페트병 재활용 (PET bottle Recycle)

페트병(PET bottle)이란.

폴리에틸렌 테레프탈레이트의 약자인 PET는 플라스틱 소재로 다방면에서 사용되고 있으며 주로 음료를 담는 병에 사용되는 경우 페트병이라고 불리고 있습니다.

재생가능한 자원으로서 페트병은 재수집되어 선별, 분리, 분쇄 및 세척의 작업을 거쳐 탈수와 건조 공정을 거친 후 플레이크 상태로 재가공되어 다른 형태로 재활용됩니다.

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재활용

재활용의 경우 2022년 기준으로는 병만 대규모로 수거되고 있으며 이는 비용 절감이나 규제, 대중의 의견에 의한 소매 상품의 재활용 내용 증가 등의 이유에서 주로 발생합니다. PET은 새로운 병으로 재활용되거나, 섬유, 필름, 열 성형 포장 및 스트랩 등으로 가공됩니다. PET 병은 '기본' 또는 '물리적' 재활용과 '화학' 또는 '고급' 재활용 두 가지 방법으로 처리됩니다. 물리적 재활용은 병 파우더가 그대로 새로운 형태로 용융되고, 화학적 재활용은 병 파우더가 부분적으로 또는 완전히 중합이 해제되어 정제가 가능한 올리고 머 또는 단량체로 변환된 후 새로운 PET로 재생산됩니다.

즉, PET은 섬유, 필름, 열 성형 포장 및 스트랩 등과 같이 다양한 용도로 사용되지만, 재활용이 가능한 대상은 병만 대규모로 수거되고 있으며, 이를 재활용하기 위해 물리적 또는 화학적 재활용 방법이 사용되고 있습니다.

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1. 수집

PET 병의 대부분은 물이나 탄산음료를 담고 있으며, 기타에는 식용 오일, 식초, 우유, 샴푸 등이 있습니다. PET 병은 폴리올레핀 나사 잠금장치와 안티탬퍼 링으로 닫히며, 종이 또는 플라스틱으로 인쇄된 라벨이 붙어 있을 수 있습니다.

PET 포장에 대부분 “재활용 기호 1”로 표시되며, 사용 후 소비자에 의해 버려지면 이것은 "사후 소비자 PET"로 불리워집니다. 페트병(PET bottle)을 수집하는 방법에 있어 국가별로 수집 시스템이 다르게 적용됩니다. 우선 예치금을 통한 수집 방법이 있습니다. 일부 국가에서는 PET 병을 비롯한 포장에 대한 예치금이 법적으로 규제되고 있습니다. EU에서는 예치금 제도가 평균 86%의 회수율을 보입니다. 다음으로 수거 방법이 있습니다. 쓰레기 수거업자가 별도 분류된 PET 병을 수거합니다. EU에서는 54%의 회수율이 나타났습니다. 마지막으로 제출하는 방법입니다. 소비자가 PET 병을 가져와 수집 컨테이너에 넣습니다. 이경우 EU에서는 43% 회수율을 보입니다. 다른 수거방법을 선택하는 나라도 있습니다. 프랑스의 경우는 시민들이 자발적으로 플라스틱 병과 금속 포장용 컨테이너에 PET 병을 넣습니다. PET 병이 수집되는 스트림에는 금속 포장, 플라스틱 병 및 원하지 않는 오염물질이 포함되기도 합니다. 독일은 PET 병은 예치금을 부과하므로 소매업자가 PET 병을 수집합니다. 우리나라의 공병 제도와 비슷한 경우입니다. 따라서 수집된 내용물은 거의 모두 PET 병으로 구성됩니다. 싱가포르는 유리병과 함께 플라스틱 병을 수거합니다. 이경우 추가 분류 작업이 별도로 요구됩니다. 스위스는 소매업자는 정부대행업체에게 수수료를 지불하여 수거합니다. 영국은 플라스틱 생산업체가 수수료를 지불하고 수거는 지방자치단체에 위임됩니다. PET 병이 수집되는 내용물은 지방자치단체에 따라 다르지만 항상 추가적인 분류가 필요합니다.

