제473회 21세기 장성 아카데미(2005. 12. 23)

Why Not Eco-Design?

(친환경디자인, 더 이상 선택이 아닙니다.)

남 궁 은 교수

- 명지대학교 -

주요 학력 및 경력

▲ 1951년  충남 공주 生

▲ 1973년  서울대 토목공학과 졸

▲ 1982년  美 일리노이대 환경공학 석사

▲ 1985년  美 일리노이대 환경공학 박사

▲ 1985년  美 일리노이대 박사후 연구원(Post Doctoral Fellow)

▲ 1986년  美 Procter&Gamble 본사 R&D 책임연구원, 수석연구원

▲ 1991년  Procter&Gamble 아시아․태평양지역 환경부문

총책임자(부본부장) 겸 R&D 부본부장

▲ 1998년  국제환경독성화학회(SETAC) 아시아․태평양지역 부회장

▲ 2000년  환경부 상하수도국장

▲ 2001년  한국상하수도협회 부회장

▲ 2000년  지속가능발전위원회 수자원 분과위원

▲ 2003년  국가과학기술자문위원회 자문위원

▲ 2003년  한국건설기술연구원 연구위원

▲ 2004년  대한환경공학회 하수도분과위원장(現)

▲ 2004년  명지대학교 환경생물공학과 교수(現)

▲ 2004년  대한상하수도학회 상하수도 LCA 연구회 회장(現)

▲ 2004년  환경부 Eco-STAR Project : 수처리선진화사업단 단장(現)

▲ 2006년  한국전과정평가학회 회장(現)

▲ 2006년  한국막학회 부회장(現)

Why Not Eco-Design ?

(친환경 디자인, 더 이상 선택이 아닙니다.)

1. 들어가며

환경 문제의 심각성에 대한 인식이 선진국을 중심으로 전세계로 확산되기 시작한 것은 이미 오래 전의 일이 되었다. 이러한 인식의 변화는 소비자, 환경단체, 기업 및 정부 간의 협의를 거치면서, 지속가능한 개발 및 소비(sustainable development and consumption)을 위한 국제협약, 정부규제 혹은 시장에서의 요구 등으로 나타나고 있다.

이러한 세계적인 흐름들이 국가적 관점에서 보면 무역상 기술장벽으로 작용할 것이며, 이에 대비하지 않는 기업들은 큰 피해를 보던지, 또는 심지어 시장에서 도태될 수 있다는 사실에 주목할 필요가 있다.

한예로, 지난 2001년 11월 일본의 소니 사가 오락용 게임기인 '플레이스테이션 I'을 네덜란드에 수출할 때 게임기의 컨트롤러와 본체를 연결하는 케이블 피복재에서 카드뮴이 기준치를 초과하는 일이 벌어졌다. 그 결과 게임기 1백50만대가 리콜되었던 사건은 대표적인 사례라고 볼 수 있다. 이 사건으로 약 130억엔의 매출 영향을 받은 소니 사는, 이후에 에코디자인 관련 체계를 한층 강화하는 한편, 2003년 '그린 파트너(green partner)'라는 녹색구매 시스템을 도입, 추진함으로써 국내 납품 업체들에게까지 그린 파트너 인증을 받도록 하는 등 실질적인 영향을 미치고 있는 실정이다.

최근 대한상공회의소에서는 지난 2001년 대(對) EU 수출액 196억 달러의 70%에 달하는 124억 달러가 환경규제 적용대상이었다는 사실을 발표한 바 있다. 단계적으로 EU 전체에 적용될 환경관련규제가 실제로 발효되면 제2의 소니 사례가 속출될 것은 자명한 일이다.

이처럼 환경친화적이지 못한 제품, 기업, 조직 및 소비는 더 이상 존재할 수 없는 시대가 도래하고 있다. 일본, 미국 및 EU 등 선진국의 여러 기업들은 이러한 추세에 대응하기 위하여 새로운 제품 설계방법을 모색해왔다. 이를 EcoDesign(에코디자인)이라고 하며, 오늘 강의는 이 새로운 개념인 에코디자인에 대한 소개와 필요성을 위주로 진행하고자 한다.

2. EcoDesign이란?

『1% GDP 성장은 0.6%의 GDP를 수반한다』라는 말이 있다. 여기서 첫 번째 GDP는 Gross Domestic Product 즉 우리가 잘 알고 있는 국내총생산을 의미하며, 두 번째 GDP는 Gross Domestic Pollution 국내총오염을 말한다.

