1. 서 론
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.2 실험방법
3. 결과 및 고찰
3.1 미선별 골판지 자원 압축 베일 내 일반팩과 멸균팩 혼입률 분석
3.2 종이팩 재활용 회수 시스템에서 일반팩과 멸균팩의 물질 흐름 추정
4. 결 론
1. 서 론
종이팩은 일반팩(살균팩, 이하 일반팩 표기, Gable top carton)과 멸균팩(Aseptic carton)으로 구분이 되는데 멸균팩은 멸균우유, 두유, 주스, 주류, 등의 음료를 담아 상온에서 유통하는 용도로 쓰이지만, 일반팩은 냉장 유통이 요구되는 일반 살균 우유 등을 담는 포장재로 쓰인다는 차이점이 있다. 외관상으로는 비슷해 보이지만 멸균팩과 일반팩은 용기의 형태 유지를 위해 종이를 사용한다는 점만 같을 뿐, 용기의 구조에 큰 차이가 있다. 일반팩은 천연펄프로 만든 종이의 양면에 폴리에틸렌을 도포하고 인쇄 및 접착 처리를 거쳐 제조된다. 일반팩은 가볍고 부피가 작아 유통비를 줄일 수 있고, 깨질 위험이 없어 안전성도 높지만, 냉장 유통해야하는 음료의 신선도를 오랫동안 유지하는데 한계가 있다. 이를 보완한 종이팩 포장재로 멸균팩의 경우 상온에서 오랫동안 내용물을 보호하며 유통될 수 있도록 일반팩과는 다른 구조로 제작되어 있다. 일반팩은 3겹으로 구성되지만, 멸균팩은 총 6겹으로 구성되어 있다. 종이팩 포장재의 바깥쪽으로부터 안쪽으로 일반팩은 폴리에틸렌 필름층 – 종이층 - 폴리에틸렌 필름층으로 구성되어 있으며, 멸균팩 포장재는 폴리에틸렌 필름층 – 종이층 - 폴리에틸렌 필름층 - 알루미늄 호일층 - 폴리에틸렌 필름층 - 폴리에틸렌 필름층 등으로 구성되어 있다. 멸균팩의 각 구성 요소별 기능은 다음과 같다. 종이팩의 폴리에틸렌 필름층은 외부 습기를 차단하고 성질이 다른 각각의 구성 층들을 접합하며 내부 액체 내용물을 밀봉해 주는 기능을 가지고 있다. 종이팩 중 멸균팩의 알루미늄 호일은 외부의 산소, 냄새, 빛을 차단하여 장기간 내용물의 변질 막아주며 종이층은 종이팩 포장재에 강성과 강도를 부여하여 그 형태를 유지해 주는 역할을 하고 있다. 일반적으로 국내 종이팩의 종이층을 구성하는 원료는 일반팩의 경우 표백 크라프트 펄프(백색) 100%, 멸균팩은 미표백 크라프트 펄프(갈색) 100%를 사용하고 있으며 종이팩 포장재 전체 중량의 약 70 ~ 80%를 차지하고 있다.1,2,3) 일반팩과 멸균팩 종이층의 재활용성 측면에서 펄프 종류의 차이 이외에 가장 큰 차이점은 습윤지력증강제의 첨가 여부라 할 수 있다. 일반팩에는 많은 습윤지력증가제가 첨가되어 있어 해리가 어려운 단점이 있다. 그래서 일반팩의 경우 재생 화장지 등의 원료로 재활용 시 강 알칼리 조건(pH 약 10 ~ 11)에서 약 1시간 동안 해리하여야 한다.4) 멸균팩의 경우 종이층을 구성하는 미표백 크라프트 펄프에 습윤지력증강제가 첨가되지 않아 일반팩과 비교하여 물에 잘 해리되는 장점이 있어 일반팩보다는 재생펄프 원료로서 재활용이 용이한 것으로 보고되었다.5)