미국의 경우 대부분의 소비자들이 이용할 수 있는 가로수길에 재활용 분리통이 있습니다. 쓰레기 수거업자는 재활용 물질을 재활용 기관(MRFs)으로 가져가 추가적으로 분리합니다. PET는 그런 다음 포장하여 PET 재활용 업자로 보내집니다.

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2. 분류

수거 수집된 사용 후 PET 병은 재활용 기관 (MRF)으로 운반되고 다른 물체 및 다른 재료로 만든 병과 구분되어 분리됩니다.

크기와 종류 별로 PET 병이 분류되며 특히 색상별 분류가 중요시됩니다.

고유한 색상 특성이 있는는 특정 제조업체에서만 사용되기 때문에 분리된 색상 PET 병은 재활용 가능한 물질 재활용 시장에 문제를 일으킵니다. PET 색상의 다양성이 급증하면 문제가 될 수도 있습니다. 대부분 단일 색상의 PET으로 이루어진 PET 병이 공장으로 운반되며, 이를 활용 가능한 원자재로 전환하기 위해 다양한 프로세스가 사용됩니다. 이러한 프로세스 중 기본적인 방법은 기계적인 재활용(mechanical recycle)으로, 수지를 재녹화하여 걸러내고, PET 병, 필름, 스트랩, 섬유 등 새로운 PET 제품으로 주조하거나 성형합니다. 하지만 기계적인 재활용에 적합하지 않은 PET 원료의 경우, 화학적 재활용(chemical recycling)을 통해 모노머(monomer) 또는 올리고머(oligomer)로 돌아갑니다. 이때는 PTA나 DMT, EG, BHET 등의 화학반응 생성물을 사용합니다.

PET 병 재활용은 전 세계적으로 중요한 문제가 되고 있으며, 대부분의 PET 포장재는 폐기물로 처리됩니다. 따라서 대규모 음료 제조업체들은 PET 재활용에 대한 적극적인 대책을 세우고 있습니다

2. 페트병(PET bottle)의 세척

PET 병 재활용의 경우, 공정에서 이물질 제거 및 정화가 효율적으로 이루어져야 합니다. 이물질 제거가 일찍이 이루어지고 철저하게 이루어질수록 프로세스는 더욱 효율적입니다. 이물질은 대개 PVC, PLA, 폴리올레핀, 케미칼 우드 펄프 및 종이 섬유, 폴리비닐 아세테이트, 용융 접착제, 색소, 설탕 및 단백질 잔여물과 같은 공통된 유기 불순물입니다.

PET 병의 재활용은 수집된 병들의 구성과 품질에 따라 다양한 방법으로 이루어집니다. 일반적으로 다음과 같은 과정이 적용됩니다.

밀봉 해제 - 색상, 외부 물질 분리 - 이물질 제거 - 전처리 - 공기 청정 - 분쇄 - 열 세척 - 불순물 제거

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3. 분쇄

PET 병 재활용은 현재 산업 표준 프로세스로서 다양한 엔지니어링 회사에서 제공되고 있습니다.

폴리에스터 재활용 공정은 성분의 순도에 따라 다양합니다. 폴리에스터 재생 원료가 순수하면, 폴리에스터 제조 공정 중 거의 모든 공정에서 순수 폴리머와 혼합재로 사용되거나, 더 많은 재생 폴리머로 사용될 수 있습니다.

PET플레이크 직접 변환

비용 절감을 위해 중간체인 생산업자들이 PET병 처리로부터 얻어진 PET플레이크를 직접 사용하여 폴리에스터 중간체를 생산하는 추세입니다. PET 플레이크를 사용할 때는 몇 가지 처리 원칙이 필요한데, 이는 타당한 점도를 조절하기 위함이다. 이를 위해서는 체인 연장 조절제인 에틸렌글리콜이나 디에틸렌 글리콜과 같은 추가물질을 사용하거나, 플레이크를 녹이거나 고체 상태에서 폴리콘덴세이션을 통해 점도를 재구성해야 할 수도 있습니다. 이를 위해 트윈 스크루멀티 스크루 또는 멀티 로테이션 시스템 등 최신 PET 플레이크 전환 공정이 적용되고 있으며, 함께 진공 배출을 이용하여 습기를 제거하고 플레이크의 사전 건조를 피합니다.

