해양 플라스틱 폐기물 발생 및 처리방법에 따른 탄소배출량 비교 분석
초록
최근 해양으로 다양한 폐기물이 배출되어 해양오염이 더욱 더 심각해지고 있다. 국내에서는 관련 규제를 강화시켰음에도 불구하고, 세부계획 수립 및 대안이 제시되지 않아 해당 문제가 쉽게 해결되지 않고 있다. 국가 모니터링 자료에 따르면 7년간 평균 전체 폐기물 발생량 중에 플라스틱 폐기물이 53.5% 이상으로 가장 비율이 높고, 이는 다양한 환경오염을 일으키는 주범이 되고 있다. 이에 본 연구에서는 해양 플라스틱 폐기물에 대해 발생량을 예측하여 탄소배출량 연구를 진행하였다. 국가 해안쓰레기 모니터링 통계를 기반으로 물질별 비율을 산출하고, 실제 수거된 해양 폐기물과 매칭시켰다. 이후 추세선을 활용하여 향후 5년간의 플라스틱 폐기물량을 예측하고, LCA를 통해 재활용과 소각시 각각 탄소배출량을 산출하였다. 연구결과, 2023년부터 향후 5년간의 해양 플라스틱 폐기물 수거량은 총 461,156 ton으로 예측되었다. 각 물질별로 탄소배출량 산정 후 재활용과 소각을 비교하였을 때, 연간 약 3.35E+05 ton/CO2까지 감축이 가능하였다. 해당 수치는 30년생 소나무가 연간 서울시의 1/2 면적 및 여의도 면적에 약 36.6배 정도의 탄소를 흡수하는 양와 같다. 본 연구를 시작으로 해양폐기물 수거이후 재활용의 중요성과 탄소중립에 대한 해양정책수립 기초 자료 및 지표가 될 것으로 사료된다.
Abstract
Increasingly significant amounts of waste are being dumped into the sea, with marine pollution becoming an ever more serious global issue. However, despite the strengthening of related laws in Korea, the problem is proving difficult to resolve, with detailed plans and alternatives yet to be proposed. According to national monitoring data, on average plastic waste accounts for more than 53.5% of all Korea’s environmental pollution over the past seven years. Accordingly, we conducted a study on current levels of marine plastic waste to predict how much it would increase over the next five years. Based on national coastal waste monitoring statistics, the ratio of each material was calculated and compared with real levels of collected coastal waste. Afterward, the trend line was used to predict the amount of plastic waste for the next five years, with carbon emission levels from recycling and incineration calculated through LCA. As a result of the study, the total amount of marine plastic waste collected over the five years beginning from 2023 was predicted to be 461,156 tons. After calculating the carbon emissions for each material and comparing those of recycling and incineration, it was deemed possible to reduce emissions by about 3.35E+05 tons/CO2 per year. This figure is equivalent to the amount of carbon that could be absorbed by an area of pine trees half the size of Seoul and about 36.6 times the size of Yeouido in one year. This study is expected to serve as basic data and an indicator for establishing policies on recycling marine waste and carbon neutrality.
