[기획] 폐플라스틱ㆍ석탄회 재활용한 합성침목 개발 '철도 궤도기술 탄소중립 성큼’

√ 대원대ㆍUNISTㆍ(주)지주, 2019~2021년 국책연구과제로 우수성과 도출
√ 친환경성ㆍ내구성 입증, 수요자 맞춤형 생산 가능 '대량 생산 제조설비까지 이미 갖춰'

가 -가 +

장병극 기자
기사입력 2021-12-04 [11:00]

▲ 한국철도학회 2021추계학술대회 특별세션으로 마련된 '폐플라스틱을 활용한 친환경 합성침목 기술개발 연구성과' 발표ㆍ토론을 마친 후 참석자들이 기념촬영을 하는 모습.  © 철도경제

 

[철도경제신문=장병극 기자] 폐플라스틱과 석탄화력 부산물을 100% 재활용한 친환경 합성침목 개발이 속도를 내고 있다. 재활용 소재를 활용해 환경오염을 줄이면서 내구성까지 갖춰, 철도분야에서 제품 생산부터 폐기까지 전 주기적 관점에서 '철도시설물 탄소중립' 실현 사례가 될 것으로 기대된다.  

 

폐플라스틱 처리문제는 전 세계적으로 풀어나가야 할 과제다. 한국환경산업기술원이 2018년 발표한 '국내외 플라스틱 문제 현황 및 해결방안'에 따르면 한국은 1950년부터 50년 동안 약 8천3백만톤의 플라스틱을 생산했으며, 이 중 플라스틱 폐기물 발생량은 약 6천3백만톤으로 추정된다. 

 

한국은 세계 최대 플라스틱 소비국이라는 오명을 덮어쓰고 있다. 2017년 기준 1인당 플라스틱 사용량은 미국 50.4kg, 중국 26.73kg 수준이지만 한국은 무려 64.1kg에 달한다. 특히, 코로나19 여파로 1회용품 사용이 크게 증가하면서 플라스틱 사용량이 폭증한 상태다.

 

폐플라스틱 처리방법도 문제다. 소각하게 되면 독성물질이나 이산화탄소가 발생하고, 매립하더라도 독성물질로 인해 지하수나 토양을 오염시킨다. 

 

대원대학교 성덕룡 교수는 "1톤의 폐플라스틱을 재활용하면 2톤의 이산화탄소 배출량을 줄여 1대의 자동차 운행을 줄이는 것과 같은 효과를 낼 수 있다"며 "한국이 처한 상황을 고려한다면 폐플라스틱을 안전하게 처리할 수 있는 최선의 방법인 재활용률을 끌어올려야만 탄소 중립 이행 속도를 높일 수 있다"고 강조했다.

 


폐플라스틱ㆍ석탄발전 부산물 100% 재활용 침목 개발 '철도시설물, 원재료부터 환경 고려해야' 


 

국토교통부와 국토교통과학기술진흥원은 국책연구과제로 2019년부터 2년간 '폐플라스틱 업사이클을 위한 지속 가능한 철도 침목 기술개발'을 지원해오고 있으며, 대원대학교ㆍ울산과학기술원(UNIST)ㆍ(주)지주 등이 컨소시엄을 구성해 참여하고 있다.

 

이번 과제를 통해 개발하는 합성침목은 폐플라스틱과 석탄회를 100% 재활용(upcycle)해 사용함으로써 환경오염을 크게 줄이는데 초점을 뒀다. 

 

울산과학기술원 표석훈 교수는 "화력발전으로 인해 발생하는 부산물은 2018년 기준으로 평균 매립량이 235만톤에 달하는데 발전소에서 운영하는 매립장(회 처리장)이 대부분 한계에 이르러 신규로 매립장을 건설하고 있는 상황"이라며 "매립하기 위해 석탄재를 운송하거나 적재하는 과정에서도 '회'가 비산돼 대기오염을 유발시킨다"고 설명했다.

 

석탄재 폐기물은 건식 매립지 혹은 방수 처리되지 않은 구덩이에 물과 섞어 저장하는데, 이때 매립된 석탄 오염물질이 지하수와 토양에 침출돼 토양ㆍ수질 오염이 발생하게 된다.

