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폐유리
폐유리(廢琉璃)는 못 쓰게 된 유리를 말한다.
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폐유리 재활용 현황
상당수 유리가 재활용되지 못하고 다른 쓰레기와 함께 매립되고 있다고 지적했다. 땅에 묻은 유리가 흙으로 분해될 때까지는 100만 년이 걸린다.
그나마 폐유리를 가장 많이 재활용하는 곳은 유럽이다. 현재 유리 생산에 쓰이는 재료의 약 52%가 폐유리다. 유럽연합(EU)은 2030년까지 이 비율을 90%까지 높일 예정이다. 미국에서는 유리병의 약 31%만이 재활용되는 것으로 알려졌다. 미국유리용기협회는 2030년까지 이 비율을 50%까지 늘리도록 추진하고 있다. 남아프리카공화국에서도 폐유리를 재활용하는 비율을 높이고 있다. 요하네스버그 유리 재활용 업체가 추진하는 프로젝트 아래 유리 재활용 비율은 2005∼2006년 18%에서 2018∼2019년 42%까지 증가했다.
이외 국가들은 폐유리가 얼마나 재활용되는지 통계조차 없는 곳이 많다. 네이처는 중국이나 인도, 브라질 등 몇몇 국가에서는 정부가 침묵하거나 앞으로의 계획이나 야망을 발표하지 않는 등 폐유리를 재활용하겠다는 의지가 없다고 지적했다.
- 국내 폐유리병 재활용률 76.8%
국내에선 폐유리병을 수거하고 파쇄해 컬릿을 만들어 재활용하는 비율이 매년 집계된다. 한국환경공단에 따르면 2020년 기준 폐유리병을 재활용한 비율은 76.8%로 나타났다. 하지만 최근 3년간 통계를 보면 2018년 79.6%, 2019년 79.1%에 이어 줄고 있다.
한국순환자원유통지원센터에 따르면 2020년 기준 국내 폐유리 자원 87.1%는 유리병을 제조하는 데 쓰인다. 8.8%는 해외에 수출되고 4.1%는 특수 블록이나 시멘트 벽돌 등을 만드는 데 쓰인다. 국내에서 재활용 용도로 수거하는 폐유리는 대부분 유리병이며 이것을 다시 유리병으로 만든다는 이야기다.
컬릿도 국내에서 생산되는 주요 유리병 색깔인 백색과 녹색, 갈색 등 세 가지 색깔로 분류해서 제작되고 있다. 화장품 용기나 술병처럼 색깔이 특이한 유리병은 다른 컬릿과 함께 섞어 쓸 수 없어 재활용이 어렵다. 창문처럼 투명한 유리에는 불순물이 들어가면 안 되기 때문에 잼이나 꿀이 들었던 병을 재활용하지 않는다. 유리병이었던 폐유리로 유리병을 만들 듯이 유리창이었던 폐유리로 유리창을 만드는 것이 훨씬 효율적이다.[1]
유리 종류와 폐유리
유리는 크게 세 가지 부류로 나누어진다.
- 소다석회유리((Soda-lime glass, Na₂O, CaO, 6SiO): 이 유리는 주로 규산나트륨과 규산칼슘의 조합이다. 저온에서 용해되며 색상은 없다. 혼합 상태에서 효과적으로 부풀리거나 융착 될 수 있다. 이 유리는 실험실 실린더 및 기구용 유리제품으로 활용된다.
- 카리석회유리(Potash lime glass, K₂O, CaO, 6SiO): 이 유리는 주로 규산칼륨과 규산칼슘의 혼합물이다. 이 유리는 경질유리(hard glass)로 불리기도 한다. 이 유리는 고온에서 용해되며 극한의 온도에서 견뎌야 하는 유리제품의 생산에 활용된다.
- 카리납유리(Potash lead glass, K₂O, PbO, 6SiO): 이 유리는 대부분 규산칼륨과 규산납의 혼합물이다. 이 유리는 빛나는 광택과 놀라운 굴절률을 지니고 있다. 합성보석, 전구, 초점렌즈, 수정, 프리즘 등의 제조에 활용되기도 한다.
