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연구성과/뉴스

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[장인섭 교수] <탄소중립 연속기고> 도시폐기물, 고부가가치 상품으로 되살아날까

작성자지구·환경공학부  조회수289 Date2022-04-21
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장인섭 광주과학기술원(GIST) 지구환경공학부 교수

산업화가 시작된 이후 대기 중 이산화탄소(CO₂) 농도는 30%, 연 평균 기온은 1.4도 올라갔다. 또 심각성을 나타내는 폭우, 폭설, 엘니뇨 현상 등과 같은 이상 기후 현상도 더욱 빈번해졌다. 이런 이상 기후 현상의 주요 원인으로 인식되고 있는 온실가스를 감축하려는 전 지구적, 범국가적 협약이 논의되고 있는 가운데 한국은 세계은행이 조사한 국가별 탄소 발생량에서 조사대상 123개국 중 발생규모가 9번째로 많은 나라로 나타났다. 

 

유엔  산하 '기후변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)'는 2018년 지구 평균기온의 상승을 1.도이하로 유지하기 위해서는 2030년까지 2010년 배출량의 45%를 감축해야 한다. 2050년까지 탄소제로(net-zero)에 도달하지 않으면 인류 생존의 심각성이 발생할 것으로 우려하고 있다.

 

1992년 브라질 리우데자네이루에서 개최된 세계 정상회담과 1997년 교토의정서가 채택된 이후 유럽연합을(EU) 필두로 국제사회 및 온실가스 의무감축국(Annex-1 국가)간에는 온실가스 규제가 본격화되고 온실가스 배출원인 에너지 생산과 산업분야의 효율화를 위한 시도가 활발히 논의되고 있다. 하지만 비의무감축국이 교토의정서의 직접적인 규제 대상에서 벗어났고 중국, 인도와 같은 신흥 개발국의 온실 가스 배출이 빠른 속도로 늘었다. 더구나 교토의정서의 교토메커니즘으로 국제배출권 거래제, 청정개발 제도와 공동 이행 제도 등 3가지 중요 제도가 제시됐지만 이 중 청정개발제도를 제외한 다른 제도들은 활발한 시행이 이루어지지 않았다.

 

유엔기후변화협약(UNFCCC)을 통한 국제적 논의는 2007년 인도네시아 발리에서 열린 당사국총회 (COP-13)를 계기로 다시 논의가 시작됐다. 2011년 남아프리카공화국 더반에서 열린 17차 당사국총회(COP-17)에서는 신기후체제에 대한 논의를 시작했고 이어 2015년 프랑스 파리에서 열린 파리총회(COP-21)에서 합의를 도출했다. 합의의 가장 중요 내용은 산업화 이전 대비 지구 평균기온 상승을 2도보다 낮은 수준으로 유지하기 위해 1.5도를 상승 제한폭으로 설정했다. 55개국 이상 협약당사국이 비준한 발효조건이 2016년 10월 5일 충족되면서 2016년 11월 4일에 기후협정으로는 최초로 포괄적 구속력이 적용되는 국제법이 발효했다.


한국은 교토의정서 체제에서는 온실가스 감축의무가 없는 개발도상국으로 분류됐지만 신기후체제의 근간이 되는 파리협정이 채택된 뒤 2016년 11월 국회 비준동의안 가결로 국제기후변화협약의 당사국 지위를 획득했다. 또 유엔에 비준서를 기탁한 97번째로 나라로 기록됐다. 정부는 후속조치로 1~3차 기후변화협약 대응 종합대책과 기후변화대응 종합기본 계획을 수립했다. 신기후체제와 2030 온실가스 감축로드맵의 이행 점검 평가 체계를 구축하기 위한 제2차 계획도 최근 수립했다.

