종이팩 포장재는 크게 살균팩(Gable top carton)과 멸균팩(Aseptic carton)으로 구분할 수 있는데, 현재 종이팩 재활용 공정에서 가장 중요한 문제는 알루미늄 호일이 첩합된 종이팩이 화장지를 제조하는 재활용 공정에 유입될 경우 제품의 품질에 문제가 생길 수 있다. 최근에는 종이팩 상단의 마개나 종이팩 옆면의 스트로우 합성수지와 같은 성형구조물을 부착한 포장용기가 많이 판매되고 있는데, 이러한 성형구조물은 재활용에 방해가 되는 요인 중의 하나이다. 이와 관련하여 환경부는 2014 '포장재 재질 구조 개선 등에 관한 기준'을 고시하면서 재활용이 용이한 포장재(1등급), 재활용이 어려운 포장재(2, 3등급)로 구분하여 포장재 설계 시 가이드라인이 될 수 있도록 관련 지침을 발표하였다. 종이팩 몸체의 알루미늄 첩합(2등급)을 실리카 증착 등 투명필름 차단제(1등급)로 변경 시 재활용 공정 중 선별 작업의 효율화 및 재활용 수율의 증가를 통해 재활용 경제성을 증가 및 재생제품의 품질을 향상시키는 파급효과가 예측되었다. 또한 종이팩의 잡자재를 합성수지 성형 구조물(2등급) 사용을 제외할 시에도 펄프 회수율 상승과 재생 원료의 품질을 향상, 재활용 공정 중 선별 작업의 효율화를 통해 재활용 경제성을 증가시킬 것으로 예측된다.
본 연구는 한국의 환경투입산출모형을 이용하여 유독물질 및 발암물질의 산업별 배출강도와 배출량 변동에 대한 경제적 요인을 분석하고, 배출 감축을 위한 정책조합을 제시한 것이다. 분석에 이용된 자료는 2000년~2007년의 산업별 화학물질 배출량과 산업연관표 자료이다. 분석결과, 동기간 중 발암물질의 배출은 감소하였으나, 유독물질의 배출은 증가하고 있다. 유독물질의 총배출 강도가 높은 산업은 출판인쇄 및 복제(12), 기타운송장비(26), 펄프종이 및 종이제품(11), 가죽가방 및 신발(9), 섬유직물(7) 등이며, 발암물질의 TEI가 높은 산업은 목재 및 나무제품(10), 자동차 및 트레일러(25), 고무 및 플라스틱제품(15), 영상음향 및 통신장비(23) 등이다. 유독물질과 발암물질의 변동에 크게 기여한 경제적 요인은 생산 과정에서의 배출계수 관리와 수요면의 최종수요 요인으로 나타났다. 배출량을 효율적으로 감축하기 위한 정책 수단의 조합은 물질군별로 산업부문별로 상이하게 나타난다. 섬유직물(7), 컴퓨터 및 사무용기기(21), 운송장비(26) 등은 배출계수를 관리하는 것이 효율적이며, 조립금속제품(18)은 최종수요를 관리하는 것이 효율적이다. 배출계수 관리가 이루어지고 있는 가구 및 기타제조업(27), 고무 및 플라스틱(15)은 최종수요 관리가 적극 추진되어야 하며, 자동차(25), 코크스석유정제(13), 1차금속(17), 화학(14)은 배출계수 관리와 보조적인 최종수요 관리가 요구되는 부문이다. 이러한 정책 조합은 인체유해 화학물질 감축을 위한 환경정책의 수단에서 산업부문별 물질군별 우선순위를 결정하는 근거가 될 수 있다.