 

성덕룡 교수는 "탄소중립을 선도하는 철도가 전기를 에너지원으로 하는 열차 운영뿐만 아니라 철도시설물 건설에 사용하는 재료에도 탄소중립에 기여할 수 있는 기술개발에 적극적인 관심을 가져야 한다"며 "환경오염을 유발하는 목침목과 콘크리트침목을 대체해 폐플라스틱 재활용을 극대화하고 석탄화력 부산물까지 활용해 합성침목을 만들어 현장에 적용하면 친환경 철도시설물의 모범사례가 될 것"이라고 강조했다.  

 


수입 의존하는 환경오염 유발자 목침목, 빠른 교체 필요 '친환경 합성침목, LCA 가장 낮아’


 

▲ 기존 목침목ㆍPC침목 손상 사례. (한국철도학회 2021추계학술대회 '친환경 합성침목 구조검토 및 현장적용평가' 발표자료 인용)  © 철도경제

 

목침목을 사용하기 위해선 나무를 벌목해야 한다. 소나무 1그루당 이산화탄소 흡수량은 약 6.6kg 수준으로 알려져 있는데, 목재를 사용할수록 결과적으로 이산화탄소 발생량을 늘리는 꼴이 된다. 

 

목침목은 손상을 최소화하고자 목재 방부제로도 활용되는 크레오소트라를 쓴다. 문제는 방부제를 사용한 목침목에서 발암물질이 새어 나와 토양을 오염시킨다는 사실이다. 발암물질을 껴안고 있는 폐목침목 처리도 골칫거리다. 그대로 방치하면 주변 환경을 오염시킬 수 밖에 없기 때문에 일반적으로 소각처리하게 되는데, 이때도 온실가스가 많이 배출된다.

 

목침목은 수명도 짧으면서 국내에선 전량 수입에 의존하고 있어 유지관리비용 및 운송비용도 늘어난다. 제품 운송수단으로 사용하는 선박의 경우 경유를 연료로 사용하기 때문에 운반 자체가 환경적 측면에선 위해요인이다.

 

콘크리트침목도 '환경'에서 자유롭지 못하다. 일단 시멘트 재료인 석회를 채굴하는 과정에서 자연환경을 파괴시킬 수 밖에 없다. 시공 후에도 파손(깨짐)이 발생하는 경우도 있고, 수명이 다한 콘크리트 침목 처리 방법과 비용도 고민거리다.

 

국토교통과학기술진흥원(2013) '재활용 복합소재를 활용한 FST형 그린철도 침목 및 제조공정 기술동향' 자료에 따르면 콘크리트(PC)침목은 교체주기가 약 30-50년이고, 목침목은 수명이 20년 이내에 불과하며, 폴리우레탄과 유리섬유를 섞은 합성침목은 50년 가까이 사용할 수 있지만 가격이 고가이다. 반면 재활용 복합소재를 활용하면 원자재 가격을 낮출 수 있어 타 합성침목과 수명은 동일하면서도 가격은 절반수준 내외일 것으로 예상하고 있다.

 

이번 연구에 참여한 서울과학기술대학교 배재근 교수는 "침목 종류별로 원료물질의 수출에서부터, 제조ㆍ가공공정, 수송ㆍ유통과정, 사용ㆍ재활용 및 최종 폐기에 이르는 전 과정에 대해 지구온난화 및 오존층에 미치는 영향(LCA)을 분석한 결과, 친환경 합성침목, 철침목, 콘크리트 침목, 목침목 순으로 환경부하가 낮은 것으로 나타났고, 공공인프라인 철도분야에 제한적으로 사용되어 회수・재활용이 용이하기 때문에 '철도분야의 지속 가능한 발전' 방법으로 충분히 고려해볼 필요성이 있다"고 설명했다.  

 

▲ 침목별 환경영향성평가(LCA) 결과 (1장을 생산해 1km 수송하는 경우 및 제품별 사용수명 가정. 서울과학기술대학교 폐자원바이오매스 연구실)  © 철도경제

 

▲ 사진: 친환경 합성침목의 순환이용체계 구상도(서울과학기술대학교 폐자원바이오매스 연구실)  © 철도경제

 


해외선 15년 전 이미 개발ㆍ상용화 '내구성ㆍ구조안전성 확보, 수요자 맞춤형 제작 가능'


 

그렇다면 해외에선 합성침목을 얼마나 사용하고 있을까?