정부는 지난해 10월 2030년 기준 2018년 대비 온실가스 배출량 감축 목표치를 26.3%에서 40%(4억3천660만t)로 상향하는 방안을 확정했다. 연합뉴스 제공

신기후체제에서는 기후변화협약당사국에게 2030년까지의 온실가스 배출량 목표 뿐 아니라 장기 저탄소 발전전략을 제출할 것을 요구하고 있다. 한국은 민관 협의체인 '2050 저탄소 사회비전 포럼'을 구성하고 7개의 분과에서 2050년까지의 온실가스 장기 배출 목표와 2030년까지 배출 예상량(BAU) 대비 37%의 온실가스를 감축 목표를 설정했다. 이런 환경 변화는 저탄소 경제구조로의 전환은 더 이상 미룰 수 없는 선택임을 의미한다.

 

저탄소형 경제구조의 실현은 현명하고 철저한 준비가 필요하다. 탄소배출이 에너지와 산업 분야에서 대부분 발생하는  한국의 산업구조에서 단순 논리로 탄소 배출량 감소를 요구할 경우 해당 산업에 미치는 영향이 얼마나 클지 짐작하는 건 어렵지 않다. 경제활동을 위축할 수 있는 영향을 최소화하면서 탄소 배출을 점진적으로 감소할 수 있도록 유도하는 정부 시책이 필요하고 기업 입장에서는 탄소저감형 제품 생산을 통해 기업 경쟁력을 확보할 수 있도록 노력해야 한다. 기업은 비재무적 요소인 환경, 사회 및 지배구조를 고려하는 ESG(환경·사회적 책무·기업지배구조 개선) 투자를 통해 재무적 요소에 직접 반영되지 않더라도 기업의 사회 평판도 향상이 궁극적인 생존전략이 될 수 있다는 점도 반드시 인지해야 한다.

 

2020년에 발표된 국가온실가스 인벤토리보고서를 보면 2018년 총 7억2760만t의 탄소배출량(이산화탄소 기준) 중에 에너지와 산업공정에서 각각 6억3240만t과 5천700만t으로 전체 배출량의 90%이상이 두 분야에서 발생됨을 알 수 있다. 한국이 세계 10위권 이내의 경제 규모를 가지고 있고 기술 중심의 제조업이 산업의 기반임을 보면 쉽게 이해될 수 있는 통계이다. 한편, 농업분야에서도 2100만t의 탄소 발생이 있지만 농지나 산림지역에서 더 많은 탄소 (4100만t)가 흡수되고 있다.

 

통계 자료에서 관심 있게 살펴보아야 할 분야가 폐기물이다. 2018년에 약 1700만t의 탄소가 발생된 것으로 나타났다.   '폐기물관리법'에 폐기물은 일반 생활폐기물, 사업장 생활폐기물, 사업장 배출 시설폐기물과 건설 폐기물로 구분된다. 2018년 국가통계 조사 기준으로 사업장 지정폐기물을 제외하고 일 규모 47만 톤의 폐기물이 발생되고 있는데 이중 44% 규모는 재활용하기 위해 회수되고 있으며 47%가 소각으로 처리되고 있다. 자원의 재활용 측면에서 재활용률을 높이기 위한 정부의 정책 결정과 시행이 강력할 필요가 있고 산업계와 민간에서는 정책 필요성에 대한 공감과 이해도를 가지고 폐기물 발생량을 최소화 할 수 있는 제품 생산과 소비를 해야 한다.

 

한국은 높은 인구 밀도, 서비스 중심의 산업 구조, 도시형 생활 방식 등의 사회적 이유와 국민소득의 급격한 상승, 신도시 건설, 도시 재개발, 건설공사 등의 경제적 이유로 도시형 생활 폐기물의 생산량과 지역별 발생밀도가 매우 높은 편이다. 2018년 기준 인구의 92% 이상이 도시에서 생활하고 있으며 단위 면적당 도시형 생활폐기물의 발생량이 미국의 7.9배, 중국의 8.7배, 독일의 1.4배에 달하기 때문에 도시에서 발생하는 폐기물의 처리 및 재활용에 대한 정책과 시행이 중요하다. 폐기물 관리법이 시행되기 전에는 대부분의 생활폐기물은 매립되어 처리했지만 폐기물의 세부 분류가 시행되고 재활용 촉진법이 제정되면서 종량제의 시행과 더불어 매립되던 폐기물은 소각으로 처리 방법이 전환됐다. 1990년대 후반부터 본격적으로 구축되기 시작한 소각시설들이 본격적으로 가동되면서 땅에 묻는 폐기물 처리량은 급격히 감소했고 현재 재활용이 되지 않은 폐기물은 대부분 소각 처리되고 있다. 실제로 2018년 기준 폐기물 소각은 1997년 대비 25% 증가했고 연평균 3%씩 지금도 늘고 있다. 