이는 우리가 삶을 유지하는 필요한 어떤 제품을 생산하고 소비할 때 필연적으로 오염물질이 발생을 한다는 의미이다.(그림1)

그림1

인류는 산업혁명이후 놀라운 기술발전과 인구 증가를 이룩하였으나, 품질, 비용등 사업성만을 고려한 결과, 산업화의 부산물로 인한 환경오염으로 다시금 우리의 생존을 위협받게 되었다.

그 이후 서두에 언급한 것처럼 선진국을 중심으로 환경을 고려하여 제품이 생산되는 전과정 동안 발생하는 환경영향을 사전에 예방하거나 개선하기 위한 고려나 노력을 제품 설계시부터 적용하기 시작했는데 이를 EcoDesign이라 한다.

통상적인 제품의 제조 생산과정은 R＆D → Product → Marketing/Sales등의 단계를 거치게 되는데(그림2), EcoDesign은 제품개발 초기인 R＆D단계에서부터 Production 및 Marketing/Sales에 이르는 제품 전과정(life cycle)에 걸친 환경측면을 다른 품질, 가격 등 경쟁요소와 함께 고려함으로써 종국에는 환경경제적으로 우수한 제품을 설계하는 개념을 의미한다.

그림2

따라서, 제품을 개발하고자 할 때 생산공정 및 유통과정에서 Energy를 절약하고, 자원 및 물을 절감할 수 있는 환경친화적인 제품을 디자인하여, 경제성도 확보하고, 환경성도 제고하는 개발을 의미하는데, 더 쉽게 얘기하면 지구환경에 주는 부하의 총량을 극한도로 억제하는 것을 전제로 설계하는 것이다. (그림3)

소위 DFE(Design For Environment)라고도 할 수 있다.

그림3

예를 들면 보다 소형화, 경량화 하는 것을 통해 소재의 사용량을 억제하고, 사용단계에서 에너지 및 물 사용량을 저감할 수는 없을지 혹은, 소재를 에코 material(친환경소재)로 바꾸어 자원 고갈과 폐기물처리의 문제에 대처할 있는 제품설계라 할 수 있다.

우리 일상 생활에서 매일 접할 수 있는 EcoDesign의 성공사례를 볼 것 같으면, 샴푸와 린스를 혼합한 Two in one 샴푸, Compact Detergent(농축세재), 초고속흡수 기저귀등과 각종 Refill 제품, Recycle 가능 제품(플라스틱병, 알루미늄캔 등)을 생각할 수 있다. (그림4)

그림4

3. EcoDesign 필요성

최근의 국제 환경관련 규제들을 살펴보면 고전적 접근방식(old approach)과 신개념 접근방식(new approach)의 두 가지 양상으로 구분할 수 있다. 전자는 크게 포장재, 폐기물 및 독성물질 등을 규제대상으로 제품 생산단계 이후, 즉 사후(end-of-pipe)관리에 초점을 두는 기존 환경관련 규제들을 지칭한다. EU의 전기전자제품 및 자동차 관련 법규가 그 좋은 예가 된다.

그러나 현재 입법 예정 중인 규제들은 이와는 다른 양상을 띄고 있다. 제품 제조이전 단계, 즉제품 계획 및 설계 단계에서부터 규제를 가하는 것이다. 이는 EU의 기존 EEE 법규 초안"Working paper for a directive of the European Parliament and of the Council on the impact on the environment of electrical and electronic equipment(EEE)"과 같은 것이 좋은 예라 할 수 있다.

또한 앞으로의 환경정책의 근본개념으로 적용될 통합제품정책(Integrated Product Policy; IPP)의 기본정신 역시, 제품 자체에 대한 사전적 예방측면의 부각이라 파악할 수 있다. 이는 미래의 환경관련 규제 성격이 "제품 설계의 초기단계서부터 환경적 측면을 고려하여 통합한다"는 EcoDesign의 기본 개념에 부합하며, 동시에 기업의 EcoDesign 도입이 앞으로 다가올 어떠한 형태의 환경관련 규제에 대해서도 능동적으로 대처할 수 있게 됨을 강력하게 시사한다.

또한 이를 통해 자원, Energy, 물의 절약에 따른 경제성이 뛰어나면서 환경성도 높일 수 있으며, 더 나아가 국가적으로 환경의 질을 개선하게 된다. 또한 궁극적으로는 국민의 삶의 질까지도 향상 시킬 수 있다. (그림5)

그림5

4. EcoDesign의 활용기법

EcoDesign을 도입하기 위해서는 통상 LCA(Life Cycle Assessment) 즉, 전과정평가라는 환경영향 평가 기법을 이용한다.