 

미국의 경우 재활용 플라스틱을 100% 사용한 친환경 합성침목을 개발해 지난 2005년부터 북미지역에 약 100만개 이상 설치했다. 이후 멕시코, 캐나다, 인도 등에도 진출했다. 영국도 재활용 플라스틱 함량이 100%인 친환경 합성침목 개발을 완료한 상태다. 

 

네덜란드에서도 재활용 플라스틱을 100% 활용한 침목을 개발해 2006년부터 교량 및 분기기구간에 적용하였고, 프랑스 본선구간(보통침목) 약 1km에 부설하였다. 독일에서는 혼합된 플라스틱폐기물ㆍ유리섬유폐기물 등을 활용한 합성침목을 만들었다. 이밖에 태국에서는 2005년 천연고무를 활용한 합성침목을, 일본에서는 플라이애쉬(flyash)를 사용한 하이브리드 콘크리트합성침목을 만들어 2002년 호주 본선에 시공한 사례도 있다.

 

성덕룡 교수는 "타 선진국에 비해 국내는 15년 이상 친환경 합성침목 개발이 늦은 감이 있다"며 "폐플라스틱을 재활용한 합성침목은 수요자 맞춤형 제작이 가능하고, 무엇보다 탄소중립을 선도하는 철도교통에 있어 '친환경적'이라는 큰 장점을 가지고 있다"고 말했다. 

 

이번 연구를 통해 기존 목침목을 대체하고, 타 합성침목 대비 다양한 레일체결장치를 적용할 수 있도록 제작이 가능하고, 경량화해 시공성이 좋으면서 도상저항력을 높여 구조적 안정성까지 확보한 친환경 합성침목 시제품 개발을 마친 상태다. 또한, 연구에 함께 참여한 (주)지주에서는 친환경 합성침목 대량 생산을 위한 제조설비 도입을 마쳤다.

 

(주)지주 이현상대표는 "플라스틱 소재 침목 내 기포를 100% 제거하는 것이 굉장히 어려운 기술로 안정화된 제작공정에서 균일한 품질을 유지하기 위한 기술적 문제를 해결했다"며 "35년 간 플라스틱 제품 제작 노하우와 지식을 가지고 있는 만큼 우수한 제품을 생산할 수 있다"고 자신감을 보였다. 

 

▲ 폐플라스틱+석탄회 100% 재활용 친환경 합성침목 내 시제품 제작 시 기포 제거 모습. (한국철도학회 2021추계학술대회 '친환경 합성침목 제작과정 및 시제품 소개' 발표자료 인용)  © 철도경제

 

▲ 폐플라스틱+석탄회 100% 재활용 친환경 합성침목 시제품 3종. (한국철도학회 2021추계학술대회 '친환경 합성침목 제작과정 및 시제품 소개' 발표자료 인용)  © 철도경제

 

성덕룡 교수는 "폐플라스틱ㆍ화력발전소 부산물을 재활용하고, 철도 노선에 따라 고강도 제품이 필요한 경우 철근 등의 보강재를 넣을 수도 있다"며 "목침목이나 PC침목보다 내구성이 높고, 수명이 다하면 다시 재활용이 가능하기 때문에 사후 유지관리 측면에서도 우수하다"고 말했다.

 

또한 "이번에 개발한 폴리머(polymer) 계열 친환경 합성침목은 자갈도상 본선ㆍ분기기 및 무도상교량 등의 시공조건 및 수요자 요구에 따라 다양하게 형상을 구현할 수 있다"며 "12월 중에 실제 철도 현장(서울교통공사 본선구간)에 적용해 성능평가를 끝내고, 개발품을 상용화할 수 있도록 최선을 다하겠다"고 전했다.

장병극 기자의 다른기사보기
광고
트위터 페이스북 카카오톡 카카오스토리 band naver URL복사
광고
광고
URL 복사
x

PC버전 맨위로 갱신

Copyright ⓒ 철도경제신문. All rights reserved.