국내의 종이팩 재활용 시장의 경우 과거 멸균팩보다는 일반팩의 사용 비중이 높았었기에 재활용 회수 시스템도 일반팩 위주로 설계되었으며 백색인 일반팩을 원료로 사용하는 재생 화장지 업체들은 갈색 종이층으로 구성된 멸균팩 사용에 소극적이었다. 그러나 한국멸균팩재활용협회에 따르면 시장에 출시되는 종이팩 총출고량에서 멸균팩의 출고량 비중이 2015년 25% 수준에서 2020년 기점으로 40% 이상까지 증가하면서 향후 멸균팩 비중이 일반팩 사용 비중을 능가할 것으로 예측되며, 향후 종이팩의 재활용 시장이 일반팩보다는 멸균팩으로 재편되리라 전망된다.6)
한국순환자원유통지원센터에서 공시하는 종이팩의 재활용률은 2023년 기준 13%이다. 공시되는 13%의 재활용률도 주로 재생 화장지 회사에서 사용되는 일반팩의 재활용률이다. 재생 화장지 회사에서의 멸균팩 재활용률은 추정할 수 없는 상태이다. 재생 화장지 회사에서 사용되지 못한 종이팩은 문전 배출 ․ 수거 및 선별 단계에서 종량제 봉투에 버려져 매립 ․ 소각되거나 일반 종이자원(골판지, 신문지, 잡지 등)과 혼합 배출되어 골판지 베일로 압축된 후 골판지 원지 제조사에 납품되는 것으로 추정되지만 그 물질 흐름에 관한 구체적인 자료는 전혀 없는 실정이다.7,8)
또한, 멸균팩의 경우 물에 잘 해리되어 종이층을 구성하고 있는 미표백 크라프트 펄프가 골판지 원지를 생산하는 재생펄프 원료로 사용될 수 있고, 사용되고 있지만 골판지 압축 베일에 혼입되는 멸균팩 양을 추정할 수 있는 명확한 근거 자료가 없어 재활용 실적으로 통계상에 산출되지 못하고 있는 것이 현실이다.9) 따라서 종이팩 재활용 회수 시스템에서 일반팩과 멸균팩 각각의 물질 흐름을 파악하는 것은 종이팩 재활용 현황을 파악하는 시작점이 될 뿐만 아니라 이를 기반으로 종이팩 관련 재활용 대책, 시민 사회 활동, 재활용률 평가 등에 영향을 미치는 중요한 사안으로 판단된다. 따라서 멸균팩과 일반팩 각각의 재활용 물질 흐름에 대한 데이터를 파악하는 노력이 선행되어야 할 것이다.
사용자로부터 폐기되는 종이팩은 주로 골판지 종량제 봉투 혹은 미선별 과정에서 폐기되어 소각되거나 혹은 종이자원에 혼입되어 재생 골판지 원지 생산 제지사에 유입되기 때문에 선행적으로 산술적 분석이 가능한 골판지 압축 베일 내 멸균팩 혼입률을 정확히 분석하는 것으로부터 물질 흐름을 추산하는 것이 요구되었다. 이에 본 연구에서는 골판지 자원을 원료로 사용하는 국내 다양한 지역에 위치한 제지사를 선정하고, 그 제지사에 입고되는 골판지 자원 압축 베일을 대상으로 일반팩과 멸균팩의 혼입량을 측정하였으며 분석된 데이터를 기반으로 종이자원 재활용 통계자료와 연계하여 종이팩 재활용 회수 시스템에서 일반팩과 멸균팩의 물질 흐름 추정값에 관한 기초자료를 제공하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.1.1 미선별 골판지 자원 압축 베일
본 연구에서는 종이자원 내 종이팩 혼입률을 분석하기 위해서 국내 골판지 원지 생산 제지회사 4곳을 방문하여 골판지 자원 압축 베일 2개씩을 해체하고 멸균팩과 종이팩 혼입량의 실태 조사를 실시하였다. 골판지 원지 생산 제지회사는 지역 편중을 방지하기 위하여 경기도권(A), 경상도권(B), 전라도권(C), 충천도권(D)의 권역별 대표 재생원지 제지회사 1곳씩 선정하였다. Fig. 1에 각각의 미선별 골판지 자원 압축 베일 이미지를 나타내었다.
