일본, 생산‧이용‧회수 사이클 구축 … 쓰레기봉투 생산에 가스화

일본이 빨대 등에 채용되고 있는 생분해성 수지 PHBH의 생산, 이용, 에너지 회수 사이클 구축을 시도하고 있다.
폐식용유를 원료로 사용하는 PHBH로 쓰레기봉투를 생산하고 폐기된 쓰레기봉투를 회수해 메탄(Methane)으로 발효시키는 방식이며 생성되는 메탄가스는 발전에, 소화액은 작물 재배에 활용하는 등 버릴 부분이 없는 순환 시스템을 확립함으로써 PHBH 보급을 뒷받침할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
프로젝트의 명칭은 PHA(Polyhydroxyalkanoate)계 바이오 플래스틱의 라이프사이클 실증사업으로, 탈탄소사회를 뒷받침하는 플래스틱 등의 자원순환 시스템 구축 실증사업을 진행하고 있는 일본 환경성의 위탁을 받아 교토고도기술연구소(ASTEM)가 주도하고 있다.
2019년 7월 시작해 2021년까지 최대 3년 동안 진행할 예정이다.
카네카(Kaneka)가 독자 개발한 PHBH는 원래 팜유를 원료로 생산하고 있으나 팜유는 수입이 불가피함에 따라 일본에서 조달 가능한 폐식용유를 이용하기로 결정했다.
실증사업은 교토(Kyoto)에서 진행하고 있다.
교토는 1997년부터 폐식용유를 회수해 시내버스 등 바이오디젤 연료로 활용하고 있으며 2018년에는 약 1800곳에서 17만5000리터를 회수한 것으로 알려졌다.
다만, 폐식용유는 지방산 조성 등이 팜유와 달라 무엇이 PHBH 원료로 적합할지 샘플링 및 성상 분석이 필요한 것으로 파악되고 있다.
카네카는 PHBH 생산부터 쓰레기봉투 성형에 이르는 과정을 담당하고 있으며, 특히 메탄 발효를 통해 가스화할 수 있고 쓰레기봉투로 사용할 수 있는 강도를 갖춘 필름 생산에 중점을 두고 있다.
일반적으로는 첨가제를 투입해 강도를 부여하나 메탄 발효에는 PHBH 비율이 높은 쪽이 적합하기 때문이다.
가스화는 메탄 발효설비 생산기업으로 노하우를 보유하고 있는 히타치조선(Hitachi Zosen)이 담당하고 있다.
히타치조선은 PHBH와 쓰레기를 모두 좋아하는 미생물을 탐색하고 있으며 생성된 메탄가스는 가스엔진 연료로 이용할 계획이다.
메탄 발효에서는 미생물 반응에 따라 소화액 및 이산화탄소(CO2)가 생성되고 있으나 소화액은 액체비료로 활용할 수 있어 식물 재배에 적용할 계획이며, 특히 차세대 바이오 에너지원으로 각광받고 있는 자트로파를 주목하고 있다.
자트로파는 종자에서 추출한 기름을 가공해 바이오디젤로 사용할 수 있으며 실증사업에서는 PHBH 원료로 사용할 수 있을지 여부도 검토할 방침이다.
자트로파는 열대 및 아열대에 분포하고 있으나 실증사업에서는 메탄 발효로 얻어지는 CO2와 폐열, 소화액을 활용해 일본에서 온실재배 등이 가능한 시스템을 구축하겠다는 목표를 세우고 있다.
LCA(Life Cycle Assessment) 해석은 교토대학, 각종 분석 및 검토는 Shimadzu Techno Research(STR)가 담당하고 있으며 전문가의 조언도 얻어 PHBH 사이클 시스템, 에너지 회수, CCU(Carbon Capture, Utilization & Storage)를 검증할 방침이다.
실증사업을 시작한 2019년에는 폐식용유 베이스 PHBH 생산 및 가스화에서 일정수준의 성과를 얻어 2020년 들어서는 쓰레기봉투에 적합한 강도 실현, PHBH 생산성 향상에 주력하고 있다.
그러나 시스템을 지방자치단체에 실제로 도입한 이후 다양한 과제가 부각되고 있다.
우선 쓰레기 회수 문제로, 교토는 이미 메탄 발효로 쓰레기를 처리하고 있으나 혼합 배출된 쓰레기를 처리시설에서 기계로 분별하는 과정이 필요하나 이물질 혼입을 방지하기 위해 분별해 배출하는 방식을 도입하면 주민의 수고가 더해질 수밖에 없는 문제점이 제기되고 있다.
액체비료로 사용할 수 있는 소화액은 농업지역을 제외하고는 수요에 한계가 있는 점도 문제점으로 파악되고 있다.
그러나 메탄 발효는 비교적 작은 시설로 발전이 가능해 중소 지방자치단체가 도입하기에 유리하며 쓰레기 회수 시스템 확립도 용이한 것으로 판단되고 있어 도시형, 지방형 등 해당지역에 적합한 모델을 구축할 것이 요구되고 있다.