1. 서 론
현대 사회는 급격한 인구 증가 및 산업 발달에 따른 대량 생산, 대량 소비가 이루어지고 있으며, 이로 인한 자원고갈과 환경오염을 방지하고자하는 움직임이 전 세계적으로 이루어지고 있다. 전 세계적으로 1인당 천연자원 소비량은 연간 45-85만 톤에 이르나 자연으로부터 사용할 수 있는 자원은 한정되어 있으므로, 자원 확보를 위한 국제사회의 경쟁 또한 심화되고 있다. 이에 따라 자연스레 새로운 자원을 채취하는 것보다 기존의 사용된 자원을 재활용하는 것에 대한 중요성이 강조되고 있다. 이와 발맞춰서 OECD 국가를 포함한 여러 선진국에서 자원순환형 사회구축을 위한 관련 법령 및 계획을 정비하고 있다. 이처럼 자원의 재활용에 대한 중요성이 강조됨에 따라 1회용 기저귀의 재활용에 대한 관심 역시 커지고 있다.
위생용 종이제품의 하나인 1회용 기저귀는 유아 한 명이 하루 평균 6개의 기저귀를 생후 25개월까지 사용하고, 이를 연간으로 환산하면 매년 25억 개가 발생되는 것으로서 전체 생활 폐기물의 2-4%를 차지한다. 유아가 한 명 있을 경우 폐기저귀는 전체 종량제 봉투의 22%, 유아가 2명 있는 경우에는 31%를 차지하는데, 이는 간편한 생활패턴을 추구하는 정책적 분위기 변화와 주부 인력의 사회 진출 증가에서 기인한 것으로 보인다.1-3)
기저귀와 같은 위생용 종이제품이 매년 30만 톤씩 발생되고 있지만 현행 법규상 폐기물부담금 대상이고 전량 매립 또는 소각되고 있는 상황이어서 자원낭비가 심각한 실정이다.4,5) 기저귀 폐기물은 재활용이 어렵고 관리상 문제를 일으킬 수 있는 품목으로 분류되어 폐기물 부담금 부과대상으로 지정되어 있다. 현재 기저귀 폐기물은 일반 종량제 봉투를 통해 수거한 후 가까운 자원회수화시설로 운반되어 재분류 과정 없이 매립 또는 소각되는 실정이다. 배출되는 폐기물의 대부분을 매립 혹은 소각에 의존함으로써 매립과정에서의 악취, 침출수에 의한 오염, 소각으로 인한 대기오염 등의 환경문제가 야기된다. 간접적으로는 기저귀 배출량의 증가로 매립지나 소각장 건설이 증가할 경우 국토이용이 제한되는 결과를 초래한다.6)
현재 기저귀에 포함되어 있는 펄프, 플라스틱, 고흡수성 물질 등을 분리할 수 있는 캐나다 Knowaste사의 기술이 상용화되어 네덜란드(연간 70,000톤), 영국(연간 36,000톤), 캐나다(연간 6,500톤) 등에서 현지 설비가 운영 중에 있고 일본 후쿠오카 현의 오무타시에서 일본 자체기술로 일 20톤 규모로 작게 재활용 설비를 운영하고 있다. 기저귀의 구성 물질이 대부분 유가성 있는 재활용 가능자원이어서 매립이나 소각 처리는 경제적으로나 환경적으로 큰 낭비가 아닐 수 없다.7,8)
이러한 기저귀를 재활용할 경우 플라스틱과 펄프를 재생할 수 있기에 환경부하를 줄이게 되지만, 환경적 측면에서 어느 정도 효과성이 있는지 판단하려면 재활용 공정 운영으로 인한 환경부하에 대해 정확한 평가가 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 환경 전과정평가(life cycle assessment, LCA)를 통해 기존의 소각/매립 대비 사용 후 1회용 기저귀를 재활용할 경우에 대한 환경 개선효과를 분석하고자 한다.
2. 기초 조사 연구
2.1 기저귀 발생현황 예측
1회용 기저귀는 펄프와 플라스틱, SAP(super absor-bent particle)로 구성되어 있으며, SAP와 펄프의 분리를 위한 화학처리를 제외할 경우, 기술적으로도 단순한 물리적 처리를 통해 재생자원으로의 재활용이 가능하다. 1회용 기저귀의 재활용은 기저귀를 구성하고 있는 원료물질을 재생한 후 해당 재생재를 판매하는 수익을 통해 사업성이 보전되게 되는데, 앞서 해외 기저귀 재활용 사례를 살펴보면, 해당 공정 설비의 규모 대비 수거량이 중요함을 확인할 수 있다. 기저귀 재활용 설비 규모 설정과 경제성, 환경성을 비롯한 전체적인 타당성 분석에 국내 기저귀 발생현황 예측이 반드시 고려되어야 한다. 이러한 점에서 다양한 측면의 자료를 바탕으로 1회용 기저귀 발생현황을 예측하고자 한다.