Keywords:
Marine Waste, Coastal Waste Monitoring, Plastic Waste, Recycling, LCA(Life Cycle Assessment)키워드:
해양 폐기물, 해안쓰레기 모니터링, 플라스틱 폐기물, 재활용, 전과정평가I. 서론
1. 연구 목적
최근 여름철 집중호우 등으로 인하여 해양에 다양한 폐기물이 유입되고 있으며, 이로 인하여 해양오염이 날로 심각해지고 있다(김용진 등, 2016). 해양으로 배출된 폐기물을 감소시키고자 해도 배출원을 특정하기 어려우며, 어디서, 언제 버려졌는지 알 수 없는 경우가 대부분이다(Hao et al., 2023). 이러한 폐기물은 바다 속에 생물 감소 및 생물 서식지 등 바다의 생태계를 파괴하며, 수질 오염을 높이고, 해류를 따라 떠돌면서 전 세계 다양한 환경오염을 일으키는 주범이 되고 있다(안기수 등, 2023). 또한, 온실가스를 유발시켜 기후변화까지 영향을 주고 있다. 해양폐기물의 지속적인 증가 추세에 맞춰 해당 문제를 해결하기 위하여 폐기물 회수사업도 활발하게 이루어지고 있고, 이에 따른 수거 이후 단계에서 진행되는 재활용에 대한 관심이 증가하고 있다(이경제 등, 2020). 하지만 국내・외에서 폐기물 관련 규제를 강화시켜 왔음에도 불구하고, 구체적인 계획 수립 및 대안이 제시되지 않아 문제가 쉽게 해결이 되지 않고 있다(박광하 등, 2013). 또한, 폐기물의 수거 이후부터 재활용 방안에 대한 연구도 부족한 실정이다(윤소라, 2022). 이에 해양환경측정망에서 물질별로 관련 통계들을 구축하여 운영되고 있지만, 세부적인 정보까지 구축되어 있지 않다(김병엽 등, 2021). 현재 조사된 국가 해안쓰레기 모니터링 자료에 따르면 2016년부터 2022년까지 총 7년간 수거된 해양폐기물 비율 중 플라스틱이 53.5% 이상으로 대부분을 차지하고 있다(남미경, 2018). 이에 플라스틱 폐기물에 대한 탄소중립과 기후변화 대책에 대응하여 해양폐기물 처리방법에 따른 탄소배출량에 대한 비교 분석이 필요한 시점이다. 이에 본 연구는 국가 해안쓰레기 모니터링 통계를 통해 수거된 최근 10년간 물질별 비율을 실제 수거한 폐기물(해안 및 전체 쓰레기)과 접목시켰다. 이후 추세선을 이용하여 향후 5년간(2023년~2027년)의 플라스틱 폐기물을 예측하였다. 예측된 플라스틱 폐기물 발생량을 기초로 전과정평가(LCA)를 활용하여 탄소발생량을 정량적으로 산출하고 소각, 재활용 등 처리방법에 따라 감축량을 분석하였다.
2. 선행 연구
2010년부터 2021년까지 11년간 플라스틱 폐기물 발생량은 2.5배 이상 증가하였다. 최근인 2017년과 2021년의 발생량만을 비교해도 생활계 및 산업계의 경우 약 1.5배 증가했고, 앞으로도 지속적으로 증가할 것으로 전망된다(Greenpeace East Asia, 2019). 만약 플라스틱 생산량이 매년 4%씩 늘어나게 되면 2050년 온실가스 배출량은 6.78 Gton/CO2-eq.으로 예상되며, 이는 석탄발전소 1,700개에서 배출되는 온실가스량과 유사한 수준이다. 화석연료는 플라스틱 등 원자재를 사용하는데 70%, 전기를 생산하는데 30%가 사용된다. 2050년까지 전력망을 모두 신재생에너지로 전환한다고 해도 플라스틱 등 원자재 생산에 따른 화석연료 탄소배출량은 5.13 Gton/CO2-eq.에 이를 것으로 전망된다. 이는 플라스틱 생산에 따른 탄소배출량만큼 해양 폐기물 처리에 따른 탄소배출량도 매년 늘어날 것으로 예상된다.