전과정평가는 특정 제품(서비스 포함)의 전과정 즉, 원료 획득 및 가공, 제조, 수송, 유통, 사용, 재활용, 폐기물 관리 과정 동안에 소모되고 배출되는 에너지 및 물질의 양을 정량화하여, 이들이 환경에 미치는 영향을 총체적으로 평가하고, 이를 토대로 환경개선의 방안을 모색하고자 하는 객관적이며 적극적인 환경영향 평가방법이며(그림6), 특징은 다음과 같다.

그림6

첫째, LCA의 대상은 제품, 서비스, 정책 등 환경과 관련된 매우 광범위한 인간행위를 대상으로 한다. 본래 LCA는 제품의 환경성을 평가하려는 관리도구로 시작하였으나 서비스나 정책을 평가하는 도구로도 사용되고 있다.

둘째, LCA는 특정한 과정에 편중되지 않고, 전과정을 대상으로 평가를 실시는데,

환경문제를 해결하는데 있어서 기존에 진행되었던 매체별 접근방식은 많은 한계를 가지고 있다. 그러므로 본질적으로 환경문제를 해결하고자 하는 사람에게는 LCA와 같이 통합적으로 문제를 파악하고자 하는 노력이 필요하다.

셋째, LCA는 환경부하를 객관적으로 정량화하려고 한다.

넷째, LCA평가의 목적은 환경개선 방안의 도출이다.

즉, 이 전과정평가를 통해 제품의 원료채취, 제조, 사용 및 폐기처리에 이르는 전 과정에 걸쳐 소모되고 배출되는 물질과 에너지의 양을 정량화가 가능하며 이들이 환경에 미치는 영향을 평가하고 환경개선의 방안이 도출되어 기업이 환경, 경제적으로 우위에 있는 제품을 개발하고 환경친화적 공급망 관리를 통한 기업경쟁력을 확보할 수 있게 된다.

또한 기업뿐만 아니라 수처리관리정책, 사업장폐기물 감량화, 포장재 재활용 등 공공부문에서도 활용의 가치가 높다.

일례로 LG반도체는 97년 16M DRAM에 대해 Detailed LCA를 수행하였다. 전과정 해석결과 전체적인 영향은 그리 높지 않으나, 그 중 사용단계에서 전기사용에 의한 영향이 가장 큰 것으로 나타났다.

따라서 저전력 소자 개발을 통해 사용단계에서의 영향을 감소시켜 왔으며, 저전력 소자 연구/개발을 계속하고 있다. 또한 FAB 관련 전기 사용량을 줄이기 위해 에너지 프로젝트 등 다방면에서 활동을 전개하고 있으며, 각 공정의 영향물질에 대해서도 개선 프로그램에 등록해 대체, 사용량 저감, 재활용, 최적처리 등 다각적인 연구 및 개선활동을 펼치고 있다.

사례 한가지를 더 소개하면 공공 및 서비스분야에서도 적용이 가능한데 통합징수 system 도입으로 가스, 전기, 수도요금등으로 각기 발행되는 납부영수증을 통합영수증 한 장으로 종이 사용량을 줄일 수 있었으며, 이동식 증기세차기를 사용하면 세차기 사용되는 물의 사용량이 40ℓ에서 2ℓ로 획기적으로 줄일 수 있었는데, 이는 LCA를 적용에 따른 성과이다. (그림7)

그림7

4. 수처리분야의 EcoDesign

수처리분야에 EcoDesign은 다음과 같이 적용할 수 있다.

기존 하수처리장의 대표적인 공법인 활성슬러지공법은 “하수유입→침사지→1차침전지→생물반응조→2차침전지→방류”로 구성이 되며, 하수는 1차침전지에서 고형물이 제거된 후 포기조에서 용해성 유기물질이 활성 슬러지에 의하여 세포질로 전환된다.

활성슬러지는 2차 침전지에서 고액분리되어 상등수는 방류 또는 고도처리 된다.

분리된 활성슬러지 일부는 반송되고 나머지는 잉여슬러지로서 처리된다.

활성슬러지 공정에 의한 용해성 유기물질의 제거는  ①흡착(생물학적 응집), ②물질대사, ③ 고액분리의 3단계로 요약할 수 있다.(그림8)

그림8 하수처리장 계통도

그러나 활성슬러지공법은 방대한 에너지와 부지를 소요로 한다. 서울시 하수처리장의 예를 들면 중랑, 탄천, 서남, 난지 처리장에서 580만톤/일을 처리하는데 무려 96만평이란 어마어마한 부지를 필요로 하고 있다. 이는 골프장 (18홀)이 약 20만평으로 알려져 있는데, 인구 과밀집지역인 서울시내에 골프장이 5개나 위치하고 있는 셈이다.(그림9)

그림 9

하수처리장은 인구집중지역 내에 존재하게 되어 시설확장과 개조-개량시 필요한 부지문제가 심각한 수준에 이르고 있는 실정이다. 부지문제와 전체 확장-개량에 소요되는 예산에서 토지가 차지하는 비용이 커지게 되어 결과적으로 공정선정에도 영향을 주고 있다.

