최근 화재로 인한 사회·경제적 손실과 국민들의 불안감이 높아지고 있는 가운데 현무암 가공 중 발생하는 산업부산물인 폐석이나 석분슬러지를 활용해 불에 타지 않는 단열재인 미네랄울을 생산할 수 있는 기술이 개발돼 눈길을 끌고 있다.
특히, 고부가가치의 자원순환(up-cycling) 제품으로 평가받고 있는 이 기술은 현재 폐기물관리법상 산업폐기물로 분류돼 있는 현무암의 폐석과 석분슬러지의 처리 방안 해결과 환경부하 저감에도 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.
KCL 벽산 세라믹기술원 포항과학연 등 참여
건축용 내화단열재 개발 시제품 생산에 성공
건물화재 지연 등 인명피해 최소화 제품 평가
지난 4월 이천 물류창고 화재 사고의 경우 화재 원인으로 가연성 소재로 화재 시 유독가스를 배출하는 우레탄폼 단열재가 꼽히고 있다.
이 같은 추론은 2008년 이천 냉동창고 화재 당시에도 스티로폼과 우레탄폼 단열재가 내장된 샌드위치 패널이 주요 원인으로 지목됐기 때문으로 해석되고 있다.
따라서 최근 급속한 화재 확산과 유독가스를 배출하는 가연성 단열재 사용으로 인한 문제 해결을 위해 건축자재의 난연성능에 대한 규제가 강화되고 있는 시점에 제주도 환경오염의 원인 중 하나인 현무암 폐기물을 재활용한 불연 단열재가 개발돼 이목을 집중시키고 있다.
제주도 내 대표암석인 현무암은 원석 가공 중 산업부산물인 폐석이나 석분슬러지로 다량으로 발생하고 있다. 하지만, 제주 지역 산업특성상 석분슬러지의 경우 매립장 포화로 지역적 처리 문제에 어려움을 겪고 있는 실정이다.
현재 현무암 폐석과 석분슬러지는 ‘폐기물관리법’에서 산업폐기물로 분류돼 있어 채석장 개발 이후 석분슬러지를 현장 주변의 원지반토와 혼합, 복구토로 주로 활용되거나 폐석의 일부만이 도로포장용 쇄석골재로만 활용되는데 그치고 있다.
대부분의 석분슬러지는 분말형태로 물과 혼입된다. 이러한 석분슬러지가 방류되거나 살포될 경우 지표나 지중의 공극이 메워져 지표수의 지중 침투와 지하수 흐름, 공기 소통 등이 원활하게 이뤄지지 않아 생태계에 악영향을 미치게 된다.
한편, 최근 국내외에서의 내화법규 강화와 건축 개조 공시에 따른 무기단열재 사용 의무화로 인해 미네랄 울에 대한 수요가 증가하고 있다.
이로 인해 내화성능이 우수하고, 화재 시 유독가스가 발생하지 않는 불연 단열재인 미네랄 울 제조에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그 중 현무암 가공 시 발생하는 폐석과 석분슬러지 문제 해결과 화재로 인한 인적·물적 피해 최소화를 위한 기술이 개발돼 눈길을 끌고 있다.
이 기술은 지난 2018년부터 국토교통부와 국토교통과학기술진흥원의 지원 아래 진행 중인 ‘제주권 국토교통 지역특성화 기술개발’ 중 제주대학교를 주관연구기관으로 한 ‘제주도 현무암 산업부산물(석분슬러지) 활용 섬유 제조 및 무기내화단열재 개발’ 연구를 통해 선보였다.
이 연구에는 한국건설생활환경시험연구원을 비롯한 벽산, 한국품질재단, 한국세라믹기술원, 포항산업과학연구원 등이 공동으로 참여한 가운데 제주도 현무암 폐기물을 이용한 건축용 내화단열재 개발과 시제품 생산에 성공했다.
연구내용
제주대학교에서는 제주도 내 현무암 폐석·석분슬러지 가공을 위한 제주도 조례 등 제도적·기술적 현황파악을 비롯해 현무암 폐석·석분슬러지 원료 확보를 위한 지역별 현황조사, 지역별 원료 확보와 원광 특성 분석 연구를 수행했다.
최적의 파쇄, 탈수·건조시스템 분석·설계 연구도 병행됐다.
한국건설생활환경시험연구원에서는 미네랄 울을 활용한 무기내화단열재의 성능평가 방법론 설계 연구를, 한국품질재단에서는 현무암 석분슬러비 최적 혼합·분리, 압축성형시스템 분석·설계 연구가 이뤄졌다.
한국세라믹기술원에서는 현무암 폐석·석분슬러지를 활용한 미네랄 울 제조용 원광과 용융 특성 탐색 연구를 수행했고, 포항산업과학연구원에서는 분사장치 설계를 위한 기술적 현황과 설계안 분석, 분사장치 소재분석과 개선안 제시 등의 연구를 진행했다.
벽산에서는 시제품 공정과 운전조건 분석·평가 연구를 맡아 수행했다.
세부적으로 살펴보면, ‘현무암 석분슬러지 원료 가공기술 및 미네랄울 제조기술 분석 및 설계’ 부문에서는 현무암 폐석·석분슬러지 발생 현황과 처리공정 조사와 함께 제주도 내 위치별, 지역별 현무암 원광의 화학적, 광물적 특성 분석을 통한 현무암 폐기물 재활용에 필요한 기초자료를 구축했다.
또한, 미네랄 울 제조공정에 현무함 폐기물 투입 시 균일한 원료화를 위해 현무암 폐기물의 최적 성형과 양생 조건을 확립했다.
