1. 서 론
2. 연구 방법
2.1. 폐PET 재활용사업 현황 조사 방법
2.2. 경제성 분석 방법
3. 연구결과 및 고찰
3.1. PET·OPP 합성 폐필름의 박리 실험 결과
3.2. 비용편익 산정 결과
4. 결 론
1. 서 론
플라스틱 전과정에 따른 온실가스 배출량은 전 세계적으로 4.3 Gt CO2 eq.에 달하며1), 해양으로 유입되는 폐플라스틱과 미세플라스틱은 다양한 환경 문제를 초래하고 있다2). 플라스틱 오염 문제 해결을 위해 2022년 5차 유엔환경총회에서 최초로 175개국이 구속력 있는 국제 협약 제정 결의안을 채택하고 그 기한을 2024년으로 하였다3). 이에 대응하기 위해, 국내에서는 2022년 10월 관계부처가 합동으로 ‘전 주기(Life Cycle) 탈 플라스틱 대책’을 내놓았으며, 이는 2024년 이후 본격화될 ‘Post-플라스틱’ 대책을 포함하고 있다1).
이외에도, 폐플라스틱의 증가에 따라 폐플라스틱의 재사용률을 높이고 재활용을 활성화하기 위해 「플라스틱전주기발생저감 및 재활용 대책 수립」4), 「자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률 시행령」5) 등의 대책이 마련되면서 업계의 관심이 높아지고 있다.
플라스틱은 비용대비 편리성이 높아 사용량이 계속 증가하고 있으며, 폐플라스틱의 발생량 또한 계속 증가하고 있다. 이에 따라 폐플라스틱 재사용 기술이 마련되고 있지만, 처리 비용의 경제성이 낮아 여전히 상용화되지는 못하고 있다. 특히 플라스틱 필름류 재활용은 초기투자 비용과 운영비용이 업체마다 상이할 뿐만 아니라, 취급 물량 또한 다양하여 폐기물의 단계별 처리 비용 산정에 어려움이 있다. 따라서 폐플라스틱의 재활용 도입을 활성화하기 위해서는 개별 사업장을 대상으로 한 실증 사례를 만들어가야 한다.
Min은 원활한 재활용을 위해 재생제품의 ‘제조원가에 대한 제고’가 필요할 것으로 판단하였고6), Lee는 PET 포장재료 전과정평가를 통해 운송단계에서 가장 많은 이산화탄소가 배출된다는 연구 결과를 제시하였다7). 합성 폐필름 재활용 과정에 운송이 필요할 경우, 운송으로 인한 경제적 손실뿐 아니라, 잠재적 환경 영향이 추가로 발생하게 되는 것이다. 따라서 폐플라스틱 재활용 과정의 경제성 확보를 위해서는 폐플라스틱의 발생 사업장에서 재활용이 이뤄지도록 하여 운반비와 인력 소모를 줄일 필요가 있고 이러한 노력을 통해 잠재적 환경 영향도 줄일 수 있게 된다.
본 연구에서는 합성 폐필름이 발생하는 사업장에서 재활용이 이루어지는 공정을 가정하여 경제성을 분석하였다. 연구 대상은 PET와 OPP의 합성소재 폐필름이며(이하 PET∙OPP 합성 폐필름), 합성 폐필름에서 OPP를 제거하여 PET를 재사용하는 기술에 대한 비용편익분석을 통해 사업 타당성을 판단하고자 한다.
2. 연구 방법
2.1. 폐PET 재활용사업 현황 조사 방법
2.1.1. 폐PET 국제무역 동향 조사
국제무역 동향을 파악하기 위해, 본 연구에서는 제품의 품목 분류(HS, Harmonized System) 코드 분석을 이용했으며, 수출입무역통계8)를 활용하여 2016년부터 2020년까지 5개년 수출입현황을 분석하였다. HS란 세계관세기구(WCO)에서 무역 거래되는 모든 품목에 대해 부여한 상품분류체계로, 한 품목당 6단위 숫자의 코드 형태로 구성되어 있다. 본 연구의 대상이 되는 폐PET의 HS코드는 ‘3915.90-9000/87.84%/기타/기타 플라스틱제품/8%’이다.