해양 플라스틱 폐기물은 타 폐기물에 비해 환경적・경제적인 측면에서 심각성이 날로 커지고 있어 이를 해결하기 위하여 국내 뿐만 아니라 국외에서도 다양한 연구가 진행 중이다(Li et al., 2016). 최근에 국내를 포함한 중국, 일본은 각 나라의 특성에 맞는 문제 해결을 촉진하기 위해 구속력 있는 법적 규범 및 정책 수립의 타당성에 대해 논의하고 공동 대응에 관한 협정을 체결하고 있다(이경제 등, 2020). 영국에서는 플라스틱 폐기물의 꾸준한 관리를 진행해 오고 있으며, 플라스틱의 소비와 생산을 줄이기 위한 변화를 주기 위하여 단일 제품 세금 및 폐기 품목에 대한 부과금을 넘어 대중의 인식 제고 및 교육에 대하여 관련 책임을 보다 명확하게 정의하였다(McNicholas et al., 2019). 이는 폐기물 책임을 대중의 무관심과 저항하는 소매 환경에 직면하여 소비자의 습관과 지속 불가능한 관행을 바꾸기 위한 노력을 진행중이다(Mihardja et al., 2021). 또한, 재활용하기 위하여 수거된 플라스틱의 소재를 분석하여 다양한 실험을 통해 타 소재로 물질적 기계적 성질의 분석을 통해 품질 및 기술 변화에 대한 연구도 이루어지고 있다(Ronkay et al., 2021). 플라스틱 유래의 폐기물에 대한 생분해 가능성 검토, 미세(나노)플라스틱의 해양생물에 대한 영향검토, 플라스틱 오염에 대한 가능한 해결책으로서 해양 미생물 및 효소의 이용 가능성 등의 연구는 플라스틱 분해에 대한 생명 공학 분야의 연구가 활발히 진행중에 있다(Ganesh Kumar et al. 2020). 이는 해양 생물에 대한 마이크로 및 나노 플라스틱의 독성, 플라스틱의 생분해 및 해양 환경의 플라스틱 오염 문제를 해결하기 위한 연구 필요성이 날로 강조되고 있다고 판단된다(박기연 등, 2023). 더불어 해양 플라스틱 폐기물의 위험성에 대한 대중 인식을 높이는 등 보다 포괄적인 접근 방식으로 정부와 기업이 주도적으로 지원해야 하는 필요성과 동시에 문제의 심각성을 보여주고 있다(김태훈 등, 2021). 이에 해양 플라스틱 폐기물의 발생량이 증가함에 따라 수거하였을때 요구되는 재활용 관련 기술 등의 개발이 요구되고 있다(Irianto et al., 2022). 이처럼 국내・외적으로 기술개발을 포함하여 국제적 대응방안이나 무역규제, 재활용 등에 관한 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 하지만 미래 플라스틱 폐기물 발생량을 예측하여 생산부터 폐기까지 전과정에 걸친 탄소배출량을 산정하고 이를 저감했을 때 환경적 효과를 정략적으로 평가한 연구는 거의 수행되고 있지 않다. 이에 국내 해양 플라스틱 폐기물에 대한 탄소발생량 정량화를 통해 수거 이후 처리방법에 따른 온실가스 배출량 저감 대응 방안에 관한 연구가 필요한 시점이다.
Ⅱ. 연구방법
1. 연구 자료
본 연구에서는 해양폐기물 중 플라스틱 폐기물의 총 수거량을 파악하기 위해 해양환경정보에서 제공하는 해양폐기물 수거 조사와 해양환경공단 해양폐기물 관리센터의 공시자료를 활용하였다. 해양환경정보는 『해양환경관리법』 제11조(해양환경정보망), 제76조의2(폐기물 인계・인수 내용 등의 전산 처리), 제84조(해역이용협의)에서 95조(해양환경영향조사 등), 『해양생태계의 보전 및 관리에 관한 법률』제7조(해양생태계정보체계의 구축・운영) 등에 따라 해양환경, 폐기물해양배출, 해역이용영향평가, 해양생태, 해양폐기물 등으로 관련 정보를 제공하고 있다(해양수산부, 2023).
여기서 해양폐기물의 총 수거량은 육지에서 바다로 유입되는 폐기물과 바닷가로 버려진 폐기물 등 모든 폐기물로 정의된다,1) 이런 폐기물의 분류는 공간적 구분을 기준으로 분류할 수 있다. 해당 폐기물의 종류로 바다에 가라앉아 침적된 폐기물을 침적쓰레기, 해수면 가까이에 떠다니는 쓰레기를 부유쓰레기, 육지나 가시거리에 있는 쓰레기를 해안쓰레기로 분류된다.
해양환경정보의 10년 단위로 공시되는 최근 침적, 부유, 해안쓰레기의 수거량 통계(2013년~2022년)는 <표 1>과 같다. 수거된 해양폐기물은 총 937,568 ton (침적폐기물 232,540 ton, 부유폐기물 56,829 ton, 해안쓰레기 648,199 ton)으로 확인되었다(한국해양환경관리공단, 2023). 최근 10년 동안 해안 폐기물의 양이 가장 많았고, 이 중 2020년에 가장 많은 양을 수거하였다. 연도별로 증감 추이는 있었지만, 시간이 지날수록 전반적으로 증가하는 경향을 보였다. 해당 자료는 전체 수거량에 대한 통계이며, 폐기물의 물질별에 대한 각 비율까지는 확인되지 않았다. 이에 최근 수거량 통계에서 해안 폐기물과 전체 폐기물을 본 연구범위로 설정하였다.