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4. 건조

PET 폴리머는 수분에 매우 민감합니다. 수분이 존재할 경우 분자량이 심하게 감소하고 이로 인해 용융 가공성이 악화됩니다. 따라서, PET 파편이나 곡류가 용융 압출 전에는 매우 낮은 수분 수준으로 건조되어야 합니다. PET는 100ppm 미만으로 건조해야 하며, 이러한 수분 수준을 유지하여 용융 가공 중 수분 분해를 최소화해야 합니다. 수분 제거 효율은 공기 이슬점에 따라 달라집니다. 이슬점이 좋지 않으면 칩에 일부 수분이 남아 처리 중 손실을 유발할 수 있습니다. 이를 위해 사용되는 건조 방법에는 제습 건조와 적외선 건조가 있습니다. 적외선 건조는 적외선 가열과 함께 빠른 에너지 전달 속도를 이용하여 에너지 비용과 크기를 크게 절약할 수 있습니다. 폴리에스터는 약 15분 동안 적외선 건조를 통해 암모르프한 파편을 결정화하고 건조할 수 있으며, 일반적으로 1시간 이내에 수분 수준을 50ppm 이하로 낮출 수 있습니다

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5. 화학적 재활용

'3차' 또는 '고급' 재활용으로도 알려져 있습니다. 폴리에틸렌테레프탈레이트는 일부 또는 완전히 분해되어 이를 이루는 올리고 머 또는 단량체인 MEG와 PTA 또는 DMT로 얻을 수 있습니다. 주요 공정은 글리콜리시스, 또는 가수분해입니다. 정제 후 올리고 머 또는 단량체는 새로운 재활용 폴리에틸렌테레프탈레이트('r-PET')를 준비하는 데 사용될 수 있습니다. 폴리에틸렌테레프탈레이트의 에스터 결합은 가수분해 또는 전이 에스터화 반응에 의해 가용될 수 있습니다. 이 반응은 생산에 사용되는 반대 과정일 뿐입니다.

 

페트병 (PET bottle)이 재활용을 위해 세척후 수집되어있다.  (출처:구글 이미지)

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재활용의 추이

2011년 전 세계에서는 대략 7.5 백만 톤의 PET이 수거되었습니다. 그 결과 5.9 백만 톤의 플레이크가 생산되었습니다. 이 중 2009년에는 3.4 백만 톤이 섬유 생산을 위해, 500,000 톤이 병 생산을 위해, 500,000 톤이 열성형용 APET 시트 생산을 위해, 200,000 톤이 스트랩 테이프 생산을 위해, 그리고 100,000 톤이 기타 용도로 사용되었습니다. 따라서, 수집된 PET 병의 대략 15%만이 새 병으로 재생산되었고 나머지는 일반적으로 재활용되지 않는 제품으로 사용되었습니다.

EU 지역에서는 2018년에 3.4 Mt 병이 판매되었으며, 이 중 2.1 Mt의 PET 병이 수집되었습니다 (약 3분의 2). 이로 인해 1.35 Mt의 r-PET이 생산되었으며 대부분 필름, 섬유, 병으로 사용되었습니다.

미국과 캐나다는 병 3Mt 중 900kt의 PET 병 (2008년 600kt에서 증가)이 수집되었으며 약 3분의 1이 재활용되었습니다. 그 결과 700kt의 r-PET이 생산되었으며 섬유, 병으로 사용되었습니다.

스위스에서는 81%가 재활용되었습니다. 핀란드에서는 PET 병의 90%가 재활용되었습니다. 이러한 높은 재활용률은 보증금제도의 적용으로 이루어졌습니다. 독일에서는 20억 개의 PET 병이 재활용돼 없습니다(2019 기준)

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마치며.

페트병(PET bottle) 재활용은 필수 사항입니다. 현재 플라스틱이 모든 사회전반에 사용되고 있고 이러한 분해 불능의 재질에 대해서 인류는 환경 책임을 행동으로 수정해 나갈 수밖에 없습니다. 완전 분해 가능하여 다시 지구로 돌릴 수 있는 방법이 나오지 않는 이상, 이러한 재질에 대한 최소화 및 대체 그리고 재활용에 대한 노력이 끊임없이 이어져야 할 것 입니다.