일본의 목질폐기물 리사이클 현황

일본의 목질폐기물 리사이클 현황

 

 

1. 머리말
순환형사회의 형성이 절실히 요구되고 있는 가운데 이와 관련된 법체계가 정비되었다. 순환형사회 형성추진기본법이 2001년 1월에 완전 시행되었고 폐기물의 적정처리를 명시한 폐기물처리법과 리사이클의 추진을 명시한 자원유효이용촉진법이 2001년 4월부터 완전 시행되고 있다.

개별 물품의 특성에 따른 규제로는 가전리사이클법, 용기포장리사이클법 등 여러 개가 있으나 목재, 목질재료의 재이용 · 재생이용에 관련된 것으로서 건설리사이클법(통칭)이 2000년 5월에 공포되어 2001년 5월 30일부터 완전 시행되고 있다.

이에 따르면 일정규모 이상의 건설물 해체, 신축 · 개축 등에 있어서는 분별해체와 재자원화가 의무사항으로 되어 있다. 특히 목재, 콘크리트, 아스팔트가 특정건설자재로 규정되어, 2010년에 있어서 이들의 목표재자원화율을 95%로 정하고 있다. 금후 대량으로 배출되고 있는 목질계폐기물의 유효이용이 급선무로 되고 있다.

 

2. 일본의 리사이클 현황
일본 건설교통부 조사에 의하면, 건설폐기물의 총배출량은 1995년도의 9,900만톤에서 2000년에는 8,500만톤으로 감소하고 있으며 그 가운데 목재와 관련된 것은 600만톤에서 500만톤으로 감소하고 있다. 최종 처리량은 건설폐기물 전체로 1995년도의 4,100만톤에서 2000년도에는 1,280만톤으로 대폭 감소하고 있으며 목재와 관련된 부분도 400만톤에서 80만톤으로 격감하고 있다.

재자원화율은 아스팔트 · 콘크리트덩어리의 경우에 1995년 81%에서 2000년에는 98%, 콘크리트덩어리의 경우에는 마찬가지로 65%에서 96%로 증가하고 있어 이미 2010년의 목표를 달성하고 있음에 비해 목재의 재자원화율은 38%로 감축량을 합쳐도 85%로 목표에는 아직 멀다.

건축학회에서 조사한「건축에 있어서 자원환경모델화」에 의하면, 1998년 건축해체재, 신축폐재, 포장재 · 파렛트폐재를 합하여 17,024천㎥이며 이 가운데 재이용되고 있는 것은 3,405천㎥(약 20%)이다. 재이용 중에서는 2,707천㎥가 연료로 이용되고 있고 보드원료는 겨우 895천㎥(약 5.4%)가 이용되고 있다. 순환형사회 구축의 지향으로 점차 그 방향으로 전환되고 있기 때문에 앞으로 재이용이 증가될 것으로 예상된다.

 

3. 재이용 및 재생이용
자원유효이용촉진법에 「3R」, 즉 재이용(reuse), 리사이클(recycle), 감축(reduce)이 명시되어 있다.

일반주택에서 발생하는 해체재의 재이용은 비교적 큰 단면을 지닌 오래된 목재 이외는 거의 이용되지 않는다. 그 이유는 소단면(105㎜×105㎜ 정도)인 점, 부착물, 접합결손부, 단면손상이 많은 것, 단면재료 등은 원형 그대로 회수하는 것이 어렵다는 점, 재이용자체의 채산성이 맞지 않는 점 등에 있다. 패널공법에서는 축조구조법에 비해 단면결함이 적어 단면형상이 일정하기 때문에 적절하게 선별방법이 개발된다면 재이용 가능성이 있는 것으로 보인다.

그런데, 목재를 건재 등으로서 이용하는 경우에는 타거나, 썩거나, 틀어지는 결점이 있으나 이러한 점은 폐기물처리의 분야에 있어서는 장점이 된다. 재생이용에서는 소각에 의해 열에너지로 이용이 가능하고 부후시킴으로서 감량화가 가능하며 비료로도 이용이 가능하다. 자연계에서 부후시키기 어려운 플라스틱류를 생각하면 목재는 매우 좋은 재료이다. 또 방부, 방충, 방의처리, 난연화처리, 난연성부여 등에 의한 목재의 장기수명화도 기간마다 폐기물을 감소시키는 것이 가능하여 재생이용으로 연결된다. 목재 리사이클에 있어서는 큰 것에서 작은 것으로 단계적으로 몇 번이라도 이용하는 캐스케이드(Cascade)형 이용이 바람직하다.