2.1.1 통계청 인구추계와 평균 기저귀 사용량 기반 예측
통계청에서 국가지표로 제시하고 있는 장래 인구추계를 적용한 1회용 기저귀 발생량을 예측하였다. 통계청에서는 5년마다 실시되는 인구총조사의 확정인구 결과를 바탕으로 각 연령별 인구를 2060년까지 추계하여 공개하고 있다. 미래에 대한 인구수 예측은 출산, 사망, 국제이동 등의 인구변동요인 측면에서 불확실성을 내포하므로 인구성상 측면의 장래 수준을 중위, 고위, 저위 시나리오로 각각 설정하여 이루어진다. 0-2세에 대한 통계청의 인구추계는 Table 1과 같다.4)
Table 1.
Population projection by National Statistical Office (2016)
국내 인구추계를 바탕으로 연령별 기저귀 평균 사용량을 적용하여 국내 기저귀 배출량을 산정하였다. 기존연구에서는 유아기 25개월 동안 하루 평균 5.8개씩 사용한다고 적용하였으나, 실제 폐 기저귀 중량실사에서는 25-36개월 영유아까지 포함하는 등 데이터가 일관되지 못한 측면이 존재한다. 따라서 본 연구에서는 기저귀 생산자를 대상으로 연령별 1회용 기저귀 평균 사용량을 수집하였고(Table 2), 통계청 인구추계 자료에 연령별 평균 기저귀 사용량을 적용한 연간 기저귀 발생량 예측 결과는 Fig. 1과 같다.
기저귀 재활용의 경제성/환경성 측면에서 폐기저귀 무게는 매우 중요하다. 기저귀 무게가 무거워질수록 단위 무게 당 유가자원(펄프, 플라스틱)의 비율이 감소하기 때문이다. 실제 영·유아의 기저귀 사용은 월령별 1-5단계에 걸쳐 바뀌어가며, 월령이 올라갈수록 무게가 증가하고, 대·소변의 무게도 증가할 것으로 예상된다. 따라서, 전체 연령을 대상으로 동일한 무게를 적용하는 것은 적절하지 않으며, 본 연구에서는 기존 선행연구의 기저귀 실사 결과를 연령 별로 적용하며, 제조사를 대상으로 수집한 데이터를 바탕으로 기저귀의 무게를 최소, 최대, 중간 값으로 구분하여 적용하였다. 적용된 사용 후 기저귀와 새 기저귀의 무게는 Table 3과 같다.
Table 3.
Disposable diaper weight before and after use
| Month | Before use | After use |
|---|---|---|
| 0 | 25.0 g | 83.5 g |
| 12 | 32.5 g | 116.1 g |
| 24 | 40.0 g | 142.0 g |
기저귀는 펄프, 플라스틱, SAP으로 구성되어 있으며, 제조사로부터 수집한 평균 구성비†를 적용하여 사용 후 1회용 기저귀 전체 및 재질별 발생무게를 예측하였고, 그 결과는 Table 4와 같다.
Table 4.
Expected diaper weight (unit: ton)
3. 연구 방법
3.1 환경 전과정평가
환경 전과정평가는 제품시스템과 관련된 투입물 및 산출물에 대한 목록을 작성하고 이들과 연관된 잠재적인 환경영향을 평가하며, 연구목적과 관련해서 목록분석 결과와 영향평가 결과를 해석함으로써 제품의 잠재적인 환경영향을 평가하는 기법이다. 이때 전과정이란 원료의 추출과 가공, 제조, 수송, 사용, 재활용, 폐기에 이르기까지의 과정을 포함한다.10-12) 본 연구에서는 LCA 수행의 국제 규격인 ISO 14040, ISO 14044에 따라 폐기저귀 재활용에 대한 전과정평가를 수행하여 기존의 소각/매립 대비 사용 후 1회용 기저귀의 재활용의 환경 개선효과를 분석하였다. 전과정 환경영향을 도출하기 위한 방법론은 환경부 영향평가 방식을 적용하였다. 환경부 영향평가 방법론은 환경부에서 운영 중인 환경성적표지인증제도에서 활용하고 있는 방법론으로서 지구온난화, 자원소모, 산성화, 부영양화, 광화학적산화물생성, 오존층파괴 등 6대 영향범주를 대상 환경영향으로 하였다.
3.1.1 목적 및 범위 정의
기존의 폐기하는 방식에 비해 기저귀를 재활용하는 것이 환경적 개선효과가 있는지에 대해 LCA를 통해 분석하는 것이고, 대상 시스템은 폐기저귀를 재활용하는 공정이며, 대상 시스템의 기능, 기능단위, 기준흐름은 Table 5와 같다.