국가 해안쓰레기 모니터링은 해양수산부에서 총괄하며, 해양환경공단에서 주관기관으로 운영중이다. 본 모니터링은 해안쓰레기에 대한 기초조사 프로그램으로 국내 인근 연안에 2008년에서 2017년까지는 1기 조사방법론2)으로 40곳,3) 2018년부터는 2기 조사방법론4)으로 확대된 60곳5)까지 선정하여 2개월에 1번씩 정기적인 조사가 이루지고 있다. 이는 매년 해안폐기물의 발생량 증가와 그로 인한 피해가 점점 심각해지면서 확대 운영되는 추세임을 알 수 있다. 해안에서 수거된 폐기물을 유형별 무게(kg)를 기준으로 각 물질별 비율을 산정하여 <그림 1>와 같이 정리하였다.
최근 10년(2013~2022년)간 해안에서 수거한 폐기물은 총 77,492 kg 이다. 이 중 무게 기준으로 비율을 보았을 때에, 1기는 플라스틱 30.98% (18,027 kg), 스티로폼 29.77% (17,323 kg), 종이 17.39% (10,120 kg), 외국 기인 5.98% (3,478 kg), 금속 4.19% (2,436 kg) 등의 비율로 수거되었다. 2기는 플라스틱 53.6% (10,335 kg), 목재 23.6% (4,545 kg), 외국 기인 9.0% (1,738 kg), 금속 3.7% (723 kg), 기타 재질 3.6% (693 kg), 유리 2.9% (550 kg), 고무 2.1% (411 kg), 천연섬유 1.1% (216 kg), 종이 0.4% (84 kg)순으로 나타났다. 분석 결과, 1, 2기 모두 플라스틱과 목재의 비율이 전체 대비 77% 이상으로 대부분을 차지하였다.
앞서 언급한 바와 같이 해양에서 실제 수거하는 해안, 침적, 부유폐기물은 물질별로 구분되지 않고, 무게(kg) 및 개수(EA)로 공시되고 있다. 이에 본 연구에서 국내 해안폐기물과 전체폐기물의 수거량에 대해 무게 단위를 kg에서 ton으로 통일시켜 각 년마다 물질별 비율로 매칭하였다. 해당 결과는 <표 2>와 같다.
물질별 비율 매칭 후 플라스틱 폐기물을 해안(전체) 수거량으로 봤을 때, 1기 조사방법인 2013년부터 2017년까지 5년 동안의 총 수거량은 131,266 ton (206,972 ton)이였고, 2기 조사방법인 2018년부터 2022년까지 5년 동안 수거량은 223,988 ton (312,208 ton)으로 나타났다. 위의 분석은 본 연구대상 물질인 해양 플라스틱 폐기물의 비율이 가장 높게 차지하고 있으며, 수거이후 사후 처리에 대한 중요성이 다시 한번 강조되는 수치임을 시사했다.
본 연구에서는 국내 해양 플라스틱 폐기물의 향후 발생량을 예측하기 위해 통계처리 기법인 선형회귀(Linear Regression)법을 사용하여 추세선을 구하였다(김용진 등, 2016). 해당 분석은 해양 폐기물 수거량을 시간축으로 놓고 봤을 때, 수거량의 결과값이 장기적으로 어떤 식으로 변하는지 분석한 것으로 해당 특징은 특정 데이터에서 해당 값이 증가나 감소로 보여준다. 이러한 데이터의 추세는 데이터를 확인하는 것만으로도 장기측면에서 볼 때 보다 정확하게 예측이 가능하다.
해당 작업 순서는 ① 목표 대상 설정 - 해양 플라스틱 폐기물, ② 해당 데이터 수집 – 해안 및 전체 해양 플라스틱 폐기물 수거량, ③ 그래프 (추세 파악) - 최근 10년간 수거 실적, ④ R2 값의 도출 – R2 값을 통한 추세선, ⑤ 추세선 구축 - 향후 5년간 예상 폐기물 수집량, ⑥ 결과값 산출을 통한 미래 추정 순으로 <그림 2>와 같다.
추세선을 분산차트로 분석 시 도출된 해당 수식과 R제곱을 표시하게 된다. 선형추세선을 추가하게 되면 기울기로 증감이 되고 있다는 것을 확인할 수 있으며, 관련된 기본식은 (1)과 같다.
(1) |
여기서 Y는 Y의 평균 값이고, Y해트는 모형으로 예측된 값이다. 비율의 분자는 실제 Y값과 예측간(추세선)의 차이 제곱 총합이며, 분모는 Y값과 평균간 차이 제곱 총합이다. 이는 실제 값과 추세선이 근접하면 크기가 비슷해지게 되고 1에 수렴하게 된다. 만일 차이가 크다면 분모가 훨씬 커져서 작은 숫자가 된다. 해당 관련 식은 (2)로 나타냈다.