 

 

3.1 파티클보드 및 섬유판으로 재생이용
목질계 폐기물의 가장 일반적인 재생이용은 파티클보드(PB)의 제조이다. 현재로는 기둥류, 판재류 등의 Solid wood나 집성재, 합판 등은 파티클보드용 원료로 공장에서 재생 이용되고 있다. 이물질의 제거 등 이들의 제조기술은 거의 확립되어 있으며 제조된 PB는 시판되고 있다. 그러나 구성 엘리먼트가 작고, 또 제조시 크게 압축변형을 받고 있는 파티클보드나 섬유판은 아직까지 재생이용에는 이르지 않고 있다.

<그림 2>에 표시한 것과 같이 일본섬유판공업회의 조사에 의하면 2002년도 파티클보드용 원료의 72.6%가 건축해체재이고 1998년도의 45.7%에서 매년 증가하고 있으며 앞으로도 계속 증가될 것으로 예상된다.

이에 비해 섬유판으로의 재생이용은 그다지 진행되고 있지 않아 섬유판 원료에서 차지하는 건축해체제의 비율은 20% 정도에 머물고 있다. 이것은 이물질의 혼입에 의해 해섬(解纖)시에 사용하는 고속회전 리파이너 디스크가 쉽게 파손되기 때문이다. 섬유판으로의 재생이용은 해체재 중에서도 이물질의 혼입이 없는 부분 만을 이용하고 있다.

 

 

3. 2 새로운 리사이클 이용 연구
3. 2. 1 파쇄편의 축재(軸材), 면재(面材)로의 재생이용
파티클보드의 경우에는 칩을 더 작게 한 파티클을 엘리먼트로 하고 있어 보드로의 균일성이 시도되고 있다. 하지만 엘리먼트가 작고 강도를 고려하여 축재로의 이용은 되지 않았다. 새로이 개발되고 있는 Recycle Engineered Wood(REW)라 불리는 목질재료는 목질계폐재를 파쇄기(crasher) 등으로 1차 파쇄한 엘리먼트를 그대로 사용해서 접착제를 도포 후 Hot press 또는 Steam press에 의해 열압성형된 축재료 또는 면재료이다(사진 1). 이 목질재료의 성능은 엘리먼트의 길이, 형상비(aspect ratio), 배향도 및 제품밀도 등에 의존되지만 SPF재(패널공법구조용제재 갑종 2급)의 JIS 2101에 의한 시험결과에 만족하는 성능을 얻고 있다. 앞으로 패널공법의 소단면 프레임용 축재, 기둥 등으로 이용을 기대할 수 있다.

 

3. 2. 2 보드류의 재생이용
2010년에 목재의 재자원화율 목표를 95%로 설정함으로써 기둥이나 판재 등 Solid wood 뿐만 아니라 파티클보드나 섬유판으로도 재자원화할 필요가 있다. 물론 열원으로 재사용하는 thermal recycle법도 있지만 파티클보드나 섬유판을 재차 파티클보드나 섬유판으로 재생이용하는 방법이 고안되고 있다.

파티클보드나 섬유판 등과 같은 보드류의 엘리먼트는 특히 표층에 가까운 부위에서는 제조시에 큰 압축변형을 받고 그대로 파쇄해도 그 압축변형은 거의 해소되지 않아 작은 엘리먼트나 접착제에 의해 고정된 파편이 많게 된다. 얻어진 엘리먼트의 밀도가 높게 되므로 원래 보드와 같은 밀도의 보드를 제조하면 엘리먼트끼리 충분히 밀착되지 않아 보드의 기계적인 성능은 원래의 보드에 비해 저하된다. 따라서 파쇄기로 10~20cm 정도의 크기로 파쇄한 후 Steaming 처리를 함으로써 보드의 접착제(요소수지, 요소-멜라민공축합수지)를 가수분해시켜 엘리먼트를 분리하고 나아가 엘리먼트의 압축변형을 원형회복(spring back)시킴으로써 원래의 엘리먼트에 가까운 것으로 재생할 수 있다. 또 이 방법으로는 접착제가 분해되기 때문에 약한 충격에 의해서도 간단하게 가는 조각을 만들 수 있어 섬유판의 경우에도 리파이너를 사용할 필요가 없고 햄머밀 등으로 간단히 섬유화할 수 있으므로 리파이너할 동안 다른 물질의 혼입에 신경 쓸 필요가 없다.