2.2 실험방법
2.2.1 일반팩, 멸균팩 선별
권역별 골판지 원지 생산 제지회사에 입고된 미선별 골판지 자원 압축 베일 2개를 임의로 선택하여 인력으로 압축 베일을 해체하면서 압축 베일에 혼입된 일반팩과 멸균팩을 각각 선별하였다. Fig. 2에 경상도권 B사에서 실시하였던 골판지 자원 압축 베일에서 일반팩과 멸균팩을 선별하는 작업 이미지를 나타내었다.
2.2.2 선별한 종이팩 건조 및 무게칭량
각각의 제지회사로부터 선별한 일반팩과 멸균팩을 입수하여 60°C, 72시간 동안 열풍건조기에서 각각 건조하였다. 이후 열풍건조기에서 일반팩과 멸균팩을 꺼내자마자 소수점 이하 1자리 정밀도의 저울을 이용하여 건조된 일반팩과 멸균팩의 전건중량을 측정하였다. Fig. 3에는 경기도권 A사로부터 선별 후 입수한 일반팩과 멸균팩의 이미지를 나타내었다.
2.2.3 일반팩과 멸균팩 혼입률 분석
골판지 자원 압축 베일부터 일반팩과 멸균팩 혼입률을 분석하기 위하여 종이팩 선별에 사용된 골판지 자원 압축 베일 무게를 각 회사에 있는 계근대를 이용하여 측정하였고, 각각의 제지회사로부터 얻은 함수율을 적용하여 골판지 압축 베일의 전건중량을 산출한 후 Eq. 1에 의거하여 각각의 골판지 압축 베일에 혼입된 일반팩과 멸균팩 혼입률을 산출하였다. 그리고 이에 대한 모식도를 Fig. 4에 나타내었다.
3. 결과 및 고찰
3.1 미선별 골판지 자원 압축 베일 내 일반팩과 멸균팩 혼입률 분석
다양한 수거 경로를 통해 입수된 미선별 골판지 자원 내 일반팩과 멸균팩의 혼입량을 분석하고 그 결과를 Table 1에 나타내었다. 그리고 분류된 일반팩과 멸균팩 이미지를 Fig. 5에 나타내었다. Table 1에서 보는 바와 같이 입고되는 종류에 따라 다소 차이가 있지만 미선별 골판지 자원 압축 베일 내 종이팩(멸균팩+일반팩)의 혼입률은 평균적으로 약 0.70%로 분석되었다. 이 중에서 일반팩은 0.47%, 멸균팩은 0.23%를 차지하였다.
Table 1.
Mixing ratio of used Gable top cartons and Aseptic cartons in the KOCC bales
골판지 종이자원 내 혼입된 종이팩 0.70% 기준으로 일반팩과 멸균팩이 차지하는 비율은 약 65 : 35 수준이었다. 이는 전술한 종이팩 출고 시장에서 일반팩과 멸균팩 출고량 비율 60 : 40과 유사한 수준이었다. 결과적으로 일반팩과 멸균팩 출고량 비율이 골판지 자원 내 혼입 비율로 도출되었다. 이와 같은 사실로 종이자원에 혼입이나 선별되지 못하고 소각 등으로 폐기되는 종이팩의 경우도 일반팩과 멸균팩의 비율은 70 : 30 혹은 60 : 40 수준일 것으로 추정할 수 있었다.
3.2 종이팩 재활용 회수 시스템에서 일반팩과 멸균팩의 물질 흐름 추정
종이팩 재활용 회수 시스템에서 일반팩과 멸균팩의 물질 흐름은 한국제지연합회에서 공시하는 ‘제지산업 통계연보’의10) 연도별 종이자원 사용 실적과 연계하여 산출하였다. 대상은 미선별 골판지 자원에 혼입된 것으로 한정하였다. 미선별 골판지 자원에 한정한 이유는 첫 번째, 국내에서 재활용되는 골판지 자원 중에서 미선별 골판지 자원 사용량 비중이 대다수를 차지하고 있고, 두 번째 선별된 골판지 자원, 신문지 자원 등은 배출-수거-선별-압축 재활용 시스템에서 선별이 잘 된 종이자원이기 때문에 종이팩의 혼입률이 미미할 것으로 판단하였기 때문이다. 이때, 전체 골판지 자원 중에서 미선별 골판지가 차지하는 비율은 보수적으로 70%라고 추정하여 미선별 골판지 자원 내 종이팩이 혼입된 양을 산출하였으며, 이를 기반으로 2017 ~ 2021년 동안 종이팩 재활용 회수 시스템에서 일반팩과 멸균팩의 물질 흐름을 추정하였다. Fig. 6에 이해를 돕기 위한 종이팩 재활용 회수 시스템의 도식도를 나타내었다. 종이팩의 경우 배출자가 문전 배출하게 되면 수거와 선별 단계를 거쳐 제지회사(화장지, 골판지)에 유입되거나 혹은 폐기되어 소각 ․ 매립되는데 본 연구에서는 이들 최종점인 소각 ․ 매립 및 제지회사로 유입되는 종이팩의 물질 흐름을 추정하였다.
