압축폐지 품질 신뢰성 확보를 위한 수분 검수 장비의 측정 효율 평가 연구
이광섭
1, 이철우
2, 한명훈
3‡, 류정용
4†접수일(2020년 11월 16일), 수정일(2020년 12월 9일), 채택일(2020년 12월 10일)
A Study on Efficiency of Different Kinds of Moisture Content Measurement Equipments for Enhancing Reliability of Quality of Recovered Paper Bales
Kwang-Seob Lee
1, Cheol-Woo Lee
2, Myung-Hoon Han
3‡, Jeong-Young Ryu
4†Received November 16, 2020; Received in revised form December 9, 2020; Accepted December 10, 2020
ABSTRACT
The reliability of two kinds of moisture measuring equipments were verified by comparing their test results of Korean recovered paper bale with the results of the conventional oven-drying method. As a result first, both the NIR and microwave sensor equipments were able to objectively measure the moisture content of the recovered paper bales.
However, the measuring values of some recovered paper bales that have a largely uneven moisture content had significant deviations between measured equipments. This was because the number of measurable samples was not enough in this study. It is need to accumulate the number of measurements to improve the reliability of measuring results in case of the poor recovered paper bales. Second, regardless of the storage location and
Printed in Korea http://dx.doi.org/10.7584/JKTAPPI.2020.12.52.6.64
1 강원대학교 창강제지기술연구소(Changgang Institute of Paper Science and Technology, Kangwon National University, Chun- chon, Republic of Korea), 책임연구원
2 강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과(Dept. of Paper Science & Engineering, College of Forest and Environmental Sciences, Kangwon National University, Chunchon, Republic of Korea), 학생
3 강원대학교 산학협력단 & 경영대학 경영·회계학부(University-Industry Cooperation Foundation & Division of Business Adminis- tration and Accounting, College of Business Administration, Kangwon National University, Chuncheon, Republic of Korea), 부교수
4 강원대학교 산림환경과학대학 제지공학과(Dept. of Paper Science & Engineering, College of Forest and Environmental Sciences, Kangwon National University, Chunchon, Republic of Korea), 교수
† 교신저자(Corresponding Author): E-mail: [email protected] (Address: Dept. of Paper Science & Engineering, College of Forest and Environmental Sciences, Kangwon National University, Chunchon, Republic of Korea)
‡ 공동교신저자(Co-corresponding Author): E-mail: [email protected] (Address: University-Industry Cooperation Foundation & Division of Business Administration and Accounting, College of Business Administration, Kangwon National University, Chuncheon, Republic of Korea)
1. 서 론
제지산업의 원료는 펄프와 폐지(재활용 제지자원)인데, 천연펄프의 경우 국내 자급률이 낮아 2017년 기준 전체 천연펄프 사용량의 82.6%인 2,266천 톤
1)을 해외에서 수 입하여 충당하고 있다. 따라서 우리나라의 경우 펄프의 부족을 해결하기 위하여 폐지를 재활용한 재생펄프를 활 용하고 있다. 폐지는 수거 및 분급 등의 과정을 거쳐 폐 골판지(OCC, old corrugated container), 폐신문지 (ONP, old news paper), 폐백상지(white ledger) 등으 로 나뉘어 재활용되며, 2017년 기준 제지산업 총 사용 원 료의 78.5%
1)를 차지하고 있다. 특히, 산림자원의 부족으 로 약 83%의 펄프를 수입에 의존하고 있는 우리나라 상 황에서 재활용 제지자원으로서 폐지가 갖는 의미는 매우 크다. 폐지 유통단계는 최초 배출자(가정, 사무실 등), 수 집업체(고물상), 원료업체(압축장) 그리고 제지업체로 구 분할 수 있다. 폐지의 최초 배출원은 생활권(가정), 산업 권(공장), 기타 발생처(사무실)로 나뉠 수 있는데 폐지 발 생률은 가정에서 76%, 사무실에서 12%, 공장 등에서 12%가 배출된다.
2)가정, 사무실 공장 등에서 배출된 폐 지는 고물상에 의해 수집되고 중간 처리업체로 보내져서 선별과정을 거친 후 압축·포장되어 압축 베일의 형태로 해당 지종의 용도에 맞게 주로 골판지 원지와 신문지를 제조하는 제지업체에 납품된다. 그러나 이러한 폐지는 종종 가정, 사무실, 공장 등과 같은 최초 발생처에서 용 도별로 분리가 제대로 되지 않은 상태로 배출된다. 또한, 1차 수집장소인 고물상은 그 시설이 열악하여 폐지에 수 분 및 이물질이 다량 포함되어 있다. 이처럼 배출 및 수 집단계에서 선별 및 분리가 되지 않은 폐지는 수분과 이 물질이 혼입된 상태로 또는 지종별로 구분되지 못하고 다양한 지종이 혼재한 상태로 압축·포장되어 원료로 사
용되기 때문에 재활용 제지자원으로서 품질 저하의 원인 이 되고 있다.
