생활계에서 배출되는 폐기물은 주로 소각처리 또는 소각처리 후 매립 등의 방법이 주로 사용되고 있으며, 소각 또는 매립처리의 경우 2차 환경오염을 유발하는 등의 환경영향을 주는 것으로 보고되고 있다. 생활계에서 발생하는 폐기물의 소각 및 매립처리 등으로 인하여 발생하는 2차 환경오염 문제를 해결하기 위하여 다양한 방법의 적정처리 기술에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 국내의 경우 10여년 전부터 생활계 폐기물 중 다량으로 함유되어 있는 가연성 폐기물을 최대한 선별/회수하여 재활용하기 위한 생활계 폐기물 전처리 기술이 도입되어 현재 국내에서 약 20여기가 가동 중에 있다. 대부분의 생활계 폐기물 전처리 설비는 가연성 폐기물을 기계적 선별, 건조 공정 및 성형공정을 통하여 에너지를 생산하고 있으며, 반입되는 폐기물의 성상 특히, 수분함량의 영향으로 일부 시설의 경우 운영상에 문제점을 야기시키는 실정이다. 본 연구에서는 국내에서 운영되고 있는 생활계 폐기물 전처리 시설 중 성형 고형연료(SRF)를 생산하는 대표적인 폐기물 종합처리시설을 선정하여 운영 현황 등을 분석하였다. 폐기물 종합처리시설의 운영 현황 등의 분석을 통하여 성형 고형연료(SRF) 생산시설에서 발생할 수 있는 문제점 등을 파악하고, 보다 효율적인 처리시설의 운영 및 고형연료(SRF)의 생산을 위한 개선 방향을 모색하여 향후 생활계 폐기물 종합처리시설의 설치 및 운영 등에 자료로 활용하고자 한다.

사용 후 폐기되는 폐가전제품은 전 세계적으로 연간 약 5,000 만톤이 발생하고 있으나, 재활용되는 비율은 약 15.0 % 미만으로 폐가전제품의 처리 및 재활용에 대한 관심이 높아지고 있다. EU의 WEEE 지침뿐만 아니라 국내의 EPR 제도 확대시행 및 2018년 1인당 6.0 kg의 WEEE 재활용 목표 관리제 등의 규제가 강화되고 있는 실정이다. 폐가전제품(e-waste)에는 철금속류, 알루미늄 및 구리 등의 비철금속류 등 유용자원 뿐만 아니라 다량의 플라스틱류가 포함되어 있다. 특히, 폐소형가전의 경우 다양한 종류의 재료 및 부품이 사용되고 있으며, 철금속류, 구리 및 알루미늄 등의 비철금속류, PCBs 및 플라스틱 등 재활용이 가능한 유용자원을 다량으로 함유하고 있다. 특히, 폐소형가전의 경우 대형가전에 비해 플라스틱의 함유량이 높을 뿐만 아니라 다양한 재질의 플라스틱을 사용하고 있다. 플라스틱의 재질선별에 가장 널리 사용되고 있는 근적외선분광법(NIR 선별)의 경우 흑색 플라스틱의 재질을 인식하지 못하는 한계점 등으로 인하여 흑색 플라스틱의 재질선별 및 재활용 공정에 적용을 하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 레이저 기술을 기반으로 흑색 플라스틱 자동선별 시스템을 개발하였으며, 자동선별 시스템은 흑색 플라스틱 시료의 위치 자동인식 장치, 실시간으로 흑색 플라스틱의 재질을 인식하는 레이저유도기반분광 분석(LIBS) 장치, LIBS로부터 획득한 플라스틱의 재질별 특성 데이터의 분류를 위한 인공지능형 알고리즘 S/W, 재질별 선별/회수를 위한 선별분리장치 및 선별시스템 각각의 장치를 제어하기 위한 Control unit 등으로 구성되어 있다. 레이저 기술을 기반으로 흑색 플라스틱의 재질별 특성을 분석하였으며, 획득한 흑색 플라스틱 재질별 특성 데이터를 주성분 분석법(PCA)과 인공지능형 알고리즘 기법의 분류기를 적용하였다.

A great variety of plastics are used in IT products, which differ not only by plastic type but also by color and presence of additives such as brominated flame retardants (BFRs). In this study, to identify the plastics containing BFRs and heavy metals (i.e., Pb, Hg, Cd, Cr6+), laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) was used. Polypropylene (PP)-type black plastic samples that were obtained from three different types of used electric cookers were analyzed. The spectrum peaks observed in the LIBS system confirmed the presence of BFRs and heavy metals. The number of Br peaks were identified and the data were compared with the previous atomic spectra database. In the near future, the recycling of plastics from e-waste may become more important not only to reduce the amount of waste requiring treatment but also to eliminate the plastics containing hazardous components and compounds.

