음식물류 폐기물의 지속가능한 관리를 위한 전과정 시스템적 접근 및 평가

국문 초록 (Abstract)

우리나라는 2005년부터 음식물류 폐기물을 분리배출하도록 의무화하고 직매립을 금지시키고 있으며, 이런 조치로 인하여 2011년 현재 지자체들은 음식물류 폐기물을 자원화하기 위한 97기의 공공처리시설을 가동시키고 있다. 그러나 이들 시설들은 다양한 시설 및 운영 특성을 갖고 있으므로 음식물류 폐기물 관리시설의 수거․수송 시스템 및 처리공정의 선정, 시공․운영비의 추정을 위하여 표준화된 방식을 제시하는 것이 필요하다. 따라서 본 연구에서는 국내 음식물류 폐기물 공공자원화시설을 전수 조사하여 전과정에 대한 요소를 해석하고, 다양한 자원화시설을 표준화함으로써 음식물류 폐기물의 발생량 및 질적 특성, 지역 규모에 따른 수거․운반작업 그리고 시설별․운영주체별 자원화 공정에서의 환경성 및 경제성 평가를 수행하였다. 평가는 기존 자원화 방법인 사료화, 퇴비화, 기타 자원화에 국한하였으며, 연료화나 바이오가스화 등은 적용 사례가 적어 연구 범위에서 제외하였다.
시설의 표준화공정을 제시하기 위하여 음식물류 폐기물의 발생 및 질적 특성을 직접 조사하였다. 그리고 정상 운영 범위내에서 가동되고 있는 45기의 공공시설을 선별한 다음, 이들 시설을 처리 설비, 처리 방식, 운영 주체 등으로 구분하여 물질량을 분석함으로써 자원화시설의 물질흐름을 작성하였다. 그 결과, 100.00의 음식물류 폐기물이 49.49의 공정수 및 1.57의 부형재와 함께 투입되어 처리되면 최종적으로 15.98의 제품이 생산되고, 폐기물로써 협잡물 7.04, 음폐수 99.09 및 29.13의 대기 방출이 이루어지는 것으로 해석되었다.
음식물류 폐기물 재활용․처리 시스템의 전과정평가(LCA)에서는 1톤의 폐기물량을 기능단위로 하여 수거․수송 및 처리 시스템(사료화, 퇴비화, 기타 자원화 및 소각)에 투입되는 물질과 에너지를 파악하였고, 시스템의 전과정에서 발생되는 환경부하를 정량적으로 파악하였다. 전과정 평가시 주요 투입물질들은 국내 LCI 자료를 사용하였으며, 국내 자료가 없는 물질량에 대해서만 Ecoinvent에서 제공되는 외국 시스템의 LCI 자료를 이용하였다. 특성화, 정규화 및 가중치 단계를 거친 사료화, 퇴비화, 기타 재활용 및 소각 시스템의 전과정 환경성 평가는 각각 3.38E+02, 8.36E+02, 6.82E+02 및 2.64E+02로, 소각 시스템의 전과정 환경성 평가가 가장 낮은 값을 보였다. 음식물류 폐기물 재활용 시스템의 LCA 값이 소각보다 높은 이유는 과다한 음폐수의 발생에 기인한 것으로 조사되었다.
음식물류 폐기물 자원화시설의 경제성은 50톤/일 규모의 처리시설을 기준으로 현재가치기준(present value criterion) 방법으로 분석하였다. 직영되는 시설의 실운영비는 사료화 시설이 88,358원/톤, 퇴비화 시설이 79,015원/톤 그리고 기타 재활용 시설이 49,934원/톤이 소요되어 소각시설 운영비인 96,285원/톤 보다는 10～50% 정도 적은 것으로 분석되었다. 더욱이 실비용에 생산된 제품의 판매 이익 및 시설 감가상각비를 고려하면 사료화 시설은 95,784원/톤, 퇴비화 시설은 96,824원/톤 그리고 기타 재활용 시설은 56,576원/톤으로, 소각시설 운영비용인 143,776원/톤과 큰 차이를 보였다.
환경성 및 경제성 평가는 주어진 조건에 따라 상이한 결론이 도출될 수 있지만, 본 연구결과에 의하면 소각시설에 여유 용량이 있을 경우에는 음식물류 폐기물을 소각하여 열을 회수함으로써 운영비를 절감할 수 있으며, 새로운 시설을 설치할 경우에는 사료화가 비용이나 환경 측면에서 모두 유리할 수 있다. 그리고 시설의 운영비를 줄이기 위해서는 제품의 생산수율을 증가시키고, 2차 폐기물량을 줄이기 위하여 효과적인 분리배출과 공정수 사용량을 최소화하는 것이 요구되며 생산된 제품이 판매되도록 노력해야 한다.