Table 5.
Functional unit and reference flow
| Function | Diaper recycling process |
| Functional unit | Used disposable diaper 1 ton |
| Reference flow | Used disposable diaper 1 ton |
위와 같은 기준흐름을 통해 기저귀 무게와 재생되는 펄프와 플라스틱 양을 환산할 수 있다. Table 4에서 2017년 자료를 보면 총 260,320톤의 기저귀가 처리될 때 펄프 16,240톤, 플라스틱 35,728톤이 발생하는 것을 알 수 있다. 기저귀 1톤이 처리된다고 가정하면, 그 결과 약 62 kg의 펄프와 약 137 kg의 플라스틱이 재생된다고 볼 수 있다. 본 전과정평가에서는 실제 가동 중인 공정에 대한 운영데이터의 수집이 불가능하므로 문헌 데이터를 기반으로 데이터를 수집, 적용하였다. 영향평가의 수행을 위해 환경부의 환경성적표지의 6대 영향범주를 선정하였다(Table 6).4)
3.1.2 전과정 목록 분석
대상 시스템으로 설정한 Knowaste사의 폐 기저귀 재활용 공정은 현재 시점에서 가동되고 있는 사례가 없으며 기술 관련 특허 등으로 인해 실제 운영 데이터에 대한 수집이 불가능하다. 따라서 본 연구에서는 영국에 Knowaste사의 1회용 기저귀 재활용 공정을 설치할 경우에 대한 타당성 분석 연구†를 참고하여 운영 간 투입되는 물질 및 에너지와 배출되는 폐수에 대한 정량적인 데이터를 수집하였다. 사용되는 화학처리제의 경우, 구체적인 화학처리제의 종류 및 정량적인 정보의 수집이 불가능하며 관련 특허† 상으로 공개된 정보의 접근만이 가능하므로 해당 정보를 통해 계산된 데이터를 적용하였고 수집된 데이터는 Table 7과 같다.
Table 7.
Operation data of diaper recycling process
| Aspect | Material | Data | Unit |
|---|---|---|---|
| Input | Water | 4,600.00 | kg/ton |
| Electricity | 83.00 | kw/ton | |
| Chemical aqueous solution | 8.83 | kg/ton | |
| Output | Waste water | 5.60 | m3/ton |
| Recovered pulp | 62.38 | kg/ton | |
| Recovered plastic | 137.24 | kg/ton |
대상 시스템에 대해 수집된 데이터가 실제 설치 및 운영을 바탕으로 한 자료가 아니므로 상위흐름의 연결에 있어 worst case를 적용하였다. 화학처리제 수용액의 경우, 관련 특허에서 제시하는 모든 화학물질의 물에 대한 용해도를 적용한 후 상위흐름 연결에 있어 worst case를 적용하였고, 그 결과는 Tables 8 및 9와 같다.4)
Table 8.
Upper flow and emission coefficient of diaper recycling process
Table 9.
Calculation of chemical treatment inputs
4. 결과 및 고찰
4.1 환경 전과정평가 결과
본 연구는 어린이집이나 가정에서 소비된 기저귀의 재활용이 필요하다는 가정 하에 기저귀를 재활용할 경우 환경적 부하에 대한 정량화를 위해 전과정평가를 실시하였다. 현재 폐기물 처리 방식인 소각 혹은 매립 대신 재활용을 하게 된다면 플라스틱과 펄프를 재생하므로 환경부하가 줄지만, 재활용 공정 운영으로 인한 환경부하가 어느 정도인지에 대해 정확한 평가가 필요하기 때문이다. 또한, 전과정평가를 통해 기존의 소각/매립 대비 사용 후 1회용 기저귀의 재활용의 환경 개선효과를 분석하고자 했다. 설정된 대상 시스템에 대해 오존층파괴(ozone layer depletion, OD), 산성화(acidification, AD), 자원고갈(abiotic resource depletion, ARD), 지구온난화(global warming, GW), 부영양화(eutrophication, EUT), 광화학산화물생성(photochemical oxidant creation, POC) 총 6개의 영향범주를 고려하였고, 1회용 기저귀 재활용 공정에 대한 전과정영향 평가 결과는 Table 10과 같다.
Table 10.
