | |
|---|---|---|
| Voluntary agreement | Franchise | |
| 8 | 1 | 1 |
| 10 | 3 | 3 |
| 12 | 14 | 8 |
| 13 | 4 | 8 |
| 16 | 16 | 12 |
| 18 | 1 | 0 |
| 20 | 5 | 4 |
| 22 | 1 | 2 |
| Sum | 45 | 38 |
Fig. 3과 Fig. 4에 테이크아웃 종이컵의 크기에 따른 종이컵의 무게와 종이컵(옆면) 평량의 상관관계를 나타내었다. 종이컵의 크기가 증가할수록 종이의 무게가 완만하게 증가하였고, 평량은 변화가 없었다. 종이컵의 무게는 10-15 g의 종이컵이 약 85%를 차지하였다. 종이컵 옆면의 평량(라미네이팅 층 포함)은 300-400 g/m2의 종이컵이 약 85%를 차지하였다. 테이크아웃 종이컵용으로 주로 300 g/m2 이상의 고평량 원지가 사용되는 것을 확인할 수 있었다. 종이컵의 무게와 평량에서 특이사항은 주로 12 oz와 16 oz에서 평균치보다 높은 무게와 평량이 나타났다. 육안으로 이들의 종이컵 구조가 이중겹지로 설계되어 있는 것을 확인하였다. 매장에서 온음료수를 제공하면서 뜨거움을 방지하기 위해 이중겹지 구조 형태로 반영된 것으로 판단된다. 그리고 주로 많이 제공되는 12 oz와 16 oz에 이중겹지를 설계한 것으로 판단된다. 이중겹지 테이크아웃 종이컵은 입수된 시편 중에서 약 12%를 차지하였다.
매장에서 테이크아웃 종이컵을 제공할 때 음료수의 넘침을 방지하지 위하여 플라스틱 재질의 뚜껑을 같이 제공하였다. Table 3에 종이컵 뚜껑 재질 등 그 사용 현황을 나타내었다. 종이컵과 같이 제공되는 뚜껑의 경우 약 95%가 폴리스틸렌(polystyrene)을 사용하고 있었다. 2.4%는 폴리락틱 엑시드(polylatic acid)를 사용하였고, 2.4%는 비닐 포장으로 뚜껑을 대신하였다. 폴리스틸렌 재질의 뚜껑의 경우 아직 대안이 없어 종이컵의 음료 유출 방지용으로 같이 제공되는 것으로 판단된다. 다만 테이크아웃의 재활용 활성화를 위해서 폐기 시 종이컵과 혼재하여 버리지 말고 정확히 선별, 분리 및 배출하는 노력이 요구된다.
3.2 인쇄면적 분석
Fig. 5에 테이크아웃 종이컵 외관 인쇄부의 면적을 측정하여 종이컵 종류별 인쇄면적 결과를 나타내었다. 인쇄면적의 경우 Fig. 5에서 보는 바와 같이 90% 이상 혹은 20% 이하로의 편중 현상이 나타났다. 인쇄면적이 80% 이상인 종이컵은 약 25% 정도이고 인쇄면적이 20% 이하인 종이컵은 약 62%이었다. 종이컵의 인쇄부는 재활용 사용 시 최종 재생제품에 인쇄반점 등의 결점을 유발시킬 수 있기 때문에 종이컵의 인쇄면적을 최소화하는 것이 중요하다. 인쇄면적이 20% 이하의 비율이 약 62%이지만 인쇄면적 80% 이상의 25% 비율로 인해서 재생제품의 품질을 저하시킬 수 있는 요인이 되는 만큼 종이컵의 재활용 활성화를 위해서는 과도한 인쇄면적을 지양하고 인쇄면적의 제한기준을 설정해야 할 것으로 판단된다.
3.3 라미네이팅 층 구성성분 분석
Table 4에 테이크아웃 종이컵으로부터 분리된 라미테이팅 층의 적외선 분광 분석결과를 나타내었다. 98%의 종이컵 내면에 폴리에틸렌(polyethylene, PE)이 사용되었고, 2%의 종이컵은 아세틸계(acetyl)가 사용된 것을 확인하였다.
Table 4.