Fig. 1에 나타낸 바와 같이 2016년부터 2020년까지의 5개년 수출 중량과 수출 금액을 비교한 결과, 모두 감소 추세에 있음을 확인할 수 있다. 수출 중량과 수출 금액이 동시에 감소한 것은 글로벌 기후 위기 대응의 일환으로 폐기물 수입 금지 조치가 취해졌기 때문이다.
Fig. 1에 따르면, 수출 중량과 수출 금액은 순행적 관계를 나타낸다. 전체적으로 수입 중량은 초반보다 증가했음에도 수입 금액은 초반보다 감소세를 보였다. 수출 중량은 5개년 평균성장률 ‘-12.5%’를 기록하였으며, 수출 금액의 연평균성장률은 ‘-9.77%’의 수치를 나타냈다. 수입 중량 5개년 연평균 성장률은 ’39.9%’이나 수입 금액의 연평균 성장률은 ‘-38.1%’의 수치를 나타냈다. 향후에는 폐PET 수출입 시장이 더욱 위축되어, 각 국가별 대책 마련과 기술 개발을 통한 경쟁력 확보가 시급할 것으로 예상된다.
2.1.2. 합성 필름의 박리 방법에 대한 고찰
Ügdülerl et al.은 합성 필름의 박리를 화학적 박리와 물리적 박리로 구분하였다9). 각종 질산, 인산 등의 무기산이 화학적 박리 과정에 사용될 경우 이에 대한 산 정화로 인해 박리 과정 중 높은 에너지 소비로 온실가스 배출에 큰 영향을 미칠 수 있기에9), 본 연구에서는 화학적 박리 방안을 제외하고 물리적 박리 방안을 대상으로 기술을 조사하였다.
2.1.2.1. PET·OPP 합성 폐필름 박리에 적용 가능 기술 조사
Kim et al.은 1974년부터 2013년까지 폐PET의 고부가 활용기술에 대한 특허와 논문을 조사하였다. 연구 결과, 특허 활동은 2001년까지 증가세를 보인 이후 감소세를 나타내었으며 이를 Fig. 2에 인용하였다10).
Kim et al.의 연구는 국내 폐PET 활용기술에 대한 특허 및 논문 분석의 유일한 사례이며, 2012년 이후의 관련 연구는 전무하다. 본 연구에서는 Science on11)을 이용하여 2014년 이후 기준으로 국제특허 분류인 IPC 코드에 따라 ‘PET waste’를 검색하였다. 기간 설정을 2014년부터 한 것은, 2012년과 2014년 사이에 관련 특허 및 연구가 없었기 때문이다.
PET 재활용 IPC 검색 코드는 Table 1에 나타낸 바와 같이 ‘G11B7/2535+B22F10/70+B29C64/ 357’으로 하였다.
Table 1.
IPC codes and definitions related to PET recycling
| IPC Code | Definition |
| G11B7/2535 | Polyesters (e.g. PET, PETG or PEN) |
| B22F10/70 | Recycling |
| B29C64/357 | Recycling |
Source: Kipris.or.kr
각 코드는 섹션, 클래스, 서브클래스, 메인 그룹 및 서브 그룹으로 구분되며 Table 2에 이를 나타내었다. B29B는 플라스틱 처리와 관련하여 물리적 처리를 설명하고 있어 본 연구에 적합하다.
Table 2.
Code classification and classification explanation
IPC 검색으로 조사할 수 없는 특허 및 논문 분석을 위해서는 PET 폐자원의 재활용 및 Upcycling 기술과 관련된 특허 및 논문을 분석하였다. 수집한 특허 및 논문을 검토한 결과 특허는 60건, 논문은 46건이었으며 이를 토대로 본 연구에 적용이 가능한 박리 방안을 조사하였다.
한국, 미국, 유럽 및 일본을 중점적으로 하여 국내·외 ‘PET waste’를 검색한 결과 특허는 60건으로 분석되었다. Table 3에 나타낸 바와 같이 폐PET 검색결과 총 60개 중 30개의 특허가 2014년 이후에 공개 및 등록되었다.
Table 3.
Patents related to waste PET
| Patent | Korea | The US | The EU | Japan |
| Search Site | Science on | |||
| Keyword | PET waste | |||
| Count | 30/60 | 843 | 68 | 352 |
| Year | 2014 ~ | |||
위에서 도출된 항목을 토대로 폐PET 관련 내용을 조사하였고 폐PET를 대상으로 하는 특허의 종류는 Table 4에 나타낸 바와 같다.