(2) |
변수 사이의 관계를 분석하는 수단의 하나인 회귀분석은 회귀모형을 설정한 후 실제로 관측된 표본을 대상으로 회귀모형의 계수를 추정하여 변수 사이의 관계를 나타내주는 선형회귀식을 도출하는 과정을 거친다. 결정계수는 표본관측으로 추정한 회귀선이 실제로 관측된 표본을 어떤 방식으로 설명해 주고 있는가에 있다. 즉, 회귀선이 실제관측치를 어느 정도 대표하여 그 적합성을 보여주고 있는가를 측정하는 계수로 나타낸 것으로 해당 값은 0과 1사이의 값을 가진다. 이러한 결정계수는 두 변수 사이의 상관관계의 정도를 나타내는 상관계수를 제곱한 것과 같다. 따라서 R(R Squared)로 표시하면 R=1 일 경우, 모든 표본 관측치가 추정된 회귀선 상에만 있다는 것을 의미하며 추정된 회귀선이 변수 사이의 관계로 정의된다. 여기서 결정력이라고도 불리는 결정계수인 R2(R-Squared)는 회귀분석의 성능 평가 척도를 가지며 상관계수를 제곱한 값이다. 0과 1 사이 값을 가지고 상관계수가 높을수록 1에 가까워지고 이는 모델의 설명력이 높다고 볼 수 있다.
이에 위에서 언급한 방식을 최신 10년간(2013~2022년)의 데이터를 토대로 장기적인 변화 추이를 보기 위해 추세선을 통한 향후 5년(2023~2027년)의 해양 플라스틱 폐기물의 발생량을 예측하였다. 연구데이터 기간 범위 설정은 해양 관련 법 등 개정 및 향후 폐기물 수거사업 등의 확장 추세 등 현실적인 단위 연도를 감안하여 고려하였다.
전과정평가(Life Cycle Assessment, 이하 LCA)는 제품 및 서비스에 대하여 원료, 획득, 제조, 사용 및 폐기에 이르기까지 전과정에 걸쳐 투입물과 배출물을 파악한다(이종갑 등, 2006). 최종적으로 잠재적인 환경영향을 수치로 정량화하여 취약한 부분을 도출하고 개선하는 평가방법이다. 이러한 전과정평가는 다양한 분야에서 탄소배출량 산정에 관한 연구가 이루어지고 있으며, 해당 프레임워크는 목적 및 범위 설정(Goal & Scope Definition), 목록분석(Inventory Analysis), 영향평가 및 해석(Life Cycle Interpretation)으로 전체 4단계로 <그림 3>와 같이 구성된다(이영설 등, 2020).
(1) 목적 및 범위설정
목적 및 범위설정 단계에서는 연구의 목적, 범위, 기능 단위 등 연구의 범위 및 정도를 정의한다. 전과정평가는 사용 목적에 따라 수집하는 자료, 분석방법, 결과가 다르기 때문에 우선 어떠한 목적으로 사용할 것인가를 명확히 해야 한다.
본 연구목적은 해양 플라스틱 폐기물의 폐기 방식에 따른 탄소배출량을 분석하는 것이며, 범위로는 원료취득 및 생산단계 포함한 폐기단계이다. 폐기 방식은 소각과 재활용으로 설정하고, 재활용 방식은 회피효과인 신재 대체 효과를 적용하였다. 또한, 폐기물 처리방법의 기준단위당 환경영향을 수치화된 값을 활용하기 위하여 기능 단위를 플라스틱 폐기물 1kg로 설정하였다. 이에 목적, 범위, 기능 단위의 정리내용은 <표 3>과 같다.
(2) 시스템 경계 설정
시스템 경계 설정은 해양 플라스틱 폐기물 예측량을 토대로 폐기물 수거부터 재활용 및 소각까지 설정하였다. 이는 지자체 해양쓰레기 관리 일반 현황 통계 자료(2015년~2019년)에 따르면 소각이 80.3%로 가장 많은 비율을 차지하며, 재활용은 18.5%, 매립은 1.2%에 불과하다. 통계의 현실성을 반영하여 매립부문을 제외한 재활용부문과 소각부문까지 본 연구의 경계로 <그림 4>과 같이 설정하였다.