이 방법에 의해 U type의 파티클보드에서 페놀수지를 사용해서 재생한 파티클보드의 휨강도와 Steaming 처리 온도와의 관계를 <그림 3>에 표시하였다. 180℃ Steaming은 JIS 18 type을 충분히 만족시켰다. 이 방법에 의해 파티클보드나 섬유판에서도 파티클보드나 섬유판으로 재생이용이 가능하다. 또 목재의 뒤틀림이라는 결점은 보드제조나 재생이용에 있어서는 열과 수분에 의해 압축변형이나 원형회복(spring back)이 가능한 이점이 된다.

 

3. 2. 3 화학적 이용방법
목재를 화학적인 처리방법에 의해 비교적 간단한 방법으로 가용화하는 방법이 있다. 이것에는 페놀류, 알콜류 또는 환상폴리카보네이트 등의 시약을 이용하여 150℃ 정도의 온도로 가용화시킨다. 얻어진 액체는 접착제나 수지, 발포체로 이용이 가능하다. 반응을 충분히 진행하면 레블린산이 얻어지고 이것은 여러 화합물의 합성을 위한 출발물질, 즉 유용한 화학원료로서 이용이 기대된다.

초임계유체에 의해 목재를 분해하는 방법도 있다. 유체로는 물이나 메탄올이 이용되며 물의 경우에는 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스가 0.1~수초만에 글루코오스다당이나 구성 단당으로 분해된다.

목질계폐기물의 재생이용 과정에서 얻어지는 목분, Dust 등 보드 등으로는 재생이용하기 어려운 것을 대상으로 화학적인 처리방법을 적용하는 것이 고려되고 있다.

3. 2. 4 에너지로서 이용

목질계폐기물을 에너지로서 이용하는 방법에는 연소에 의한 열에너지 이용, 발전, 메탄올화(가스화법과 발효법), 목질펠렛 등이 있다.

 

4. 해체성 접착제(분리되는 접착제)
리사이클 입장에서는 접착된 것이 필요하지 않은 경우에는 어떠한 자극을 받아 쉽게 분리되는 접착제가 이상적이다. 최근 가열에 의해 분리되는 접착제가 개발되고 있다.

이 메카니즘은 접착제에 열팽창제를 분산시켜서 가열에 의해 접착층이 팽창되어 계면(界面)에서의 접착파괴 또는 접착층의 파괴에 의해 분리되는 것이다(그림 4). 이 접착제는 접착성분인 비닐공중합체, 특수수지에멀젼(접착성 · 내구성부여제)과 열팽창성분인 열팽창형기능재료(열팽창제를 넣은 마이크로캡슐 : 외부껍질은 아크릴수지)로 되어있다. 또 에폭시수지와 열팽창성마이크로캡슐 계열도 개발되고 있다. 목질계폐기물의 리사이클에는 면재료 등에 붙어있는 표면가공재, 화장재 등 다른 물질의 분리 · 분별이 문제가 되고 있으며 이들의 이용을 고려해야 한다.

 

 

5. 맺음말
목질계폐기물의 재이용 · 재생이용에 있어서는 전과정평가(LCA : 모든 면에서 본 지구환경에 부여되는 부하의 평가)가 필요하다. 즉 목질계 폐기물의 수축, 운반, 분별, 제조의 전체과정에서 에너지의 수지, CO2나 유해물질의 방출 등 환경부하를 주지 않는 것이 중요하다.
단계형 이용을 고려한다면 우선 재료로서 재생이용한 후, 마지막으로 얻어지는 목분이나 Dust 등을 에너지로서 이용하는 것이 바람직하다.
목질계폐기물을 에너지로서 이용한다면 CO2의 발생을 피할 수 없으며 재료로서 재생 이용한다면 CO2를 고정할 수 있게 되지만, 재생을 위해서는 에너지가 필요하다. 재료로서의 이용과 에너지 이용과의 균형이 중요하며 또 목질계폐기물의 종류나 품질에 의해 적절한 방법을 고려해야만 한다. 최종적으로는 LCA에 맡겨두지 않으면 안 된다.

 

 

 

※ 이 자료는 일본 독립행정법인 삼림총합연구소 秦野恭典(Hatano Yasunori)박사가 10월 10일 임업연구원 세미나에서 발표한 것이며 임업연구원 목재가공과 강인애박사, 도금현박사, 박상범박사가 번역 정리한 것임.