국제 원자재 가격 상승 및 환경규제 강화 등으로 인해 폐자원의 재활용에 대한 관심이 높아지고 경제적 가치가 부각되고 있다. 그 중 일상적인 전자제품들은 편의성에 따라 널리 사용되며 폐기시 유해물질로 인한 각종 환경오염 문제를 일으킨다. 이에 정부는 폐전기・전자제품의 재활용 활성화를 위하여 EPR 제도를 도입하여 시행하고 있으며, 2014년 폐소형가전까지 확대 지정하여 EPR 대상품목에 포함하였다. 폐소형가전의 경우 해마다 새로운 제품들이 쏟아져 나오며 재활용 대상 폐가전제품의 발생량도 크게 증가할 것으로 예상된다. 가볍고, 성형이 쉬운 플라스틱을 가전제품에 사용할 경우에는 화재에 취약하다는 단점을 가지고 있다. 특히, 소형가전제품에는 화재예방을 위한 난연제, 제품의 상품성을 높이기 위한 착색제, 제품을 보호하기 위한 코팅제 및 대전방지제 등 각종 첨가제들을 여러 종류 사용하고 있다. 난연제의 경우 우수한 난연 성능 및 저렴한 가격으로 인하여 브롬화난연제(Brominated Flame Retardants, BFRs)를 가장 널리 사용하고 있으며, 대표적인 브롬화난연제는 PBDE(polybrominated diphenyl ether), TBBPA(Tetrabromobisphenol A), HBCD(Hexabromocyclododecane) 등이 있다. 가전제품으로부터 회수한 플라스틱의 효율적인 재활용을 위해서는 브롬화난연제가 함유된 플라스틱의 사전제거가 중요하다. 브롬화난연제를 함유한 플라스틱을 인식/식별하는 기술은 개발되었으나, 선별기술의 상용화사례는 전무한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 레이저 기반 기술을 이용하여 폐소형가전에서 회수한 플라스틱 중 브롬화난연제를 함유한 플라스틱의 특성을 파악하였다. 향후 폐소형가전으로부터 발생한 플라스틱의 효율적인 재활용을 위한 선별기술 개발 자료로 활용하고자 한다.

소형가전은 다양한 종류의 유용자원을 포함하며 대형가전에 비해 플라스틱의 함유량이 높다. 생활수준의 향상으로 인하여 편리하고 다양한 소형가전의 소비가 증가하고 있으며, 사용자의 기호에 따라 다양한 형태의 밥솥이 사용되고 있다. 압력 밥솥의 경우 일반 밥솥에 비해 흑색 플라스틱의 함유량이 높을 뿐만 아니라 흑색 플라스틱의 재질이 다양하다. 최근 압력 밥솥의 소비증가로 향후 흑색 플라스틱의 발생량은 증가할 것으로 예측된다. 그러나, 현재의 폐소형가전 재활용 공정에 적용된 선별 기술로는 흑색 플라스틱의 정확한 선별이 어려운 실정이다. 따라서, 폐소형가전 재활용률 향상을 위한 흑색 플라스틱의 선별기술이 요구된다. 본 연구에서는 폐소형가전의 대표적인 품목 중 하나인 전기밥솥의 종류별 해체/선별하여 물리적 특성을 분석하였으며, 향후 폐소형가전의 효율적인 선별 기술 개발의 자료로 활용하고자 한다.

전 세계적으로 폐전자제품의 연간 발생량은 약 5,000 만톤에 달하고 있으나, 재활용되는 비율은 약 15 %미만으로 폐전자제품의 처리에 대한 EU의 WEEE 지침 등이 지속적으로 강화되고 있다. 폐가전제품(e-waste)에는 철금속류, 알루미늄 및 구리 등의 비철금속류 등 유용자원 뿐만 아니라 다량의 플라스틱류가 포함되어 있다. 특히, 폐소형가전의 경우 제품의 종류나 구성 물질이 매우 다양하며, 재질 중 흑색 플라스틱의 비율이 높을 뿐만 아니라 적정 선별기술이 없어 효율적인 재활용이 되지 못하고 있는 실정이다. 2014년부터 폐중･소형가전까지 EPR제도의 확대 시행으로 폐가전제품의 발생량은 지속적으로 증가할 것으로 예측된다. 폐소형가전 민간재활용업체에서는 특정 선별기술을 적용하지 못하고 인력에 의하여 일부 고가의 유용자원만을 선택적으로 선별/회수하여 재활용하고 있으며, 일부 경제성이 낮은 흑색 플라스틱의 경우에는 혼합물의 형태로 매각하고 있는 실정이다. 다량의 유용자원을 포함하고 있는 폐소형가전의 효율적인 재활용을 위해서는 해체/파쇄 기술뿐만 아니라 다양한 구성 물질 특히, 흑색 플라스틱의 재질을 자동으로 인식하고 선별할 수 있는 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 폐소형가전으로부터 발생하는 흑색 플라스틱의 재질을 레이져 기반 기술을 이용하여 재질별 자동 인식하였으며, 획득한 흑색 플라스틱 재질별 데이터는 인공지능을 이용한 알고리즘으로 분류기를 설계하였다. 폐소형가전으로부터 발생하는 흑색 플라스틱의 재질별 선별을 위한 자동선별 시스템을 개발하였으며, 흑색 플라스틱의 재질별 인식율 및 선별효율 향상 등을 위하여 자동선별 시스템의 성능 개선 및 보완 등의 연구를 수행 중에 있다.

