용기 및 포장이 구비해야 할 성능으로서, 내용물의 보호성, 사용·수송에 있어서 편리성 외에 정보의 전달기능을 들 수 있다. 이 기능들 중에서도, 내용물의 보존성은 가장 중요하고 대표적인 기능이다.

용기는 내용물의 장기보존을 가능하게 하고, 식량 등의 유효이용에 공헌함으로서 세계적인 규모의 환경부하의 저감에 커다란 역할을 하고 있는 것은 말할 나위도 없지만, 용기포장 자체는 소비사이클이 짧고, 사용 후 바로 폐기되는 것이 많기 때문에, 환경에의 영향에 관해서 논의되는 것이 많아지고 있다.

용기포장과 환경과의 관계 중에서, 가장 중요한 것은 사용 후의 폐기에 따른 환경부하의 발생이며, 구체적으로는 매립지의 감소, 연소에 의한 이산화탄소의 발생과 같은 것으로 지구환경에 직접 영향을 미침과 동시에 자원의 소비라는 관점에서도 간접적인 영향도 지니고 있다.

이 때문에, 포장업계에서는 사용재료의 절감이나 재질변경, 제조방법의 개량, 또는 리사이클의 추진 등에 의해 용기포장의 환경부하 저감에 노력하고 있다.

용기포장에 대해서 지금까지 행해져 왔던 여러 가지 LCA연구 중에서도, 리사이클의 평가는 적극적으로 행해지고 있지만, 재생재료가 원래의 용도에 이용되는 본류(本流) 리사이클에 관해서는 취급이 용이하기 때문에, 많은 경우 단순히 재생 재료를 공제하는 형태로 평가되고 있지만, 재생재료가 다른 용도에 사용되는 캐스케이드 리사이클의 경우는 그 취급이 어렵고, 통일된 수법은 확립되고 있다고는 하기 어려운 상황에 있다.

캐스케이드 리사이클을 평가한 예로서는, 소재의 재생까지의 환경부하만을 가산 평가한 것, 혹은 마찬가지의 소재재생까지의 환경부하를 가산 평가한 후 재생재의 중량을 명기한 것 등이 있지만, 어떤 경우도 종합적 혹은 정량적인 평가에는 미치지 않는 것이 현상이다.

여기에서는 용기포장의 대표로서 금속캔(알루미늄 DI캔 및 스틸 DI캔)을 대상으로, 일본에서의 리사이클 현상을 소개한 후, 용기제조공정에서 발생하는 스크랩의 리사이클 취급도 고려한 후, LCI(Life Cycle Inventory) 분석에 의해, 환경부하에 미치는 금속소재의 리사이클 영향을 구한 결과에 관해서 소개한다.

1. 금속캔의 리사이클 현상

그림1, 그림2에 일본에 있어서의 알루미늄캔 및 스틸캔 리사이클의 연차별 추이를 나타냈다. 각각의 캔에 사용된 소재의 소비량에 대한 회수량에서 나타나는 리사이클률은 1995년부터 순조롭게 증가하고 있으며, 최근 5년간 알루미늄캔의 경우에는 65.7%에서 80.6%로 약 15포인트 상승하고, 스틸캔의 경우에는 73.8%에서 84.2%로 약 10포인트 상승하였다는 것을 알 수 있다.



그림3, 그림4에 알루미늄캔 및 스틸캔의 리사이클 플로우를 나타냈다(각 수치는 2000년도).



알루미늄캔의 경우는 지방자치단체나 집단회수를 중심으로 하는 생활계 회수 및 보틀러, 회수업자에 의한 사업계 회수에 의해 리사이클이 추진되고 있지만, 알루미늄캔용 알루미늄재의 총 발생량 26만6천톤(167.5억캔) 중, 생활계, 사업계 모두 21만4천톤이 회수되고 있다.

회수된 알루미늄캔은 분리돼 전처리를 한 후, 2차 합금메이커에서 용융 재생 처리돼, 구체적으로는 알루미늄캔, 다이캐스트, 주물, 기타 일용품 등으로 재생 이용되고 있지만, 결과로서 5만2천톤 정도는 회수되지 않고 매립으로 처분되고 있다.

2000년도 알루미늄캔 리사이클률은 80.5%, 알루미늄캔으로 재생 이용되는 비율(Can to Can)은 74.5%에 달하고 있다. 자원의 유효이용 관점에서 리사이클 루프를 막기 위해서도 알루미늄캔으로의 재생이용 비율의 향상이 요망되고 있다.

스틸캔의 경우도 거의 같은 루트에서 리사이클 되고 있다. 제관메이커에서의 출하량 및 수입, 수출캔의 중량을 고려한 스틸캔의 총 소비량 121만5천톤 중, 전로(電爐), 고로(高爐), 주물메이커 등의 제철메이커에서 재생 이용되는 중량은 102만3천톤으로 리사이클률은 84.2%에 달하고 있다.

