미생물에 의한 폐기도료의 자원화 기술은 2002년 HONDAGIKEN공업과의 공동개발 계약에서 출발해 2006년 도료 슬러지의 비료화 기술로서 동사 스즈카제작소가 도입했다. 2008년 리먼 쇼크의 영향을 받아 업계는 생산 제일로 시프트 해 폐기물의 제로 이미션(emission)화는 크게 후퇴했지만 2015년부터 일본의 자동차 메이커가 재차 기술을 도입. 미생물효소의 발견으로 수성, 유성, 분체 폐기도료의 자원화 기술이 확립되었다.

 

 

[KEYWORD]

모든 폐기도료 대응 처리기술, 폐기도료 자원화를 통한 제로 이미션(zero emission) 달성, 고형연료에 의한 에너지 전환 이용, 농업하우스 • 열전발전용 연료로 활용

1. 머리말

미생물이 지구상의 모든 물질에 관여하고 분해, 정화, 재생에 관련되어 있음은 자명하다.

20여 년 전 음식물 쓰레기 퇴비화가 붐을 일으키면서 전기업체들이 음식물 쓰레기 처리기를 제조하던 시절이 있었다. 그때 미생물에 의한 퇴비화에 관심이 쏠렸으나 실패 사례가 속출하면서 수그러들었다. 현재도 소각처리가 주체이다. 하물며 폐기도료 물질을 미생물 분해해 자원화 하는 기술은 전무해 무리라고 했다. 그러나 도료는 석유유래 물질이며 석유 생성균이 존재하기 때문에 석유 분해균도 있다는 가설에서 연구를 시작했다.

 

2. 기술의 완성도

폐기도료 자원화 기술을 시작한 지 20년이 지났다. 도입을 검토하는 사업자의 의문, 문제점을 현장, 연구소와 연계해 기술에 반영시켜 완성도를 높였다. 어떠한 미생물이 분해 메커니즘과 관련되어 있는지, 안정성은 어떤지, 게다가 기술면뿐만 아니라 고객의 요구에 합치한 경제성, 사회적 의의, 계속성 등 사업으로서의 과제를 해결했다고 말할 수 있다.

사업자에 따라 폐기도료의 배출, 처리방법은 다양하지만 그 상황에 맞는 적절한 시스템 제안, 기술을 지도함으로써 성공확립이 높은 노하우를 축적해 왔다. 그 구체적인 내용을 기술한다.

 

3. 자원화에 관여하는 미생물군과 처리방법

3.1 수성 폐기도료의 처리방법 및 자원화

수성 폐기도료는 복합 미생물군에 의한 발효분해 기술이다. 처리하는 수성 폐기도료와 복합 미생물군을 바이오리액터로 반응시켜 단번에 고온발효가 된다.

주역적으로 작용하는 것이 바실루스(Bacillus)균이며 24시간에서 48시간이면 60℃ 안팎의 고온영역에 이른다. 처리 후 생성물은 펠릿화하여 고형연료로서 농업하우스의 열원, 펠릿스토브 연료 등으로 활용할 수 있으며 유기성 폐기물 발효용 미생물 제제로 재사용도 가능하다.
 

 

3.2 용제계 폐기도료의 처리방법과 자원화

 

 

용제계 폐기도료는 미생물효소에 의한 효소분해 기술이다. 바이오리액터로 반응시키는 것은 수성폐기도료와 같지만 고온발효는 하지 않는다. 효소분해의 경우 상온에서 처리한다. 처리에 기여하는 미생물군은 처리과정에서 볼 때 다음의 3종류가 주역적인 역할을 하고 있다고 생각된다.

① Alcanivorax sp:

특징적인 해양성 석유 분해 세균

② Pseudomonadaceae: 

자연계의 중요한 분해자. 난분해성 물질(탄화수소, 방향족 화합물 등)을 산화적으로 분해하여 자원화하는 것도 확인되었다.

③ Ureibacilllus: 

50~60℃ 조건 하에서 폴리인산을 균체 내에 축적하는 능력을 가진다.

이 세 종류의 균 군은 자동차회사의 자원화 공정에서 동정(同定)된 것이다.