3)우리나라에서는 폐지 중간상인이나 민간 수집업체(고 물상)들이 고정 거래처가 없어 당일 가격 조건에 따라 납 품처를 결정하는 사례가 많다. 영세 유통업자들이 이물 질 제거, 품질 제고의 노력보다는 시세 가격 위주의 거래 습관으로 폐지 품질이 아닌 폐지의 수급 상황에 따라 움 직이고 있는 구조이다. 즉, 국내 폐지 가격은 품질보다는 폐지의 수급 상황이 우선시되어 폐지 물량이 가격 결정 에 큰 영향을 미치고 있다. 일반적으로 폐지의 가격은 중 량을 기준으로 결정되는데 폐지 중량을 늘리기 위해서 가수(加水)행위 및 이물질 삽입 등의 문제가 발생한다.
이렇게 수분과 이물질이 혼입된 폐지가 종이 생산을 위 한 원료로 사용될 경우 제지 제조 수율은 낮아지게 된다.
실제 제지공장에서 최종 제품으로 생산되는 제품의 수율 이 80%를 넘지 못하고 있으며 이는 원료의 20% 이상이 종이 원료로 사용되지 못하는 폐기물로 배출되어 소각되 거나 매립되고 있음을 의미한다.
국내 제지업체의 경우 수분과 이물질을 제외한 실질적 인 원료로 사용되는 중량을 검수하기 위하여 감량이라는 방법으로 압축폐지의 중량을 검수하는데 실질적으로 압 축폐지 감량에 대해서 객관적으로 신뢰할 수 있는 정확 한 기준이 없는 실정이다. 일반적인 납품의 경우에는 납 품되는 제품에 하자가 있으면 반품의 형식을 취하지만 제지업계의 경우에는 감량이라는 형식을 통해 납품을 받 아준다. 때로는 제품의 품질에 대해서만 감량을 하는 것 이 아니고 그 시점에서의 재활용 제지자원의 수급 상황 에 따라 감량을 하기도 한다. 결국, 객관적 자료에 근거 해서 재활용 제지자원의 가치가 결정되지 못하고 육안판 별에 근거한 감량이 시행됨에 따라 수요 공급자 간의 갈 등이 초래되고 있으며, 시장의 수요, 공급 상황에 따라
environment of the recovered paper bales, the test results of moisture content obtained by NIR sensor and oven-drying methods were consistent.Keywords: Recovered paper bales, NIR sensor, microwave sensor, oven-drying method, reliability
결정된 가격이 유통 기준이 되지 못하고 제3의 요소인 감량에 의해 거래가 이루어지는 상황이다. 재활용 제지 자원의 경우는 자연적으로 수분이 함유되어 있고, 또한 타 지종이 혼합되어 있기 때문에 입고된 무게를 인정하 지 않고 감량을 하는 것을 원칙으로 하나, 국내의 경우 대부분 수분 함량(함수율)에 따라 감량을 하여 가격을 결 정한다.
우리나라 폐지의 수거량은 제조업체에 공급된 재활용 제지자원의 무게를 모두 합산한 것으로, 공급된 폐지 중 에는 금속, 비닐, 플라스틱, 유리병 등의 원료로 사용할 수 없는 이물질이 다량 포함되어 있을 뿐만 아니라 원료 내 수분 함량의 불균일하다는 문제점을 갖고 있다. 제지 자원 원료로서 폐지의 품질은 공정, 생산, 관리 측면에서 여러 가지 문제점을 발생시켜 재활용 제지자원 이용에 장애, 나아가 제지자원 발전에 큰 저해 요인으로 작용하 고 있다. 따라서 폐지 품질에 대한 객관적인 검수, 관리 시스템 구축이 절실하다. 압축폐지의 품질을 검수하는 방법으로 수분 함량 위주로 측정하는 정전용량식, 마이 크로웨이브(Microwave) 센서 방식과 수분 함량과 플라 스틱 등의 이물질 모두 측정이 가능한 근적외선 방식 (NIR, Near InfraRed) 등이 이용되고 있다.
유럽의 경우는 근적외선 측정방식의 센서 측정기와 고주 파 측정방식의 마이크로웨이브 센서 측정기 사용을 권장 하고 있다.
4)그 밖에도 동남아국(필리핀 베트남), 중국 등 의 골판지 제지회사 위주로 각 지역 환경 및 회사 상황에 적합한 압축폐지 검수 장비를 도입·설치하고 있다.
5)국내 의 경우에도 2017년 이후 제지회사 2곳에서 마이크로웨이 브 센서 측정방식의 압축폐지 검수 장비를 구축하여 운영 하고 있으나 아직까지 널리 보편화되지 않은 실정이다.