Table 4.
Waste PET related patent title
각 특허를 조사한 결과, 사포를 활용한 기술이 본 연구에 적합할 것으로 판단하였고, 사포를 활용한 물리적 제거와 관련해 키워드를 활용하여 기술을 검색한 결과, 본 연구에 적용이 가능한 기술을 Table 5와 같이 도출하였다.
Table 5.
Representative drawing of patented technology
2.1.2.2. 실험방법
기존의 기술 중 폐필름 박리에 가장 적합한 기술은 B29B로 ‘플라스틱을 함유하는 폐기물로부터 플라스틱 또는 다른 구성 성분의 회수’에 해당한다. 본 연구에서는 사포를 이용하여 마찰력을 통한 물리적 박리를 하되, 사포의 입도(거칠기)를 달리하여 박리 가능성을 검토했다. 입도가 다른 세 가지 사포를 사용하였고 입도는 각각 P80, P1200, P600이다.
2.2. 경제성 분석 방법
물리적 박리는 화학적 박리의 단점을 보완할 수 있으나, 그간 수익성이 확보 되지 않았다. 본 연구에서는 폐PET 재사용 사업 대상 비용 편익을 충족할 수 있는지 확인하기 위해 비용편익분석을 수행하였다. 비용편익분석은 식 (1)에 나타낸 바와 같이 비용편익비율(Benefit-cost ration, BCR)을 통해 지표화되며, 일반적으로 사업의 진행으로 인한 총 편익과 총 비용을 현재가치로 환산하여 총 편익의 현재가치를 총 비용의 현재가치로 나눈 것을 의미한다. 비용 편익비율이 높을수록 경제성이 높은 것으로 평가되며, BCR ≥1일 경우 최소비용 편익비율은 충족하게 된다.
여기서, : t년도 편익
: t년도 비용
: 할인율(이자율)
: 사업의 내구년도(분석기간)
2.2.1. 연구 대상 및 시나리오 설정
본 연구의 대상은 A 기업의 가구 표면 마감용 sheet 및 edge 등의 DECO 필름 제조시, 표면 마감처리에 사용되었다가 폐기되는 PET/OPP 합성 폐필름이다. PET/OPP 합성 필름은 마감처리를 위해 생산되었다가, 사용 후 폐기되어왔다. 폐기되는 합성 필름 중, PET 부분은 OPP와 분리될 경우 재활용이 가능하다.
본 연구에서는 PET·OPP 합성 폐필름에서 PET를 박리하여 다시 마감처리로 사용하는 합성 필름의 생산에 투입하는 것으로 가정하였다. 이전에는 합성 필름 생산시 전량 PET 신품이 사용되었으며, 본 연구에서는 합성 폐필름에서 박리된 폐PET가 일부 재사용되는 것으로 가정하였다. 정부의 「전주기 탈 플라스틱 대책」에 따르면, 폐플라스틱 재생원료 이용 목표율을 예시적으로 ‘23년 2%, ‘25년 10%, ‘30년 30%로 설정하고 있기에 이 비율에 따른 비용편익분석을 수행하였다.
2.2.2. 폐PET 재활용 비율에 따른 비용 편익 평가 방법
월 생산량은 길이 단위로 약 120,000m, 무게 단위로는 약 10톤 배출된다. PET 필름은 미터당 80원, OPP 필름은 미터당 40원으로, PET·OPP 합성필름은 미터당 120원 수준이다. 재활용 PET 필름의 가격은 기존 필름 가격의 70% 수준인 56원이다. PET·OPP 합성필름 생산 시, 기존에는 재활용 PET 사용량이 0이었으나, 본 연구에서는 2%, 10%, 20%, 30% 재활용할 경우를 가정하여 재활용 비율에 따른 비용 절감효과를 비교하였다. 단 OPP의 가격은 신품을 그대로 사용하여 가격에 변동이 없다.
신품 PET만 사용하는 경우와 재활용 PET를 사용할 경우, 재활용 PET 사용 비율에 따른 비용 차이를 Table 6에 나타내었다.
Table 6의 비용 절감효과를 바탕으로 PET 필름 재활용 편익을 산정하였으며 식 (2)에 이를 나타내었다. PET 필름 재활용 편익은 신품 PET 사용 절감 편익과 폐PET 재활용에 따른 비용 절감액을 합하여 나타내었다.