펄프 및 제지산업에서 목재의 셀룰로오스 성분 활용 후 남는 부산물인 크라프트 리그닌(kraft lignin)은 촉매적 저분자화 공정을 통해 바이오연료나 고부가가치 페놀 단량체로 전환될 수 있다. 본 연구에서는 크라프트 리그닌의 효율적인 저분자화를 위한 촉매로 수소화 금속 및 산-염기점을 동시에 지니는 Ru-Mg-Al-oxide 복합 촉매를 제조하고, 리그닌 분해 성능을 평가하고자 하였다. 촉매 내 다양한 활성점들(산점, 염기점, 수소화 금속)이 리그닌 분해 반응에 미치는 영향을 파악하기 위해 MgO, Mg-Al-oxide, Ru-Mg-Al-oxide의 세 가지 촉매를 제조하여 초임계 에탄올 용매 상에서 리그닌 분해 반응을 수행하였고, 리그닌 분해 성능은 바이오오일(bio-oil) 수율 및 분자량, 그리고 페놀계 단량체 수율을 통해 평가하였다. 그 결과, Ru-Mg-Al-oxide 촉매가 다양한 활성점들의 시너지 효과로 인해 가장 높은 수율의 바이오오일 및 페놀 단량체들을 생산한다는 것을 확인하였다. Ru-Mg-Al-oxide 촉매 상에서 분해 효율을 최적화하기 위해 다양한 반응 조건(온도, 시간, 촉매양)에 따른 분해 효율을 평가하였고, 최종적으로 반응온도 350 ℃, 리그닌 대비 촉매 비율 10%, 4 h 반응을 통해 72%의 높은 바이오오일 수율과 무촉매 대비 3.5배 이상 증가한 페놀 단량체를 생산할 수 있었다.
리그닌은 펄프나 제지공장에서 나무의 화학적 처리를 하는 과정에서 생성되는 주요한 부산물이다. 이런 리그닌은 난분해성 물질로서 제지폐수의 생물학적 처리에 어려움을 초래하며, 특히 함량이 높을 경우 혐기성 소화에서 억제(inhibition) 물질로 작용하는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 회분실험을 통하여 혐기성 소화에서 온도와 혐기성 소화 슬러지의 양에 따른 고분자 활엽수 리그닌(lignosulfonate, MW $\geq$ 20,000)의 영향을 관찰하였다. 고분자 활엽수 리그닌은 혐기성 소화 초기에는 메탄생성에 강한 억제작용을 하였으나 일정한 시간이 지난 후에는 이런 억제작용은 사라지고 메탄생성이 정상적으로 이루어졌다. 즉, 고분자 활엽수 리그닌은 aceticlastic methanogen에 대해 bacteriocidal 작용보다는 bacteriostatic 물질로서 작용하였다. 리그닌이 첨가되지 않은 대조군의 경우에는 메탄생성이 10일간 이루어지는데 반하여 1.3%, 2.6%와 3.9%의 리그닌이 첨가된 경우에는 같은 양의 메탄올 생성하는데 각각 14.5일, 17.8일 과 21.1일이 소요되었다. 2.6%의 리그닌을 첨가한 경우 초기 8일간은 $30^{\circ}C$ 조건에서의 메탄생성속도가 가장 컸으나 12일째부터 $40^{\circ}C$에서의 메탄생성속도가 급속히 증가하여 14일 후에는 총 메탄생성량이 $30^{\circ}C$를 초과하였다. 그러나 $50^{\circ}C$에서는 줄곧 메탄생성이 거의 이루어지지 않았다. 즉, aceticlastic methanogen에 대한 리그닌의 억제작용을 중온 (mesophilic)보다 고온(thermophilic)에서 더 컸다. 리그닌에 의한 이런 억제작용은 또 리그닌의 양(L)과 초기 혐기성 소화슬러지의 농도(AnS)의 비와 중요한 관계가 있었다. L/AnS의 비가 작으면 작을수록 이런 억제작용은 감소되는 것으로 나타났다. 그리고 본 실험에서 고분자 활엽수 리그닌의 분해와 탈색은 이루어지지 않았다.