(3) 데이터 수집
본 연구에서 고려하고자 하는 해양 폐플라스틱의 폐기물 1kg 처리 기준으로 폐기 방식에 따른 탄소 배출량을 산정하기 위해서 주요 플라스틱 성분에 대해 평가계수를 <표 4>와 같이 구분하였다. 플라스틱 종류별에 따른 배출량 계산을 위해 환경성적표지의 각 성분별로 탄소배출량 산정을 하였다. 이때 환경성적표지 평가계수는 폐기물 처리방법의 기준단위당 환경영향을 수치화한 값이다.
원료취득단계에서는 발포 폴리스티렌 (Foamed Polystyrene, FS), 폴리프로필렌 (Poly Propylene, PP), 폴리에폴리에틸렌 테레프탈레이트 (Poly Ethylene Terephthalate, PETP), 고밀도 폴리에틸렌 (High Density Polyethylene, HDPE), Etc.까지 총 5개 성분으로 구분하였고, 폐기단계에서는 체계적인 분류시스템이 없는 현실성을 반영하여 회피단계를 적용한 혼합 폐플라스틱 재활용과 혼합 폐플라스틱 소각으로 나눠 해당 LCI DB 목록으로 구분하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 해양 플라스틱 폐기물 예측 결과
최근 10년간(2013~2022년) 기 구축된 데이터를 통해 추세선을 적용하여 향후 플라스틱 폐기물의 수거량에 대한 결과값을 <그림 5>와 같이 예측하였다. 먼저 해안 플라스틱 폐기물의 발생량을 예측하였을 때, 2023년 59,856 ton, 2024년 65,269 ton, 2025년 70,682 ton, 2026년 76,095 ton, 2027년 81,508 ton으로 총 353,410 ton의 결과가 나왔다. 전체 플라스틱 폐기물의 경우, 2023년 78,958 ton, 2024년 85,585 ton, 2025년 92,211 ton, 2026년 98,838 ton, 2027년 105,464 ton으로 총 461,056 ton의 결과값이 산출되었다.
이러한 플라스틱 특성상 타 폐기물 대비 상당히 다양한 성분이 존재하지만, 관련 연구가 부족한 실정이다. 2019년 해양수산부와 해양환경공단에서 연구된 국가 해안쓰레기 모니터링 조사용역 결과에 대한 플라스틱 성분 비율로 매칭하였다. 성분별 비율로는 스티로폼 파편 (Foamed Polystyrene, FS) 15.3%, 섬유형 밧줄 (Poly Propylene, PP) 13.5%, 그 다음으로는 음료수병과 각종 뚜껑 (Poly Ethylene Terephthalate, PETP) 11.8%가 나타났다. 그 외에 플라스틱 파편 (Etc.) 10.0%, 스티로폼 부표 (Foamed Polystyrene, FS) 7.5%, 비닐봉지 (High Density Polyethylene, HDPE) 5.7%, 라면 봉지 및 과자봉지 (Poly Propylene, PP) 5.4%, 기타 플라스틱 (Etc.) 3.4%, 일회용 접시 및 빨대 등 (Poly Ethylene Terephthalate, PETP) 2.9%, 노끈 및 포장용끈 (Poly Propylene, PP) 2.4%, 그 외 플라스틱 (Etc.) 22.1% 순이였다. 각 성분별로 실제 수거되었던 비율로 매칭하여 향후 5년간의 예측 수거량을 <표 5>와 같다.
2. 해양 플라스틱 폐기물의 성분별 탄소배출량 산정
해양 폐기물에 대해 성분별로 탄소배출량 산정을 위해 위에서 분류한 환경성적표지의 공시데이터를 이용하여 각 연도별로 성분별에 따른 탄소배출량을 산정된다. 원료취득단계에서는 FS(Foamed Polystyrene), PP(Poly Propylene), PETP(Poly Ethylene Tere Phthalate), HDPE(High Density PE), Etc.까지 주요 5개 성분으로 구분하였다. 이때 Etc.의 경우, 앞선 4개의 성분을 동일한 비율로 가정하였다. 폐기 단계의 경우, 혼합폐플라스틱 재활용과 혼합폐플라스틱 소각으로 <표 6>와 같이 정리하였다. 이때, 플라스틱 폐기물 단계별 탄소배출량 및 LCI 데이터 등 기존 kg/CO2-eq. 단위를 전체 탄소배출량 산정을 위해 단위를 ton/CO2-eq.로 일괄적으로 통일하였다.