여기서, 신품 PET 사용 절감 편익: 신품 PET 가격-(폐PET 재활용 비율×신품 PET 가격)
폐PET 재활용에 따른 비용 절감액: 재활용 PET 가격-(PET 재활용 비율×재활용 PET 가격)
Table 6.
Production cost reduction effect according to PET recycling rate
|
Recycling rate (%) |
New PET (krw/meter) |
Recycling PET (krw/meter) |
OPP (krw/meter) |
Total (krw/meter) |
| 0 | 80 | 56 | 40 | 120 |
| 2 | 78.4 | 1.12 | 40 | 119.52 |
| 10 | 72 | 5.6 | 40 | 117.6 |
| 20 | 64 | 11.2 | 40 | 115.2 |
| 30 | 56 | 16.8 | 40 | 112.8 |
PET·OPP 합성 필름의 월 생산량은 12만 미터이며, 연 단위로 산정하였다. PET 재활용 비율에 따른, 연간 폐PET 필름 재활용 편익을 Table 7에 나타내었다.
Table 7.
Annual waste PET film recycling benefits
투입 비용은 재료 구입비와 유틸리비티 비용, 설비 비용으로 국한하고 사무실과 인건비는 기존 사업장의 자원을 그대로 활용하는 것으로 가정하였다. 설비 비용은 첫해에만 투입된다. 식각 설비에는 물을 활용할 수 있으나, 업체 내 지하수 사용이 가능하여 별도 수도세를 산정하지 않았다.
개발비 지출액은 Table 8에 나타낸 바와 같으며, 세부 정보는 A 기업의 담당자 설문을 통해 수집하였다. A 기업의 사업장에서 공장 부지와 기존 인프라를 사용한다고 가정하며, 롤 식각을 위한 롤러 장비는 한 대를 구매하거나 제작한다고 가정하였다. 비품은 사포 구매비용으로써, 본 연구에서는 업체 설문 결과 사포와 필름의 비율을 10:1로 하였다.
Table 8.
WACC calculation items for company A in 2021(Unit: krw)
| Applied Items | Amount |
| Financial debt (%) | 36 |
| Earnings per stock | 473 |
| Stock price | 100 |
| Marginal corporate tax rate (%) | 34.412) |
| Financial cost | 341,016,308 |
| Borrowed capital | 22,607,739,487 |
Source: dart.fss.orkr13)
할인율은 A 기업을 대상으로 하여 가중평균자본비용(Weighted Average Cost of Capital, 이하 WACC)을 적용하였다. A 기업은 상장기업으로, Nam et al.12)이 제시한 한국상장기업의 자본비용 추정방식에 따르며 산정 공식을 식 (3)에 나타내었으며 산정 근거가 되는 항목은 A 기업의 재무제표를 토대로 Table 8에 나타내었다.
여기서,
r : 한계법인세율
B : 금융비용
A : 타인자본
비용분석을 위해 사업의 내구년도는 설비의 잔존가치가 “0”이 되는 시점을 고려하여 10년으로 설정하였다. 국내 법인세법 시행규칙 별표 6에 따를 때, 관련 업종별 자산의 기준 연수가 8~12년으로 설정되어 있다. Ko et al.14)의 연구에서와같이 통상 편익에 대해 2~3년 여유를 둘 경우, 본 연구에서 보수적으로 산정할 때 최소 기준 년수 8년과 최소 통상 편익 2년을 합하여 10년이 도출된다. Table 9에는 PET·OPP 합성 폐필름을 박리에 소요되는 경비를 나타내었으며 박리 기계 비용은 첫해에만 투입되어 첫해 투입률이 62,000원, 2차년도부터는 박리기계의 비용을 제외한 42,000원이 투입된다.
3. 연구결과 및 고찰
3.1. PET·OPP 합성 폐필름의 박리 실험 결과
본 연구에서는 PET·OPP 합성 폐필름을 대상으로 물리적 처리(사포)를 통한 OPP 필름 제거 실험을 진행하였다. 사포는 입도에 따라 세 가지(P80, P1200, P600)를 사용하였다. 사포 종류에 따른 연마 실험 결과, 입도 P80의 경우 입도가 커서 PET·OPP 합성 필름이 찢어졌다. 좀 더 작은 입도인 P1200의 경우 OPP 필름이 일부 제거되었고, P600 사용시 전체적으로 박리가 되었다(See Fig. 3).