처리 후 생성물은 수성폐기도료와 마찬가지로 고형연료화 하여 농업하우스 열원, 펠릿스토브 연료 등으로 활용한다.

HONDAGIKEN공업과의 공동연구에서는 멜라민수지 분해 균을 동정(同定)할 수 있으며 균종은 Scopulariopsis이다.

 

 

4. 도장회사 TOKO의 도입사례

2021년 가을 환경의식이 높은 도장업체 TOKO가 다종의 폐기도료가 배출된다며 자원화 기술을 도입했다.

2022년 4월에 바이오리액터 등을 설치, SDGs 사업의 일환으로 폐기도료의 자원화를 개시. 현재 약 6톤/년의 폐기도료를 고형연료화하고 있다.

TOKO가 배출하는 폐기도료는 분체도료•폐기시너•유성폐기도료•유성도료슬러지(제1)•분체도료슬러지(제2)다. 현시점에서는 폐기시너와 폐기도료를 혼합하여 자원화에 적합한 농도로 처리하고 있다.

 

5. 미사용 도료의 자원화기술

폐기도료의 자원화는 발효처리, 효소처리로 기술 및 사업적으로 가능함이 실증되었다. 그러나 현장에서는 미사용 도료를 폐기물로서 처리하지 않을 수 없게 되는 것, 그것이 대량이라는 것, 이 사용하지 않는 도료를 폐기하지 않고 자원화하고 싶다는 과제에 대해서도 의뢰를 받았으며 이미 실험에 착수했다.

 

6. 에너지자원으로서 이용활용

본 기술은 농업에서의 퇴비화 기술을 기초로 한 폐기도료의 자원화 기술이라 할 수 있다. 폐기도료를 고형연료로 자원화해 농업분야에서의 이용•활용을 목표로 새로운 대처를 모색하고 있다. 고형연료화 함으로써 열에너지로 온실재배용 온수, 온풍으로 이용하는 것은 쉽게 생각할 수 있지만 발전용 열원으로 사용하게 되면 통상 발전용의 경우 규모나 규제 등이 문제가 된다. 그래서 제벡(Seebeck) 효과를 활용한 열전발전용 연료로서의 이용이 당 기술에 적합하다고 생각한다.

일반사단법인 일본열전학회의 열전응용 로드맵에 따르면 에너지 변환 효율에서 미소발전(微小発電)에 유리하다. 농업분야에서 활용한다면 스마트 농업이나 전기와 물만으로 재배하는 식물공장에서의 활용에 적합하지 않을까 생각된다. 시범적으로 시판되는 캠핑용품•바이오라이트에서 TOKO의 펠릿연료를 이용해 연소•발전효과를 시험한 결과 양호한 연소와 발전을 확인할 수 있었다. 발전량은 10W로 소형 장치이지만(그림 6 사진참조) 캠프에서의 사용, 스마트폰 충전에는 충분하다.

일본열전학회는 재료, 소자성능, 시스템성능을 향상시켜 대규모 발전에 대응할 수 있는 열전발전을 목표로 그 기술혁신에 기대하며 그러한 에너지원에 폐기도료로 제조한 펠릿연료가 활약하는 날을 바라고 있다.

 

 

7. 맺음말

미생물의 발효, 분해 능력을 유효하게 활용함으로써 새로운 에너지가 폐기도료에서 탄생했다. 폐기도료를 단순히 폐기물로서의 소각과 미생물에 의한 에너지 전환을 비교했을 때, 본 기술은 이산화탄소, VOC 배출량에 있어서 환경부하 저감에 우위성을 가지고 있다. 지구환경에 공헌할 수 있는 것은 도장업계 전체에서 중요한 기술이라고 할 수 있다. 본 기사를 계기로 폐기도료 자원화 기술에 대한 이해와 관련자분들로부터의 전문적인 의견을 얻어 기술진보에 기여하고자 한다. 

 

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[참고문헌]

 

1) 미생물학(옴사) 호리코시히로키(堀越弘毅), 이노우에 아키라(井上明) 감수편저

※ 석유생성균・화학합성독립영양미생물(chemoautotrophic bacteria)

2) 일반사단법인 일본열전학회 열전응용 로드맵 2021년도 판

※ 본고에 관한 문의처는 Inbound Japan 미생물응용연구소 사무국

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