 

재활용하기 위해 회수된 폐기물은 별도의 분해 과정 없이 다른 물질로 직접 사용하거나 물질 변환을 통해 부가가치 상승을 유도할 수 있다. 한편에선 기계적, 화학적 분해를 통해 다른 형태의 재료로 가공하여 재사용하는 다운사이클링 기술도 개발되고 있다. '완전 산화'는 폐기물의 처리로는 가장 효과적이지만 반대로 이산화탄소 발생도 함께 늘어나는 단점이 있다. 

폐기물을 가공해 만든 고형연료제품(SRF). SRF는 산업용 보일러, 화력발전소, 열병합발전소 등에서 다시 에너지로 쓰인다. 환경운동연합 제공

소각 처리되는 폐기물은 완전 산화가 아닌 불완전 산화되도록 유도하면 고형폐기물의 처리와 더불어 수소나 일산화탄소와 이산화탄소가 주성분인 가스상 물질을 확보할 수 있다. 가스상 물질은 생물학적, 화학적 반응을 통해 다른 화학물질의 전구체로 사용 가능한 다탄소형 '플랫폼 화학물질'로 전환된다. 플랫폼 화학물질의 특성 상 물질의 사용 형태와 횟수를 여러 번 할 수 있기 때문에 석유화학물질로 생산되는 양도 감소한다. 한 번 발생된 폐기물은 결국 이산화탄소가 되어 탄소 사이클링의 종착지인 자연으로 돌아가게 되는데 마지막 단계에서 발생하는 이산화탄소를 효과적으로 포집하고 저장이 가능한 기술이 확보된다면 가장 최적의 시나리오가 될 것이다.

 

학계는 가연성 고형폐기물을 소각하면서 발생하는 탄소 부담을 최소화하고 에너지 및 자원 활용을 위해 '가스화'와 열분해를 통한 '용융화'를 유망한 처리기술로 제시하고 있다. 열화학적 처리를 통해 확보되는 가스물질은 다운사이클링에 해당되며, 가스물질을 다양한 전환 기술을 통해 고부가 화학물질로 전환하는 방법은 탄소, 에너지 집약도를 높여 신규 가치를 부여할 수 있는 업사이클링에 해당된다. 전환된 화학물질들은 분리, 정제과정을 거쳐 수송 연료 혹은 화학물질로 직접 사용하거나 고부가가치 화학물질 생산 원료로 사용해 화석연료에 기반을 두는 화학 플랫폼 의존도를 낮출 수 있다. 연구개발(R&D)은 과학적 관심과 호기심에서 출발하지만 사회에서 필요로 하는 기술 개발로 이어져야 한다.

 

새로운 산업인 폐기물 업사이클링에 필요한 기술들은 재생형 자원의 확보와 활용도 향상은 물론이고 탄소중립을 위한 국가 아젠다를 위해서도 꼭 필요한 기술들이다. 필자가 소속된 광주과학기술원(GIST)은 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원으로 2021년 6월에 '도시형 생활페기물 가스화물질 혁신적전환 선도연구센터' 사업에 착수했다. 해당 연구 사업은 도시형 고형폐기물의 업사이클링을 위해 필요한 핵심기술의 개발과 성과확산을 연구의 목적과 철학으로 가지고 있다. 

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