Table 2에 종이팩 총출고량을 기준으로 미선별 골판지 자원 내 일반팩과 멸균팩의 혼입 수량을 나타내었다. Table 2에서 보는 바와 같이 2017 ~ 2021년 동안 국내 골판지 자원 사용량은 약 690만 톤 ~ 800만 톤이었다. 전체 골판지 자원 사용량에서 미선별 골판지 자원이 차지하는 70%를 적용하면 미선별 골판지 종이자원의 소비량은 약 480만 톤 ~ 560만 톤(690 ~ 800만 톤 × 70%) 수준이었다. 여기서 미선별 골판지 자원에 혼입된 일반팩과 멸균팩의 혼입비율 0.47%와 0.23%를 적용하면 미선별 골판지 자원 소비량 약 480만 톤 ~ 560만 톤 중에 일반팩은 약 20천 톤 ~ 25천 톤(480 ~ 560만 톤 × 0.47%), 멸균팩은 약 10천 톤 ~ 13천 톤(480 ~ 560만 톤 × 0.23%)이 혼입되어 종이팩 총량이 약 30천 톤 ~ 39천 톤이 골판지 제지회사에 유입된 것으로 판단된다.
Table 2에서 나타낸 미선별 골판지 자원에 혼입된 일반팩과 멸균팩의 추정 수량, 종이팩 출고량, 한국순환자원유통지원센터에서 공시하는 종이팩의 재활용률 통계자료를 적용하면 Table 3과 같이 종이팩 재활용 물질 흐름을 산출할 수 있었다.
Table 2.
Estimates of used beverage cartons ratio mixed in unsorted KOCC bales (Unit : Thousand MT/year)
Table 3에서 보는 바와 같이 2021년 기준으로 물질 흐름을 산출해 보면 다음과 같다. 종이팩 총출고량에서 미선별 종이자원에 혼입된 일반팩과 멸균팩의 비율은 각각 35%((25,811톤 ÷ 72,968톤) × 100%)와 18%((12,909톤 ÷ 72,968톤) × 100%)이었다. 총 종이팩 혼입 비율은 53% (35%+18%)로 산출할 수 있었다. 골판지에 혼입된 종이팩 비율과 한국순환자원유통지원센터에서 공시하는 종이팩의 재활용률 14%를 합치면 종이팩 68%가 소각 ․ 매립 등으로 폐기되지 않고 제지회사에 유입되는 것으로 추정된다. 다시 정리하면 2021년 기준으로 총 종이팩 출고량 약 73천 톤에서 골판지 제지회사에 일반팩은 35%, 멸균팩은 18%, 총 53%가 혼입되고 화장지 제지회사에 14%를 원료로서 사용되고 있으며 32%가 소각 등으로 폐기되는 것으로 판단된다. 여기서 골판지 제지회사의 펄퍼에서 해리되지 않고 리젝트로 폐기되는 일반팩의 소각 폐기량은 고려하지 않았다.
Table 3.
Estimated ratio of used beverage cartons mixed in unsorted KOCC bales based on total beverage carton output
Fig. 7에 미선별 골판지 종이자원을 펄퍼에서 해리 후 폐기되는 리젝트에 포함된 일반팩과 멸균팩 이미지를 나타내었다. 일반팩의 경우 일반적으로 골판지 제지회사에 사용하는 저농도 펄퍼 조건에서 해리되지 못하고 투입된 일반팩 포장재 원료 형태 그대로 폐기되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 멸균팩 포장재는 완전히 해리되어 섬유 상으로 해리된 종이층을 제외하고 해리되지 못한 폴리에틸렌/알루미늄 호일층만 리젝트로 제거된 것을 확인할 수 있었다.