2023년 기준에서 해양 플라스틱 폐기물 예상 수거량 기준으로 분석하였을 때, 원료취득단계에서의 해안(전체) 탄소배출량은 1.43E+04 ton/CO2-eq. (1.89E+04 ton/CO2-eq.)을 적용하였다. 폐기단계에서 소각은 2.04E+05 ton/CO2-eq. (2.69E+05 ton/CO2-eq.), 재활용은 1.11E+03 ton/CO2-eq. (1.47E+03 ton/CO2-eq.)으로 나타났다. 소각은 폐열 이동 등 반영된 수치이며 재활용의 경우, 탄소감축 및 회피효과(신재 대체 효과)는 1.43E+04 ton/CO2-eq. (1.89E+04 ton/CO2-eq.)로 반영하였다. 이에 폐기물 탄소배출량을 총 산출량 계산시 소각은 2.19+05 ton/CO2-eq. (2.88E+05 ton/CO2-eq.), 재활용은 1.11+03 ton/CO2-eq. (1.47E+03 ton/CO2-eq.)의 결과값이 나왔다. 각 산출과정은 <표 7>과 같다.
위와 동일한 방법으로 향후 5년간 처리 방법에 따른 탄소배출 감축량을 계산하였다. 2023년 해안 (전체) 감축량은 2.17E+05 ton/CO2-eq. (2.87E+05 ton/CO2-eq.), 2024년 해안 (전체) 감축량은 2.37E+05 ton/CO2-eq. (3.11E+05 ton/CO2-eq.), 2025년 해안 (전체) 감축량은 2.57E+05 ton/CO2-eq. (3.35E+05 ton/CO2-eq.), 2026년 해안 (전체) 감축량은 2.76E+05 ton/CO2-eq. (3.59E+05 ton/CO2-eq.), 2027년 해안 (전체) 감축량은 2.96E+05 ton/CO2-eq. (3.85E+05 ton/CO2-eq.)으로 산출되었다.
총 5년간 소각처리는 1.29E+06 ton/CO2-eq. (1.68E+06 ton/CO2-eq.)으로 매년 2.58E+05 ton/CO2-eq. (3.37E+05 ton/CO2-eq.)으로 환산된다. 재활용의 경우, 총 6.57E+03 ton/CO2-eq. (8.58E+03 ton/CO2-eq.)으로 매년 1.28E+06 ton/CO2-eq. (1.68E+06 ton/CO2-eq.)로 해당 결과는 <표 8>과 같이 정리하였다.
5년간 산출된 탄소배출량을 토대로 처리방법에 따른 탄소감축량을 정량적으로 비교하였다. 최종적인 감축량은 해안 플라스틱 폐기물은 연간 2.57E+05 ton/CO2-eq.부터 전체 플라스틱 폐기물까지 최대 3.35E+05 ton/CO2-eq.까지 감축이 가능하다는 결과가 나온다. 해당 수치는 30년생 소나무 31,109 ha가 1년간 흡수하는 이산화탄소량과 동일하다. 해당 면적은 서울시의 약 1/2 정도이며, 여의도 면적에 약 36.6배에 달한다. 본 결과로 비추어 봤을 때, 해양 플라스틱 폐기물 처리는 탄소중립 실천에 있어서 상당히 중요한 역할임을 수치적으로 확인할 수 있었다.
현재 해양 폐기물 통계는 연안해역 위주에서 수집한 정보가 대부분이라 해안폐기물이 가장 많지만, 수집된 통계 이외에도 더 많은 쓰레기가 해안으로 버려지고, 수거되고 있다. 현재에도 세계적으로 연간 플라스틱은 생산되고 소비되어 폐기되는 양은 매년 꾸준히 증가하고 있다. WWF6)의 보고서에 따르면 플라스틱 쓰레기는 깊은 바다에서부터 수 천 km 떨어진 무인도 해변까지 지구의 모든 지역에서 발견되고 있다. 특히 매년 9백만 톤 이상의 플라스틱이 바다로 유입되고 있으며, 현 추세로라면 2050년에는 바다에 물고기보다 플라스틱이 더 많을 것으로 예측하고 있다. 현재에도 매년 생산된 플라스틱의 상당 부분은 일시적인 목적으로 사용되고 바다를 포함한 자연환경에 버려지며, 빠르게 폐기물로 전환되고 있다.