회수된 강재 중 많은 것(약 74%)은 전로메이커로 철스크랩으로서 강재의 용해재생에 사용되고, 건축토목용 철근이나 H형강, 평강 등에 재생 이용되고 있다. 일부는 고로메이커의 전로공정에서 용해 재생되고, 캔용 강재와 마찬가지의 품질을 가진 박판 등의 각종 강재에 재생 이용되고 있으며, 최근 이 비율이 점차 커지게 되고 있다.

2000년도에 재생 이용된 강재 중에서 고로메이커에서 사용된 캔용 강재와 마찬가지의 품질로 재생된 비율은 23.7%까지 상승하고 있다.

스틸캔의 주류인 음료캔의 경우에는 통상 캔 뚜껑에는 알루미늄제가 사용되고 있다. 이 캔 뚜껑은 현상에서는 재생이용에 있어서는 특히 캔 몸통에서 분리되는 것이 없고, 그대로 스틸과 함께 용해 처리되고 있으며, 알루미늄소재로서의 리사이클은 행해지고 있지 않기 때문에, 이것들의 중량이 재생에 사용된 철스크랩의 중량에서 공제한다.

2. 리사이클을 고려한 금속캔의 LCI 분석

(1) 리사이클의 취급

그림5에, 리사이클을 고려한 금속캔의 머터리얼 플로우모델의 일예로서, 알루미늄 DI(ADI)캔의 제조공정에서 리사이클, 폐기공정을 통해서의 알루미늄재 흐름도를 나타냈다.

알루미늄 DI캔의 시스템에서는 제관공정, 제개(製蓋)공정에서 발생하는 스켈톤 등 사용이 끝난 음료캔이 그림에 나타낸 것 같은 루트로 캔 몸통용 알루미늄재(캔 뚜껑용 알루미늄재는 캔 몸통용 알루미늄재와 성분이 달라, 일반적으로는 재생재는 캔 몸통용으로밖에 재생 이용되지 않는다) 및 타 용도의 알루미늄재로서 재생 이용되고 있다. 여기에서는 캔에 리사이클 되는 것을 본류 리사이클, 타 용도에 리사이클 되는 것을 가스케이드 리사이클이라 부른다.

제관공정, 제개공정에서 1캔당 사용되는 알루미늄 압연판의 중량을 X, Y, 각각의 공정에서의 재료이용률을 α, β로 하고, 알루미늄캔 전체에서의 리사이클률을 γ, 전술한 Can to Can률을 θ로 하고, 또 알루미늄 2차 합금의 재생 원료에 대한 제품 비율을 δA, 알루미늄 압연판의 제조 원료에 대한 제품 비율을 εA라 하는 것으로, 전체적인 알루미늄재료의 흐름이 각 파라미터를 이용해 표시 가능하게 된다. 또 재생재료의 가치를 나타내는 평가계수를 용도별로 설정, 보다 정량적인 LCI 분석이 가능하게 된다.

일반적으로 LCA에서의 리사이클 취급방법으로서는, 리사이클을 폐기물처리의 1공정이라 생각해 모든 영향을 대상으로 하는 제품에 할당하는 방법 등이 있지만, 여기에서는 종합적인 평가를 가능하게 하기 위해 리사이클공정에서의 각종 처리에 의한 환경부하 증가와, 재생재가 제조된 것에 의한 사용재료의 감소(재생 공제)를 트레이드오프(Trade-off)의 관계로 고려했다.

또, 알루미늄 DI캔의 머터리얼 플로우에서 나타낸 재생재 중 캔 몸통용에 재이용되는 재료에 관해서는 재생재의 제조량을 단순히 사용재료의 감소량으로서 공제하고 있지만, 가스케이드 리사이클에서 재이용되는 재료에 관해서는 재생재와 버진재와의 가치 차이를 고려해 재생량을 평가했다.

구체적으로는 재생재의 평가계수로서, 알루미늄의 경우에는 1차 바탕쇠(캔 재료용 상당)와 2차 바탕쇠(기타용도 상당)의 가격비, 스틸의 경우는 박강판용 강재(캔 재료용 상당)와 철근용 봉강(기타용도 상당)과의 가격비를 이용, 실제로 재생된 중량에 이 평가계수를 곱한 값의 버진재가 절약된 것으로서 평가했다. 이 수법을 이용해, 각종 리사이클에 사용되는 재료가 일정 기준으로 평가할 수 있도록 돼, 리사이클의 실시가 환경부하에 미치는 영향이 종합적으로 평가 가능하게 된다고 생각된다.

(2) LCI 분석의 실시

표 계산소프트를 이용해, 원단위, 원재료, 소재, 용기제조, 수송, 폐기·리사이클 등에 관한 데이터를 단계적으로 관련져, 원단위 데이터의 변경이 최종 제품의 환경부하 값에 반영되도록 작성한 파일형식의 소프트를 이용, 이하의 조건을 기본으로 구축법에 의해 환경부하의 계산을 했다.