이와 같이 골판지 원지 제지회사 입장에서 재생펄프 원료로써 재활용 가치가 있는 멸균팩만 별도로 고려하여 재활용 물질 흐름을 살펴본다면 다음과 같다. Table 4에 멸균팩 출고량을 기준으로 미선별 골판지 자원 내 멸균팩의 혼입 수량 및 비율을 나타내었다. Table 4에서 보는 바와 같이 2017 ~ 2021년 기준 멸균팩 총출고량 20천 톤 ~ 29천 톤에서 약 10천 ~ 12천 톤이 골판지 자원에 혼입되어 골판지 원지 제지회사에 유입되며, 그 비율은 멸균팩 총출고량 대비 약 44 ~ 55% 수준이다. 나머지 45 ~ 56%(9천 톤 ~ 16천 톤)는 수거 ․ 선별과정에서 미선별 잔량으로 폐기되거나 종량제 봉투로 폐기되어 소각 ․ 매립되는 것으로 추정된다.
Table 4.
Estimated ratio of used Aseptic cartons mixed in unsorted KOCC bales based on total Aseptic carton output
전술한 바와 같이 골판지 제지회사의 저농도 펄퍼에서 해리가 용이한 멸균팩이 약 10천 톤 ~ 12천 톤이 혼입되면 멸균팩 포장재에서 종이층이 약 70%를 차지하기 때문에 약 7천 톤 ~ 8천 톤이 섬유 상으로 해리되어 골판지 원지용 원료로 재활용되는 것으로 추정된다.
4. 결 론
본 연구에서는 골판지 제지회사에 입고되는 미선별 골판지 자원 압축 베일을 수작업으로 해체하여 일반팩과 멸균팩의 혼입량을 측정하였으며 분석된 데이터를 기반으로 종이자원 재활용 통계자료와 연계하여 종이팩 재활용 회수 시스템에서 일반팩과 멸균팩의 물질 흐름을 분석하고 다음과 같은 결론을 얻었다.
첫째, 미선별 골판지 자원에 일반팩은 0.47%, 멸균팩은 0.23%가 혼입되었으며 이를 합산한 종이팩 0.70%가 배출-수거-선별의 재활용 과정에서 종이자원에 혼입되어 골판지 원지 제지회사에 유입되는 것으로 추정된다. 2021년 종이팩 출고량을 기준으로 일반팩은 약 26천 톤, 멸균팩은 13천 톤, 이를 합산한 종이팩은 39천 톤이 미선별 골판지 자원에 혼입되어 골판지 원지 제지회사에 유입되는 것으로 판단된다. 이는 종이팩 총출고량의 약 54%에 해당되는 비율이다.
둘째, 골판지 자원과 혼입되어 제지회사에 유입되는 일반팩과 멸균팩의 펄핑 후 폐기되는 리젝트의 형상을 보게 되면 일반팩은 펄퍼에서 해리되지 못하고 제품 형상 그대로 폐기되는 것을 확인할 수 있었고, 멸균팩은 종이층이 펄퍼에서 완전히 해리되어 폴리에틸렌/알루미늄 호일층만 리젝트로 배출되는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 골판지 원지 제지회사에 유입되는 멸균팩의 종이층을 구성하는 70%를 골판지 원지 생산 원료로 재활용하고 있는 것으로 판단되며, 골판지 원지 제지회사로 유입되는 9천톤 ~ 16천 톤의 멸균팩 중에서 종이가 차지하는 70%를 적용하면 약 7천~8천 톤이 재활용되는 것으로 추정된다.
본 연구를 통해서 객관적인 기준에 의거하여 재활용 회수 시스템에서 종이팩의 물질 흐름을 추정할 수 있었고, 이를 활용하여 장기적인 관점에서 종이팩 재활용 체계에 대한 평가 및 관련 정책을 개발하는데 기초자료가 될 것으로 기대한다.