하지만 국내에서 해양 플라스틱 폐기물 연구는 시작단계라 볼 수 있다. 국내에서는 수거이후 일부는 재활용이 되고 있으나, 대부분은 소각되어지면서 다양한 산업군에서 수많은 소각전문업체들은 각자 역할에서 탄소를 줄이는 역할을 하고 있지만 근본적인 해결 원인은 되지 않는다. 폐기물을 소각하면 대기를 오염시키는 유해물질이 탄소로 배출되어 추가 오염까지 이어지고 있어 환경오염은 날로 심해지고 있다. 또한, 플라스틱은 생산 시 에너지가 가장 많이 소모되는 물질 중의 하나이며 플라스틱 생산과 소각으로 인한 탄소 배출은 2050년까지 총 56기가 톤에 달할 것으로 예측되고 있으며, 온실가스를 유발시켜 기후변화까지 영향을 주고 있다.7)
앞서 언급한 바와 같이 생산과 사용단계를 포함하여 다양한 측면에서 이를 지원하고 후속연구를 위한 데이터 통합관리체계가 선행되어야 할 것이다. 플라스틱은 워낙 다양한 종류가 있기 때문에 보다 많은 축적된 데이터를 바탕으로 인과관계를 분석하여 향후 발생량 예측과 탄소중립, 기후변화 등 다각적인 접근을 통해 시스템 구축이 필요하다. 이제는 해양 폐기물에 대하여 업사이클링을 하는 것을 목표로 해양쓰레기 관리 방안이 필요한 시점이기도 하다. 그러기 위해서는 해양쓰레기 관리 기본계획을 수립하고, 폐기물에 대해 우선적으로 처리할 정책 확보가 선행되어야 하겠다. 탄소중립 실현은 폐기물에 대한 관리 및 운영부터 반드시 해결해야 할 과제이며, 중요한 시기임은 분명하다. 본 연구를 시작으로 추후 발생될 해양 폐기물 폐기물의 효율적인 처리를 위한 참고할 수 있는 기초로써 활용될 것으로 사료된다.
Ⅳ. 결론
본 연구에서는 해양 폐기물 중 국가 모니터링 자료를 통해 수거된 폐기물을 물질별로 분류하였다. 이 중에서 가장 높은 비율은 플라스틱 폐기물이였으며, 최근 10년간 추이를 토대로 추세선을 통해 향후 5년간의 폐기물량을 예측하였다. 예측된 결과값으로 전과정평가 기법을 활용하여 플라스틱 성분별로 탄소배출량을 매칭 및 정량화하여 재활용과 소각 처리를 비교함으로써 저감량을 분석하였다. 최대 저감 수치는 30년생 소나무가 연간 서울시의 1/2 면적 및 여의도 약 36.6배에 달하는 면적의 탄소를 흡수하는 양과 동일하여 상당히 높은 수치임을 확인했다.
해양폐기물 수거사업시 물질별 통계를 바탕으로 비율별로 매칭 후 가장 많이 배출되는 해양 플라스틱 폐기물에 대해 분석하였고, 해당 물질을 집중적으로 수거한다면 예상보다 더 많은 수거가 가능할 것으로 사료된다. 하지만 수행한 연구에 해양폐기물 수거 지점 및 횟수 등 통계가 적어서 모든 해역을 적용하기 힘든게 현 시점이다. 공시데이터에만 의존할 것이 아니라 이를 통해 보다 효과적으로 개선하여 활용하기 위해서는 해양폐기물 수거사업시 종류별, 물질별로 성분 등 세부 분류가 필요하며, 정기적으로 조사가 이루어져야 할 것이다.
현재도 다양한 수거사업을 수행한 결과 자료를 가공한 정보에 대한 연구가 진행되고 있지만, 앞서 언급한 것처럼 해양쓰레기 대응 정책과 방안 마련에는 무엇보다 국가차원의 적극적인 지원과 체계 개선이 필요한 때이다. 본 연구는 수행과정에 있어서 공시데이터를 활용 및 응용하여 수행된 점에서 한계점은 존재한다. 이는 매년 늘어가는 해양 플라스틱 폐기물을 대상으로 수거 이후 처리 방향의 중요성과 탄소감축의 방향성에 대해 본 연구 결과물들이 향후 재활용 정책 및 연구개발에 관한 후속 연구가 이어질 수 있는 중요한 지표가 될 것으로 판단된다.
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