과거에는 생활폐기물을 처리하기 위한 방법으로 매립, 소각, 등의 방법이 주로 사용되었으며, 이와 같은 방법은 부산물 발생으로 2차 환경오염을 유발하여 지구온난화와 같은 기후변화에 영향을 주는 것으로 보고되고 있다. 기존의 소각 및 매립시설을 보완하기 위해 정책과 R&D 사업을 통해 다양한 방법을 비교분석하여 2007년부터 가정, 사업장 등에서 발생되는 폐기물에서 자원화 및 에너지화 가능한 물질을 최대한 회수하여 소각 및 매립량을 최소화 할 수 있는 생활폐기물 전처리시설이 도입되기 시작하였으며 현재는 전국에 약 20여기가 가동 및 건설 진행 중에 있다. 그러나, 현재 가동 중에 있는 전처리시설에서 자원화 및 에너지화 물질을 회수한 나머지인 저품위 혼합폐기물 약 40%이상이 고함수율(40%이상) 상태로 배출되고 있어 지역에 따라 소각 또는 매립처리되고 있다. 저품위 혼합폐기물의 배출상태는 대부분 입도 선별된 물질과 기계선별이 되지 않은 물질들로 구성되어 있어 입도가 작고, 유기물이 엉켜있어 수분이 높은 상태로 유지되고 있다. 이러한 저품위 혼합폐기물내에는 기계식 선별장치로 선별되지 못한 가연물이 다량으로 포함되어 있어 이를 에너지원으로 활용할 수 있다면, 기존 시설을 보완하여 소각 및 매립되는 폐기물 양을 현저히 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 소각 및 매립으로부터 발생되는 2차 환경오염을 저감할 수 있을 것으로 사료된다. 본 연구에서는 이러한 저품위 혼합폐기물을 대상으로 건조공정 이후 간단한 기계식 선별로 가연물을 회수한 다음 회수된 가연물로부터 에너지원 활용 가능성 여부를 알아보았다.

플라스틱은 가볍고 튼튼하여 다양한 산업에서 폭 넓게 사용되고 있으며, 특히 여러 가지 형태로 가공이 가능하여 전자산업에서 유용하게 사용되고 있다. 전자산업에 사용되는 플라스틱의 경우 우리의 삶을 편리하고 풍요롭게 만들어 주고 있으나, 사용 후 폐기단계에서 여러 가지 많은 문제를 일으키고 있다. 폐가전제품(e-waste)에는 철금속류, 알루미늄 및 구리 등의 비철금속류 등 유용자원 뿐만 아니라 다량의 플라스틱류가 포함되어 있다. 특히, 폐소형가전의 경우 대형가전에 비해 플라스틱의 함량이 높고, 검정색 플라스틱의 비율이 상대적으로 높은 실정이다. 폐소형가전의 경우 제품의 종류, 모델 및 제조사 등에 따라 구성하고 있는 물질과 플라스틱의 종류가 매우 다양하여 파쇄, 해체 및 선별 등의 재활용 공정에서 특정 선별기술의 적용이 매우 어려운 실정이다. 폐소형가전 재활용 현장에서는 선별기술을 적용하지 못하고 인력에 의하여 일부 고가의 유용자원만을 선택적으로 선별/회수하여 재활용하고 있으며, 일부 경제성이 낮은 검정색 플라스틱의 경우에는 혼합물의 형태로 매각하고 있는 실정이다. 다량의 유용자원을 포함하고 있는 폐소형가전의 효율적인 재활용을 위해서는 해체/파쇄 기술뿐만 아니라 다양한 구성 물질 특히, 검정색 플라스틱의 재질별 인식 및 선별할 수 있는 기술과 상용화기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 폐소형가전으로부터 발생하는 검정색 플라스틱의 재질별 선별을 위하여 여러 가지 선별기술을 검토하였으며, 본 연구 결과를 기반으로 검정색 플라스틱의 재질별 자동 인식 및 선별 기술을 개발하여 현장적용을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.