대나무류(類)는 열대방지(熱帶方地)에서 총생(叢生)하는 대형(大型)의 대나무가 많고, 온대(溫帶)가 되면 소형(小型)의 세류(笹類)로 퇴화(退化)하여, 그 종류(種類)는 세계(世界)에 50속(屬) 1,000여종(餘種)이나 있다고하여 그 종류수(種類數)는 대단(大端)히 많다. 이와 같은 대나무는 동양(東洋)에서는 건엽용(建葉用)과 공예용(工藝用)으로 이용(利用)되고있으며, 또한 죽순(竹筍)은 식용(食用)으로서 특유(特有)한 맛이있어 상용(賞用)되고있을 뿐만아니라 최근(最近)에는 세류(笹類)의 액즙(液汁)이 암(癌)에도 효과(効果)가 있다고 하여 중요(重要)한 산업(産業)으로서 발달(發達)하게되었다. 그리고 동남아(東南亞)에서는 삽목(揷木)으로서 용이(容易)하게 증산(增産)하여 pulp재(材)로 사용(使用)하게되여 대단(大端)히 중요시(重要視)하고있다. 이와같이 대나무는 인류생활(人類生活)에 필요부가결(必要不可決)한 목본식물(木本植物)이지만 아직까지 그 형태(形態)의 분류(分類)가 명확(明確)하게 되어 있지 않고 지연되여 있는 형편이다. 18세기(世紀) 중반기(中半期)의 Linne시대(時代)에 들어와서 생식기관(生殖器管)을 주체(主體)로 한 그 형태(形態)의 분류체계(分類體系)가 만들어진 이래(以來) 수정(修正)이 거듭되여온 바 있으나 대나무는 개화(開花)가 일정(一定)한 주기(周期)가 있어서 60-120년(年)의 기나긴 세월(歲月)이 소요(所要)되기 때문에 그의 형태적(形態的) 분류체계(分類體系)를 완성(完成)하는일은 극(極)히 어려운 일이었다. 오늘날까지 대나무에 관(關)한 많은 문헌(文獻)이 있기는 하나 그 시료(試料)가 적기때문에 불확실(不確實)한 기재(記載)도 많이있었고 속(屬)이 변경(變更)된것도 간혹(間或)있어서 그것을 공인(公認)할수 없는 것이 많이 있다. 그래서 내부(內部)의 형태적(形態的)인 분류(分類)에 관(關)하여는 근년(近年)에 이르러 중국(中國)의 Liese씨(氏)에 의(依)하여 겨우 시작(始作)이 되였으며, 또한 독일(獨逸)의 Grosser씨등(氏等)이 유관속(維管束)의 형태(形態)에 착안(着眼)하여 새로운 형태(形態)의 분류(分類)를 시도(試圖)한바있다. 그러나 이들의 이 형태(形態)에 관한 분류(分類)는 Holttum의 자방(子房)의 형태(形態)에 의(依)한 분류(分類)와 밀접(密接)한 관계(關係)가 있는것 뿐이었다. 따라서 필자(筆者)는 유관속초(維管束鞘)의 형태(形態)에 의(依)해 자유중국산(自由中國産)의 대나무 11속(屬) 26종류(種類)를 재료(材料)로하여 대나무의 형태(形態)에 관(關)한 분류체계(分類體系)에 대(對)하여 재고(再考)를 시도(試圖)하여 보았다. 그 결과(結果) Grosser씨(氏) 등(等)의 형태(形態)의 분류(分類)와 일부(一部)는 일치(一致)하였으나, Bambusa와 Dendrocalamus는 분류(分類)하기가 곤란(困難)하였던 것을 고립유관속초(孤立維管束鞘)의 존부(存否)로서 명확(明確)히 구별(區別)할수있었고 또한 종류(種類)가 많은 Bambusa를 2개(個)의 형(型)으로 나눌수가 있었다. 따라서 이 결과(結果)는 앞으로 아속(亞屬)이나 혹(或)은 절(節)로서의 분류(分類)로서 고려(考慮)되여야 할 문제(問題)라고 생각한다. 왜냐하면 이 근거(根據)는, 죽간(竹稈)의 최외층(最外層)에서 최내층(最內層)으로 향(向)하여 변화(變化)하고있는 형태(形態)에 착안(着眼)하여, 그 분화적(分化的)인 면(面)을 관찰(觀察)하였기 때문이다. 이 형태적(形態的)인 분화(分化)에 관(關)한 관찰(觀察)은 형태분류(形態分類)의 철칙(鐵則)인 "간단(簡單)한 것에서 복잡(複雜)한 것으로 진화(進化)한다"라고하는 철칙(鐵則)에 있어서도 충분(充分)히 조사(調査)하여 보았는데, 그 결과(結果)는 생식기관(生殖器官)의 형태적분류(形態的分類)와 대조(對照)하여 결정(決定)되어야 할 것이며, 금후(今後)의 문제(問題)로서 계속연구(繼續硏究)할까 생각한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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