이와 같이 국내외적으로 순환제지자원을 활용하면서 그 문제점을 해결하고 자원으로서 가치를 확대하기 위해 서는 압축폐지 품질을 객관적으로 평가할 수 있는 검수 장비의 설치가 요구되고 있으며, 특히 국내의 경우 현장 평가를 통해 적용 가능한 압축폐지의 검수 기준을 세우 고 기술의 신뢰성을 확립할 필요가 있다. 이에 본 연구에 서는 제지공장에 입고되는 압축폐지를 대상으로 근적외 선 센서 수분 측정기와 마이크로웨이브 센서 수분 측정 기를 활용한 방법과 국제 표준 규격의 함수율 측정 방법 을 비교 분석하여 압축폐지 수분 함량 분석기술에 대한 신뢰성을 검증하고 압축폐지 품질 검수를 위한 수분 측 정기 장비의 기초 자료를 제공하고자 하였다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
2.1.1 압축폐지본 연구에서는 휴대용 근적외선 센서 수분 측정기와 고 주파를 이용한 마이크로웨이브 센서 수분 측정기의 압축 폐지 수분 측정 효율의 비교평가를 위해서 압축장과 제 지사에 보관되어 있는 압축폐지와 차량에 적재되어 제지 공장에 입고되는 폐골판지, 폐신문지, 혼합폐지(Mixed), 폐백상지 등의 압축폐지를 이용하였다.
2.1.2 압축폐지 수분 측정기
2.1.2.1 휴대용 근적외선 센서 수분 측정기
휴대용 근적외선 센서를 이용한 수분 측정기로는 프랑 스 국립펄프제지연구소(CTP, Centre Technique du Papier)의 기술이 적용된 TechPap사 모니터(Monitor) 와 독일제지연구소 PTS의 PBS(Paper Bale Sensor) 등 이 있다. 압축폐지의 수분과 이물질을 측정하기 위하여 근적외선 파장 중 수분의 파장인 1,440 nm와 1,940 nm 가 활용된다.
6)Fig. 1에 본 실험에 사용된 휴대용 근적외 선 센서 기반 측정 장비 휴대용 모니터(Portable moni- tor, TechPap, France)와 압축폐지에 천공을 뚫기 위한 휴대용 코어 드릴 장비를 나타냈다.
2.1.2.2 마이크로웨이브 센서 수분 측정기
마이크로웨이브 센서를 이용한 압축폐지 수분 측정
장비는 Dunakontroll Kft사(Hungary)에서 개발된
HPNA 시스템을 사용하였다. Fig. 2(a)에 나타낸 바
와 같이 HPNA 시스템의 구성은 송신 및 수신 안테나,
트럭의 속도를 감지하고 측정지점을 결정하는 레이저
스캐너 및 웹기반 사용자 인터페이스 유닛으로 구성되
어 있다. HPNA microwave 센서 시스템을 이용한 측
정 방법은 압축폐지를 적재한 트럭이 5 km/min 미만
의 속도로 고주파 송신 및 수신 안테나를 통과할 때 발
생되는 915~925 MHz 주파수 범위의 고주파 파장이
투과하는 정도를 측정하여 압축폐지 내 수분 함량을 측
정한다. 트럭에 적재된 압축폐지의 70% 이상을 스캔
하여 평균값을 도출한다.
7)Fig. 2(b)는 실제 제지공장
에 설치된 마이크로웨이브 기반의 수분 측정 장비 이미
지이다.
2.2 실험방법
2.2.1 측정 방법에 따른 압축폐지의 함수율 분석
본 실험에서는 측정 방법에 따른 압축폐지 수분 함량을 비교하기 위하여 Fig. 3에 나타낸 바와 같이 H사에 입고되 는 차량에 적재된 압축폐지를 대상으로 휴대용 코어 드릴 을 이용하여 압축폐지에 천공을 하면서 전건법(KSM ISO 287)으로 수분 함량을 측정하기 위한 내부 샘플을 채취한 후, 코어 드릴에 의해 만들어진 천공으로 휴대용 근적외선 센서 측정기를 삽입하여 수분 함량을 측정하였으며, 마이 크로웨이브 센서를 활용한 압축폐지의 수분 함량 분석은 2.1.2.2에 나타낸 바와 같이 측정하였다. 각각의 측정법으 로 분석한 압축폐지의 수분 측정 결과를 비교 평가하였다.
휴대용 근적외선 센서 기반 측정법과 전건법의 경우 혼
합폐지, 폐신문지, 폐골판지는 차량에서 압축베일 2개를 무작위로 선정하여 각각의 압축베일당 1번씩 수분 함량 을 측정하였고, 폐백상지는 6개의 압축베일을 무작위로 선택하여 압축베일당 2번씩 수분 함량을 측정하였다. 마 이크로웨이브 센서 기반 수분 측정기의 경우에는 차량에 적재된 압축폐지의 70~80%를 마이크로웨이브로 스캔 하고, 약 70 cm 간격으로 수분 함량을 분석하여 이들에 대한 평균값을 계산하였다.
2.2.2 보관장소 및 환경에 따른 휴대용 근적외선 수분 측정기 및 전건법에 의한 압축폐지 수분 함량 분석