‘현무암 석분슬러지 원료 가공기술 및 미네랄울 제조기술 개발 및 최적화’ 부문에서는 현무암 폐기물 원료화를 위한 최적 성형과 블록화 기술을 개발하고, 실제 공정 투입을 위해 성형된 현무암 원료의 검증을 완료했다.
또한, 현무암 원료를 활용해 섬유의 물성 향상을 위한 부원료 선정과 목표 물성 구현을 위한 원료 배합설계를 진행해 섬유화 조건을 확립하는 요소 기술도 개발했다.
특히, 배합 설계를 위한 현무암의 결정상 분석과 온도 분석부터 분사장치 설계와 분사조건 제어를 통해 섬유 방사까지 성공했고, 실제 현장에서의 현무암 미네랄 울 제조 공정과 운전조건에 대한 검토도 진행했다.
‘현무암 산업부산물 활용 시제품 제조 및 성능평가’ 부문에서는 현무암 내화단열재의 성능평가를 위해 ‘KS L 9102’의 규격을 통해 적합한 목표치를 설정하고, 제주 현무암 폐기물 재생원료를 활용해 3건의 시제품을 생산했다.
이 시제품은 불연성과 가스유해성 시험을 모두 통과했으며, 강원도 삼척 소방방재연구단지 내에 위치한 한국건설생활환경시험연구원 실화재시험장에서 국제표준기구 ‘ISO 9705’ 표준에 따른 실물화재 검증시험이 진행됐다.
그 결과 뛰어난 내화성능을 지닌 것으로 분석돼 건물 화재 지연은 물론 인명피해 최소화를 실현할 수 있는 제품으로 평가받았다.
‘시제품 제작을 통한 도내 적용계획 및 사업성 검토 평가’ 부문에서는 현무암 폐기물을 활용한 미네랄 울 시제품의 공인시험 평가를 진행했다 그 결과, 국내 산업규격을 만족시키는 한편, 제품 판매 가능성도 증명했다.
또한, 국내외 산업별 표준 조사를 통해 제주도 현무암 내화단열재의 적용 방안을 검토해 다양한 산업적 활용성도 제시했다.
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현무암 무단방류 부산물 적치 해결
폐기물 재자원화 ‘새 지평’ 열다
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| 김남진 교수 |
제주대학교 김남진 교수는 “이 연구는 현무암 폐석·석분슬러지의 재활용을 통해 새로운 자원 순환기술을 개발한다는 측면에서 매우 의미가 크다”며, “특히, 이번에 선보인 현무암 부산물을 활용한 미네랄 울 단열재의 경우 그동안 문제점으로 거론되던 무단 방류와 함께 적치되는 현무암 부산물을 효과적으로 저감시키는 한편, 무엇보다 화재로부터 국민들의 보다 안전한 주거환경 제공을 실현할 수 있다”고 밝혔다.
실제로 이번에 선보인 핵심기술들이 확대, 보급될 경우 현무암 폐기물 재자원화의 새로운 지평을 열 것으로 기대를 모으고 있다.
특히, 건축물의 화재 안전성에 대한 경각심이 고조되고 있는 가운데 국민들의 화재에 대한 불안감 해소에 크게 기여할 것으로 전망된다.
해외 선진 단열재 성능과 유사 ··· 기존 설비서 생산 가능
김 교수는 “제주도 내 현무암의 화학적, 광물적 조성에 대한 분석을 위치나 지역별로 구축해 향후 현무암 폐기물 배합 시 첨가할 광물의 종류와 양을 결정할 수 있는 핵심 자료가 될 것”이라고 말했다.
이어 “특히, 이번에 개발한 미네랄 울은 현무암 부산물로 생산한 재생원료를 활용할 수 있는 기술로, 기존의 생산 설비에서 생산 가능한 높은 내화성을 지닌 무기섬유단열재”라며, “이 단열재는 해외 선진 단열재와 유사한 성능을 발현하는 동시에 높은 내화성능을 갖고 있어 건축물은 물론 내화성능을 요구하는 다양한 분야에 적용할 수 있다”고 강조했다.
이처럼 탁월한 성능을 갖는 현무암 섬유의 장점을 극대화시키기 위해 김 교수는 향후 추가연구의 필요성을 강조했다.
김 교수는 “이번 연구단 과제에서 다루지 못한 새로운 현무암 섬유의 개발이나 이번 연구결과를 활용해 거주지 안전은 물론 선박이나 우주항공 분야와 같은 방대한 범위에 적용하는 등의 실증 연구가 진행돼야 한다”고 제언했다.
한편, 김 교수는 “국민들의 안전과 환경개선을 위해 폐기물의 자원 순환 부분과 관련된 법과 연계한 연구개발과 기술 확보가 조속히 이뤄져야 한다”며, “폐기물 자원 순환도 폐기물의 처리나 에너지화에 대한 기업 지원도 개선해야 할 과제”라고 강조했다.
실제로 폐기물처리시설은 그동안 혐오시설로 인식되면서 주민 반대 등으로 인한 사업변경이나 행정절차가 지연되는 등 다양한 이유로 사업 추진이 지연되는 사태가 발생하며, 폐기물 처리시설 확충에 어려움이 따르고 있는 실정이다.
이어 “따라서 폐기물 처리를 통한 환경 개선에는 주민들의 자발적인 참여를 유도해 환경에 대한 인식을 전환하는 것이 우선”이라며, “이를 위해 폐기물 처리시설 기획과 관리방안 수립에 역량을 기울여 나가겠다”고 덧붙였다.