또한 수질에서도 활성슬러지법공법은 2차처리 즉, 유기물만을 제거할 수가 있어, 그동안 정부에서는 질소․인을 동시에 제거하기 위해 추가로 시설개선을 하였으나, 전체 시스템을 고려하지 않고 포기조의 개조 및 별도 시설 추가를 통하여 달성되어 질소․인은 일부 처리가 되었으나, 부지 및 에너지사용량은 더욱 더 증가하는 문제를 안게 되었다.

또한 자료에 의하면 이렇게 시설개선을 하였음에도 불구하고, 2008년부터 강화될 수질기준(BOD 10 mg/ℓ, SS 10 mg/ℓ, T-N 20 mg/ℓ, T-P 2 mg/ℓ 이하)을 만족시킬 수 없는 하수처리장은 우리나라 전체 201개중 170개소에 불과하다

EcoDesign을 적용한 하수처리공법 개발을 위해서 LCA평가를 통해 도출된 개선방안을 도출한 결과 다음과 같은 기술개발의 필요성이 제기되었다.

첫 번째로, 부지문제를 해결하는 방안으로 ① 효율을 높여 부지를 줄이는 방법, ② 단위공정을 compact하게 설계하는 기술, ③ 단위공정을 제거하는 방법, ④ 지상 구조물을 지하화 하는 방법이 있다. 집적화 부분은 기술적인 공법개발과  함께 설계/시공/유지관리 기술도 중요하다

그림 10 기존 하수처리공법과 EcoDesign을 적용한 신규하수처리공법의 비교

두 번째 강화되는 수질기준의 준수 및 오염물질 총량규제에 대처하기 위해서는 하수처리시스템의 효율 극대화가 필요하며, 이를 위하여 기존 처리시스템의 혁신, 집적화, 에너지 회수 및 슬러지 저감 등이 도출되었다.

좀 더 세부적으로 살펴보면, 신규 처리장을 신축시의 기술은 일단 배제를 하고, 기존 시설의 Retrofitting을 통한 효율을 배가시키기 위한 기술로는 1차 및 2차 침전지의 개량, 반응조에서 산소전달율 향상, 모래여과 위주의 후단처리시설 개량, 농축조 및 혐기성 소화조의 개선 등이 필요하다. 처리장의 지역별, 원수특성별 유입원수에 따른 합리적인 운영․관리의 자동화시스템도 개선되어야 할 점으로 판단되었다.

이 도출된 인자들에 대한 기술을 개발하고 하수처리 개선사업에 적극 반영한다면, 기존 처리장과 비해 고효율, 다기능, 고형물저감, 집적형이 가능할 것이다.(그림11)

그림 11

이를 통해 확보된 부지는 공원이나 숲으로 인근 시민들에게 되돌려질 것이며, 유지비용이 절감되어 세금의 절세가 가능해 지며, 고형물저감에 따른 슬러지 부하가 적어져 악취가 감소되어 더 이상 하수처리장이 혐오시설의 오명에서 벗어나 국민의 삶의 질 개선에 일조할 것이다.

이는 상수분야에서도 동일하게 적용이 가능하며(그림12), 이렇게 확보된 최신의 상·하수처리기술은 대외경쟁력을 갖고 해외진출도 가능이 가능할 것이고, 더 나아가 물산업이 국가전략사업으로 육성될 수 있을 것이다.

그림 12

5. 맺는말

최근 수처리시장의 개방화와 함께 서두에 언급한 지속가능한 개발 및 소비를 위한 국제적 협약 및 장벽을 이용하여 다국적 수처리기업들이 세계시장진출을 가속화하고 있다.

이에 우리는 해외 선진기업들의 국내시장 잠식에 대응하고 국외시장을 개척하기 위하여 EcoDesign을 적용한 세계적 수준의 첨단기술을 개발하고 상용화해야할 필요성이 매우 크다.

이를 성공적으로 수행한다면 하․폐수 및 상수 분야에서 국가경제, 산업경제 측면에서 엄청난 경제적인 효과를 창출할 수 있을 것으로 분석된다.

또한 비용 절감효과, 시장창출효과, 수입대체효과 측면에서 획기적인 경제적

성과를 보여줄 수 있을 것으로 기대가 되는데, 이렇게 수처리분야가 국민소득 2만불을 넘어 우리나라가 조속히 선진국 대열에 합류하기 위한 신성장동력이 되길 희망하며, 강의를 마치도록 한다.