유리 폐기물은 용기형 유리, 평유리 또는 윈드 스크린으로 이루어져 있으며 나머지는 전구, 실험실용 튜브 등 기타 유리로 분류된다. 이러한 폐유리는 시멘트 또는 골재의 부분 대체재로 활용될 수 있다. 폐유리가 매립지로 보내지는 주요 사유는 인프라가 불충분하기 때문이다. 인프라 이용의 어려움이 유리의 재활용을 거의 불가능하게 하는 것이다. 에너지, 천연자원을 절약하고 이산화탄소 배출도 감소시키기 때문에 유리 제조업체에서 유리 제조에 파유리를 재활용하는 것이 더욱 경제적이다. 그러나 유리를 만들 때와 달리 유리를 골재로 사용할 때 에너지 또는 천연자원이 절약되지 않을 수도 있다. 골재로 사용되는 경우는 파유리(glass cullet)가 유리의 재생에 사용될 수 없는 경우이다. 콘크리트에서 가장 중요하게 다루어야 할 특성 중에서 재활용된 폐유리는 폐유리가 활용되는 또 다른 방식이기는 하지만 유리가 높은 함량(70% 이상)의 반응성 실리카로 구성되어 있기 때문에 콘크리트에 알칼리 실리카 반응(ASR – Alkali-Silica Reaction)을 일으킬 가능성을 가지고 있다는 것이다. 사용되지 않은 유리를 재활용하는 사례의 등장은 콘크리트 속의 시멘트 계 재료 또는 골재로 활용될 수 있음을 의미하는 것이다.
재활용 폐유리의 사용
콘크리트에 재활용 폐유리는 하나 또는 그 이상의 부분 대체재로서 건축에 다양한 방법으로 자주 활용된다. 연구진들은 폐유리가 세골재 및 조골재와 결합되기 때문에 세골재 또는 조골재의 부분 대체재로 폐유리를 사용하는 것을 조사하였으며 유리분말의 포졸란 특성으로 인해 시멘트의 부분 대체재로 유리분말을 사용하는 경우가 있었다.
건설재료로서 재활용 폐유리의 사용
건설 분야에서 폐유리 분야에 관한 검토결과들에 따르면 콘크리트의 골재로 분말 형태이든 분쇄된 형태이든 재활용 폐유리가 콘크리트의 기계적 강도를 개선하는 것으로 밝혀져 왔다. 유리 분말의 종류가 분석되고 그 색상에 따라 압축강도에 영향을 미치게 되는데 최대 15%까지 시멘트를 부분 대체하는 녹색 색상의 유리가 강도 값이 떨어지는 것으로 조사되었다. 15% 정도 일정한 비율로 대체하는 경우 갈색유리분말과 네온색상 유리분말의 압축강도의 차이는 크지 않았다. 실험결과 네온 색상의 유리에서 13% 강도증가가 관찰되었다. 네온 유리는 칼슘(CaCO3) 탄산염 함량이 높은데 이것이 콘크리트의 압축강도에 영향을 미치는 것이다. 유리분말이 없는 상태의 콘크리트에서 그 기계적 특성은 다음과 같다. 천연골재를 사용한 콘크리트가 분쇄유리를 골재로 부분 대체한 콘크리트에 비하여 압축강도와 쪼갬 인장강도가 훨씬 더 크다. 그럼에도 불구하고 세골재 또는 결합제로서 폐유리 10%와 15-30%의 범위의 콘크리트 배합이 쪼갬인장강도와 압축강도에 해를 끼치지 않는다는 많은 연구결과들이 있다. 유리분말 대체가 30%를 초과하게 되면 수산화칼슘이 부족한 것으로 판명이 났기 때문에 30% 이상의 경우 수산화칼슘은 포졸란 반응에 부적절하게 된다. 다량의 칼슘과 규소를 함유하는 폐유리는 특성상 비정질로 분류될 수 있다. 따라서 폐유리 분말은 성질상 포졸란 계이거나 심지어 시멘트 계 재료라 분류될 수 있다. 재활용 폐유리 모르타르는 표준모래를 사용하는 모르타르에 비해 유해물이 적으며, 기존 모르타르에 가장 가까운 폐유리 혼합율은 15% 정도이다. 포졸란 계 대체재로 10%의 유리분말을 활용하는 경우 모르타르의 압축강도가 약 9% 정도 개선되었다. 좀 더 나아가 결합재로서 15%의 유리분말을 활용하는 경우 평균 16% 정도의 시멘트 압축강도가 개선되었으며 시멘트를 사용하는 경우에 비해 더 나은 결과가 도출되었다.
재활용 폐유리의 지속가능한 사용
아래 문헌검토 내용은 재활용 폐유리의 지속가능한 활용을 기반으로 한 것이다. 점성을 개선하기 위하여 폐 소다석회 유리(Soda, Lime Silica glass waste - SLS)가 고층건축의 자중문제를 최소화하기 위해 점토를 부분 대체하는데 사용된다. 폐 소다석회 유리는 고온에서 소결되었으며 폐 소다석회 유리의 활용이 점토골재(clay aggregates)의 특성에 어느 정도 긍정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다. 또한 강도는 증가되고 개방형 기공(open porosity), 흡착력(waste absorption)과 중량은 감소되는 것으로 드러났다.