본 연구에서는 필름 박리를 위해 사포를 활용하며, 기계식기계를 구입 또는 개발하는 것으로 가정하였다. 또한 별도의 운송단계를 고려하지 않고, 폐기물이 발생되는 사업장에서 PET 회수 및 재활용이 이루어지는 것으로 하여 수익성을 분석하였다.
3.2. 비용편익 산정 결과
본 연구에 적용되는 할인율은 2021년 A 기업의 재무제표를 토대로 산정한 WACC를 적용하였고, 그 값은 3.03%이다. 편익 산정 결과, 폐필름에서 박리된 폐PET의 재활용 비율에 따라 재활용 편익또한 달라졌다. Table 10에 나타낸 바와 같이 폐PET 재활용 수익은 재활용 비율이 2%일 때는 3,916,800원, 10%일 때는 19,584,000원, 20%일 때는 39,168,000원, 30%일 때는 58,752,000원으로 나타났다. 할인율을 적용한 현재가치법으로 가치를 산정한 결과 재활용 비율이 2%, 10%, 20%일 때는 비용편익이 1보다 작아 최소 비용 편익을 충족시키지 못하나, 30% 이상일 때는 비용편익비율이 1.32로 비용 편익을 충족하게 된다.
이외에도, 정부에서는 폐플라스틱의 물질 재활용시, 173원/kg의 재활용 지원금을 지원하고 있으며, 향후 지원금 할당 비율과 지원금 단가 상향을 예고하고 있어, 정부의 지원 내용에 따라 폐PET 재활용 사업의 BCR은 더 높아질 것으로 사료된다.
Table 10.
The result of a cost-benefit analysis
4. 결 론
본 연구에서는 폐플라스틱의 물질재활용 방안으로써, DECO sheet 및 edge 제조시 발생하는 PET·OPP 합성 폐필름에서 OPP 필름을 물리적으로 박리한 후, 폐 PET를 재활용하여 제품 생산 공정에 다시 투입하는 방안을 제시하였다. 폐PET 재활용 현황 파악과 폐PET 물질 재활용시의 경제성 분석을 통해 다음과 같은 결론이 도출되었다.
1) 폐PET 분야 국제교역은 점차 그 비중이 작아지고 있다. 국내적으로는 탄소 중립 및 국제 협약에 기반한 국내 대책 마련과 각종 인센티브가 마련되는 과도기에 있다.
2) PET·OPP 합성 폐필름 박리를 위해 본 연구에서 적용한 시나리오는 폐필름의 물리적 박리를 통해 폐PET를 다시 합성 필름 생산에 투입하는 것으로, 비용 편익 산정 결과, 폐PET의 재활용 비율에 따라 비용 편익비율이 달라졌다. 2%, 10%, 20%, 30%의 재활용 비율을 각각 적용하였을 때, 30% 이상의 재활용이 이루어져야 비용 편익을 충족하는 것으로 나타났다. 이때 BCR은 1.32이다.
3) 폐PET 물질 재활용의 사업화가 진행된다면 폐플라스틱 물질 재활용에 대해 재활용 지원금을 추가로 받게 된다. 향후 재활용 지원금의 할당비율과 단가 상향조정 가능성이 예고되어, 비용 편익은 더 커질 것으로 예상된다1). 이는 경제적인 효과에만 국한되지 않고 기업의 환경친화적 목표 달성 및 ESG 뒷받침 근거로도 제시할 수 있어 기업 이미지 제고 및 경쟁력 향상에 기여할 것으로 사료된다.
4) 향후 제품 생산 시 폐PET 필름을 글로벌 친환경인증 기준에 부합하게 재활용 원료로 사용할 경우 글로벌 친환경인증 대상이 될 수 있으며, 글로벌 규제 대응 및 위축되는 폐플라스틱 국제교역에서 새로운 시장을 개척하는 계기가 될 수 있다.
본 연구가 구체화 된다면, 중소규모의 유사 업종 사업장에 폐플라스틱 재활용 및 수익 창출을 위한 모범사례가 될 것으로 기대된다. 다만, 탄소 중립 구현을 위한 탈 플라스틱 대책으로써 본 연구의 적용 과정이 실질적으로 탄소배출감소에 기여하는지를 판단하기 위해서는 별도의 전과정평가가 수행되어야 할 것으로 사료된다.