Result of LCA for diaper recycling
기저귀 재활용 프로세스는 공정 운영으로 인한 환경영향에 비해 재생되는 펄프와 플라스틱으로 인한 신재 생산 회피효과가 크므로 환경적으로 이득이 된다. 개선효과의 분석을 위해 기존의 기저귀를 소각/매립하는 단계를 비교대상으로 설정하였다. 기저귀 재활용 공정의 경우, 기저귀 1톤의 처리와 함께 약 62 kg의 펄프와 137 kg의 플라스틱을 재생하므로 재생재가 신재를 대체할 수 있다는 가정 하에 비교 대상시스템을 Fig. 4 같이 설정하였다. 기저귀 재활용 공정과 비교 대상인 기존 폐기 공정의 비교 결과는 Fig. 5와 같다. 1회용 기저귀의 재활용은 펄프와 플라스틱 재생으로 인한 환경영향 회피효과가 크므로 기존 폐기 시 펄프와 플라스틱 신재의 생산을 고려할 경우 환경성의 개선효과가 큰 것으로 분석된다. 작게는 부영양화 측면에서 131%의 개선효과를, 크게는 자원고갈 측면에서 185%의 개선효과를 보이는 것으로 나타났다.
분뇨가 포함되어 있는 기저귀의 특성상 재활용을 위해서는 환경성, 기술성, 경제성이 모두 고려되어야 한다. 본 연구에서는 기저귀 재활용이 필요하다는 가정 하에 경제성 분석을 위한 기초자료로서 환경적 부하를 정량적으로 산출하고, 현재 처리 방식인 매립과 소각대신 재활용을 할 경우 환경개선 효과가 얼마나 있는지 비교해 보았다. 우선, 이를 위한 기초 조사로서 연간 기저귀 발생량을 예측하였는데, 이는 적절한 규모의 기저귀 재활용 공정 규모 설정 및 수거/운반시스템의 구축, 시범 사업 등과 관련하여 반드시 필요한 데이터라고 볼 수 있다. 본 연구에서 기저귀 발생량 예측은 통계청의 인구추계에 평균 기저귀 사용량을 적용하여 도출하였고, 한국환경공단 기저귀 통계를 참고하였다. 통계청 인구추계를 기반에 둔 계산방식은 현재 존재하는 데이터를 통해 2060년까지의 예상 발생량을 도출할 수 있다는 측면에서 유용할 수 있으나, 실제 국내에 판매되는 기저귀의 현황이 반영될 수 없다는 점, 성인용/애완용 기저귀의 반영이 불가능하다는 점, 평균 사용량이 변화하는 측면에 대해 즉각적인 반영이 어렵다는 점 등에서 한계점이 존재한다. 따라서 국내 1회용 기저귀 발생량의 정확한 예측을 위해 한국환경공단의 판매/수입량 기반 통계를 지속적으로 구축하되, 영·유아용 기저귀 월령 단계별, 성인용, 애완용 기저귀 각각에 대해 세부적으로 나누어 통계시스템을 구축할 필요가 있다. 또한 1회용 기저귀 평균 사용량과 재질정보와 같은 생산자 데이터에 대한 지속적인 구축 역시 관련 연구를 위해 반드시 필요하다.
5. 결 론
본 연구에서는 기저귀를 재활용 경우 이로 인한 환경부하 측정을 위해 전과정평가를 실시하였고 이를 통해 기존의 소각/매립 대비 사용 후 1회용 기저귀의 재활용의 환경 개선효과를 분석하였다. 기저귀 재활용은 펄프와 플라스틱 재생되기 때문에 이로 인한 환경영향 회피효과가 크므로 기존 폐기 시 펄프와 플라스틱 신재의 생산을 고려할 경우 환경성의 개선효과가 큰 것으로 나타났다. 작게는 부영양화 측면에서 131%의 개선효과를, 크게는 자원고갈 측면에서 185%의 개선효과를 보이는 것으로 나타났다. 이는 영국에서 2011년에 실시한 선행연구보다 더 큰 것이다. 영국 선행연구에서는 지구온난화에 미치는 영향이 71% 감소하고 자원고갈에 미치는 영향은 54%가 감소하는 환경개선 효과가 있었다.
향후 실제 기저귀 재활용이 실현되기 위해서는 다양한 시범사업을 통해 최적의 공정규모와 위치, 목표율의 설정 등의 측면에 대한 연구가 이루어져야 하며, 실제 운영 데이터를 기반으로 한 환경성 분석이 추가적으로 수행되어야 한다. 이와 같은 과정을 통해 사용 후 1회용 기저귀의 재활용이 안정적으로 수행될 수 있는 여건을 구축하며 자발적 협약제도를 거쳐 생산자책임재활용제도로의 전환이 되어야 지속가능한 제도의 운영이 가능할 것이다. 이상의 연구를 통해 도출된 결론 뿐 만 아니라 시범사업 운영 및 실제 운영 데이터를 통한 환경성 분석 등의 지속적인 관심으로 국내에서 발생하는 기저귀를 경제적/환경적인 측면에서 최적으로 처리할 수 있는 수거/처리시스템을 구축해나가야 할 것이며, 나아가 자원순환형 사회로의 선진화를 선도할 수 있는 결실을 맺을 수 있을 것이다.