목차 (Table of Contents)

• Table of Contents
• 요약문 ⅰ
• Abstract ⅲ
• Table of Contents ⅶ
• List of Tables ⅹⅰ
• List of Figures ⅹⅴ
• 제 1장 서론 1
• 1.1 연구의 배경 1
• 1.2 연구의 목적 5
• 1.3 연구의 범위 및 내용 6
• 제 2장 문헌연구 9
• 2.1 전과정평가 9
• 2.1.1 ISO 14000‘s 9
• 2.1.2 LCA 개념 14
• 2.1.3 LCA 기본구성 19
• 2.1.4 LCA 목록분석방법 29
• 2.1.5 LCA 영향평가 35
• 2.2 LCA 관련 연구 60
• 2.2.1 국외 LCA 관련 연구 60
• 2.2.2 국내 LCA 관련 연구 63
• 2.2.3 음식물류 폐기물 처리시설에 대한 LCA 연구 67
• 제 3장 국내 음식물류 폐기물의 특성과 관리 현황 71
• 3.1 국내 음식물류 폐기물의 발생특성 71
• 3.1.1 발생량 74
• 3.1.2 삼성분 분석 81
• 3.1.3 원소 분석 83
• 3.1.4 발열량 분석 87
• 3.2 국내 음식물류 폐기물 자원화시설 89
• 3.2.1 국내 음식물류 폐기물 관리 현황 89
• 3.2.2 자원화시설 현황 103
• 3.2.3 자원화시설의 물질수지 109
• 3.2.4 자원화시설의 고형물/물/탄소 수지 131
• 제 4장 음식물류 폐기물 자원화시설의 전과정 환경성 평가 137
• 4.1 목적 및 범위 설정 137
• 4.1.1 기능 및 기능단위 138
• 4.1.2 자료의 품질조건 139
• 4.2 전과정 목록분석 139
• 4.2.1 수거 및 수송단계 139
• 4.2.2 각 시스템들의 공정도와 투입 및 배출물 140
• 4.2.3 전과정 목록분석을 위한 database 146
• 4.3 전과정 영향평가 147
• 4.3.1 특성화 결과 148
• 4.3.2 정규화 및 가중치 결과 155
• 4.4 전과정 결과 해석 157
• 4.4.1 주요 쟁점 규명 및 기여도 분석 157
• 4.4.2 민감도 분석 162
• 제 5장 음식물류 폐기물 자원화시설의 전과정 경제성 평가 167
• 5.1 경제성 평가의 이론 167
• 5.1.1 LCC의 평가 167
• 5.1.2 재활용 단계 폐기물의 경제성 평가 173
• 5.2 음식물류 폐기물 수거․운반비용의 산정 177
• 5.2.1 수거․운반비용 산정을 위한 일위대가의 작성 177
• 5.2.2 수거․운반비용의 산정 185
• 5.3 음식물류 폐기물 자원화 비용의 산정 190
• 5.3.1 자원화시설 설치비용 산정을 위한 일위대가의 작성 190
• 5.3.2 자원화시설 설치 표준비용 산정 194
• 5.3.3 자원화시설 운영비용 산정을 위한 일위대가의 작성 196
• 5.3.4 자원화시설 운영 표준비용 산정 208
• 5.3.5 자원화의 경제성 평가 211
• 5.3.6 자원화시설의 운영비 관리방안 223
• 제 6장 결론 227
• 6.1 음식물류 폐기물 관리의 지속가능성 평가 227
• 6.2 결론 231
• 참고문헌 235
• Appendix Ⅰ. Physico-chemical properties of food waste 251
• Appendix Ⅱ. Results of LCA characterization for food waste
• recycling system 259