- 반투명 콘크리트는 건물내부로 자연광을 투과시키기 때문에 인공조명의 필요성을 크게 줄일 수 있는 최신의 해결책이다. 재활용 유리가 자가충전 모르타르(self-compacting mortar - SCM)에 사용될 때 천연 세골재의 대체재로 활용된다. 만족할 만한 시공성, 적절한 강도와 내구성을 갖춘 SCM 및 반투명 콘크리트를 제조할 때 최대 30%의 재활용 유리골재를 부분 대체하는 것이 가장 실용적이다. 이번 조사로 반투명 콘크리트 판넬/외벽재가 친환경 건축물과 지하역사의 내력 및 비내력 벽재로 그리고 보안, 감독 및 안전을 강화해야 할 필요성이 있는 은행, 교도소 및 박물관 등의 건축벽체로 적합하다는 것을 확인하게 되었다.
- 재활용 유리 플라이애시 지오폴리머에 대한 평가가 수행되었는데 그 결과 수용 가능한 압축강도를 발휘하는 저탄소 조적재료로 만드는 것이 가능한 것으로 조사되었다. 이 재료의 구체적인 적용 사례에는 경량골재로 이루어져 있기 때문에 열전도성이 낮고 기계적 특성이 개선되어 내력벽재, 부유식 건축재(floating structures)나 단열재 등의 용도로 건축물에 사용되는 경우 등이 있다.
- ULFRC는 초경량 섬유 강화 콘크리트 "Ultra-Lightweight Fiber Reinforced Concrete"를 말한다. ULFRC의 구체적인 적용사례는 이 재료가 경량골재로 이루어져 있기 때문에 열전도성이 낮고 기계적 특성이 개선되어 내력벽재, 부유식 건축재(floating structures)나 단열재 등의 용도로 건축물에 사용되는 경우 등이 있다.
- 재활용 폐유리는 가열아스팔트 혼합물(Hot Mix Asphalt – HMA)에 쓰이며 관리표준으로 HMA가 평가되었다. 폐유리는 유리병이 파쇄 된 형태(유리 부스러기)의 것이었고 세골재의 부분 대체재로서 활용되었다. 시험결과 도출을 위해 마샬 시험(Marshall Test – 최적의 비투민 함유량, 안정성, 플로, 비중 및 공극)이 이루어졌고 도로 및 교량에 대한 나이지리아 기준은 고속도로 기준이 적용되었다. 이번 연구 결과 재활용 폐기물 사용 HMA는 나이지리아 도로 및 교량 기준에 적합하였으며 재활용 폐기물 사용 HMA가 관리기준(standard control) HMA에 비해 성능이 우수한 것으로 밝혀졌다.
- 폴리머 콘크리트가 성공적으로 제조 및 사용되었다. 이것은 조명용 유리 부재를 사용하는 업체로부터 수집된 폐유리가 적용된 사례이다. 이 폐기 조명용 유리부재들은 작은 입자로 만들기 위해 분쇄과정을 거쳐 골재로 사용될 수 있다. 콘크리트에 사용되는 기존 골재와 연구결과가 비교 분석되었다.
- 다양한 방법의 폐유리(유리 부스러기)를 사용한 건축물의 장기적인 알칼리 실리카 반응(Alkali-Silica Reaction – ASR)을 평가한 As’ad Munawir의 연구결과는 세골재 또는 조골재로 사용한 경우의 것이었다.
- 친환경 콘크리트 혁신 사례들은 재활용재를 사용하게 만들어 환경을 개선하는데 도움이 된다. 연구진은 폐점토벽돌 분말과 폐유리 분말을 콘크리트에 사용하는 것에 관해 연구하였다. 적정한 강도의 콘크리트 제조를 위해 점토벽돌 및 유리분말로 시멘트를 대체하는 배합 매트릭스가 준비되었다.
- 지오폴리머 타일(Geopolymeric tiles) 제조는 폐유리분말을 사용하는 하나의 지속가능한 방법이다. 유리병, 형광등, 기타 언급되지 않은 폐유리를 사용하는 방법에는 타일재료로 사용하는 경우이다. 타일은 알칼리성 시멘트계 재료가 될 수 있도록 알칼리 반응이 요구된다. 지오폴리머 타일에 부과되는 압축강도와 최대하중은 그 용도에 부합해야 한다.
동영상
파일
각주
- ↑ 이정아 기자, 〈“기후 위기 막으려면 유리부터 재활용하라”〉, 《동아일보》, 2021-11-15
참고자료
- 〈폐유리〉, 《네이버 국어사전》
- 이정아 기자, 〈“기후 위기 막으려면 유리부터 재활용하라”〉, 《동아일보》, 2021-11-15
같이 보기