Types of laminating materials used for domestic take-out paper cups
| Type | Number of cups (ea) | Ratio (%) | |
|---|---|---|---|
| Voluntary Agreement | Franchise | ||
| Polyehylene (PE) | 45 | 36 | 98 |
| Acetyl type | 2 | 2 | |
| Sum | 45 | 38 | 100 |
폴리에틸렌은 적외선 분광 스펙트럼의 2900-2800 cm-1 부분에서 C-H stretching과 CH2 group stretching의 피크가 나타나고, 1470 cm-1에서는 CH2 group bending 피크가 나타나는데6,7) 분석된 테이크아웃 종이컵 83종 중 81종의 종이컵이 폴리에틸렌 스펙트럼 피크와 일치하였다. 81종 모두 매칭률은 90% 이상이었다. Fig. 6에 폴리에틸렌 라미네이팅 층의 적외선 분광 스펙트럼 피크 비교 결과를 나타내었다. 그리고 아세틸계 라미네이팅 층의 경우 적외선 분광 스펙트럼의 2900 cm-1에서 CH2 group stretching의 피크가 나타났고 카보닐기(-C=O) 관능기의 1740 cm-1에서 피크가 나타났다.8) 분석된 테이크아웃 종이컵 83종 중 2종의 종이컵이 아세틸계 스펙트럼 피크와 일치하였고, 매칭률은 2종 모두 65% 정도였다. Fig. 7에 아세틸계 라미네이팅 층의 적외선 분광 스펙트럼 피크 비교 결과를 나타내었다. 아세틸계 라미네이트 층의 경우 아세틸계 단량체가 포함된 혼합물인 것으로 판단된다.
Fig. 6.
Analysis of PE coating materials for take-out paper cup through FT-IR library searching (top: spectrum of sample, bottom: spectrum of PE in library).
Fig. 7.
Analysis of acetyl type coating materials for take-out paper cup through FT-IR library searching (top: spectrum of sample, bottom: spectrum of acetyl triethyl citrate in library).
라미네이팅 층의 분석 결과 아직까지 시장에서는 폴리에틸렌 고분자 수지를 대체할 만한 대체재가 없는 현황으로 확인되었다. 그리고 주로 패스트푸드점에서 사용되는 냉음료용 종이컵은 외면과 내면 모두 폴리에틸렌으로 라미네이팅된 것을 확인하였다. 냉음료의 경우 시간이 지나면서 외부에 결로가 생기기 때문에 종이컵이 젖는 것을 방지하기 위해서 양면에 폴리에틸렌을 라미네이팅하는 것으로 판단된다. 현재 시장에서의 폴리에틸렌의 사용량 기준이 없는 만큼 종이컵의 재활용 활성화를 위해서는 과도한 폴리에틸렌 라미네이팅을 지양하고 그 사용량의 제한기준을 설정해야 할 것으로 판단된다.
4. 결 론
본 연구에서는 자발적 협약업체와 프랜차이즈업체에서 사용 중인 테이크아웃 종이컵을 종류별로 입수하고 종이컵 크기, 인쇄면적, 라미네이트 층 구성성분 등을 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
첫째, 테이크아웃 종이컵 중 12 oz, 13 oz, 16 oz의 크기의 종이컵이 약 75%의 비중으로 매장에서 주로 360 mL에서 480 mL 용량의 종이컵을 사용하는 것으로 판단된다. 종이컵의 무게와 평량은 10-15 g, 300-400 g/m2로서 테이크아웃 종이컵용으로는 300 g/m2 이상의 고평량 원지가 사용되었다. 그리고 약 25%의 종이컵이 이중겹지로 종이컵 구조가 설계되었다.
둘째, 종이컵 외면의 인쇄면적은 80% 이상과 20% 이하로 편중되었다. 종이컵의 과도한 인쇄면적은 최종 재생 제품에 품질을 저하시킬 수 있는 요인이 되기 때문에 재활용 활성화를 위해서는 인쇄면적 제한기준을 설정하는것이 바람직하다고 판단된다.
셋째, 종이컵 중 98%가 종이컵 내면에 라미네이팅 층으로 폴리에틸렌 고분자 수지를 사용하고 있었다. 재활용 활성화를 위해서는 과도한 폴리에틸렌을 사용하지 않도록 그 사용량 제한기준을 설정하는 것이 바람직하다고 판단된다.