(3) 대상 범위

음료용기의 라이프사이클 스테이지 중, 내용물에 의존하는 비율이 큰 음료제조, 음료충전, 저장·소비를 제외한 원료 채굴, 재료 제조, 용기 제조, 용기 수송, 폐기, 리사이클을 평가 대상으로 했다. 환경부하항목으로서는 에너지소비, 이산화탄소, 유황산화물, 질소산화물 배출량을 평가했다. 여기에서는 대표적인 값으로서 에너지소비량에 관한 결과를 나타냈다.

(4) 데이터의 수집

이하에 나타내는 조건을 기본으로 해서 데이터의 수집을 했다.

① 각종 소재, 에너지원 등의 환경부하 원단위는 전력 원단위, 공정 원단위 등의 일부를 현상에 어울리도록 보정했다.

② 용기 제조공정에 관해서는 주로 자사 데이터를 이용했다.

③ 리사이클에 관해서는 공표된 자료에 기초해 리사이클률, 각 용도로의 재생 이용률 등을 정했다. 재생재 사용에 의한 환경부하 저감효과에 관해서는 전술한 평가계수를 설정, 각 환경부하 항목에 재생량과 평가계수를 곱한 후에 전체의 환경부하에서 공제했다.

(5) 결과 및 고찰

그림6에 금속캔의 에너지 소비량에 미치는 리사이클률 및 캔재료(또는 동등한 용도)로의 재생 비율 영향을 나타냈다. 캔 종류에 따라 그 정도는 다르지만, 리사이클률의 증가에 따른 에너지 소비량이 감소하고, 또 캔재료로의 재생비율도 큰 영향을 지니며, 환경부하 저감을 위해서는 중요한 파라미터인 것을 알 수 있다.

알루미늄 DI(ADI)캔과 스틸 DI(SDI)캔을 비교한 경우, 리사이클의 실시에 의한 환경부하 저감효과를 알루미늄 DI캔의 쪽이 크고, 리사이클을 고려하지 않는 경우에는 알루미늄 DI캔의 환경부하 쪽이 크지만, 리사이클률이 높게 되면 그 우열이 역전되는 것을 알 수 있다.

이것은 알루미늄 소재의 경우에는 재생소재의 제조에 필요한 에너지량이 버진소재 제조시의 약 3%정도로 상당히 작은데 대해, 스틸 소재의 경우는 그 값이 약 26%인 것이 주요한 원인이다.

또 알루미늄캔의 경우에는 캔 뚜껑에 사용되고 있는 알루미늄재도 동시에 재생 이용되기 때문에 재생 중량이 캔 몸통만의 경우보다 크게 되는데 대해, 스틸캔의 경우에는 캔 뚜겅의 알루미늄재는 재이용되지 않는 것도 양자의 리사이클에 의한 효과 차이의 한 요인이 되고 있다.

스틸캔의 알루미늄 뚜껑에 관해서는 스틸의 재생시에 강철의 탈산소제 또는 승온제(열원)로서 작용하기 때문에 이것들의 효용도 고려해야 하는 것이라는 견해도 있어, 금후 검토과제가 되고 있다.

또 스틸캔의 재생처리에 앞서 뚜껑 부분만을 잘라내고, 별도 알루미늄재로서 재생 이용하는 시스템도 제안되고 있으며, 금후 기술진보의 여하에 따라서는 LCA 평가에 포함시킬 필요도 나오는 것이라 생각된다. 그림7에 현상 시나리오(리사이클률 및 각 용도로의 이용 비율)에 따라서 계산한 알루미늄 DI캔, 스틸 DI캔의 공정별 에너지 소비량을 나타냈다.

두 가지 캔 종류 모두 재료 제조공정에 관계되는 에너지소비가 가장 크고, 다음으로 용기 제조공정, 리사이클공정의 순으로 되고 있다. 또 알루미늄 DI캔에서는 재생재의 이용에 의한 공제가 특히 크고, 이것을 고려한 종합적인 에너지소비량은 알루미늄 DI캔에서 1.82MJ/캔, 스틸 DI캔으로 1.95MJ/캔이 되며, 알루미늄 DI캔 쪽이 약간 우수한 값이 나왔다.

3. 결론

본류(本流) 리사이클과 캐스케이드 리사이클을 각각 다른 중량으로 평가하는 수법을 개발, 알루미늄 DI캔 및 스틸 DI캔의 LCI 분석을 했다.

그 결과, 금속캔의 환경부하 저감을 위해서는 리사이클률의 향상 및 본류 리사이클로의 이용비율을 증가시키는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다.

또 알루미늄 DI캔과 스틸 DI캔의 비교에서는 알루미늄 DI캔 쪽이 리사이클의 영향을 크게 받는 것을 알았다. 그 원인으로서는 버진소재와 재생소재의 제조시 에너지 소비량의 비율이 알루미늄의 경우는 스틸에 비해 상당히 적고 알루미늄 DI캔에서는 뚜껑의 알루미늄재도 재생 이용되고 있는데 대해, 스틸 DI캔의 경우 현상에서는 알루미늄 뚜껑의 유효이용이 평가되고 있지 않는 것이 큰 원인이라고 판단된다.