절연체를 재활용할 수 있습니까?

절연체 소재 유형 및 그 재활용 실현 가능성

세라믹 및 유리 절연체: 확립된 재활용 경로이지만 에너지 소비가 높음

세라믹 및 유리 전기 절연체의 재활용 인프라는 오랜 시간에 걸쳐 상당히 잘 구축되어 왔으며, 수거 시스템이 잘 운영되는 지역에서는 60%를 넘는 재활용률을 관찰하고 있습니다. 그렇다면 이처럼 분쇄된 자재들은 어떻게 되는 것일까요? 이 자재들은 새로운 절연체 제조를 위한 원료로 재사용되거나, 건설 공사에서 골재 재료로 사용되기도 합니다. 그러나 여기에 함정이 있습니다. 이러한 자재를 재용해하기 위해서는 1,400℃를 훨씬 넘는 용광로 온도가 필요합니다. 열처리 연구에 따르면, 이 과정은 원료부터 새로 생산하는 경우보다 약 30% 더 많은 에너지를 소비합니다. 그리고 이러한 에너지 집약적 공정은 자재가 처리를 위해 200마일(약 322km) 이상 이동해야 할 경우, 실질적인 환경적 이점을 상당 부분 상쇄시킬 수 있습니다. 일부 유틸리티 기업은 배출량 감소를 위해 재생에너지로 가동되는 용광로를 시험 중이지만, 이를 대규모로 확장하는 데는 실제적인 어려움이 따릅니다. 기존 전력망이 항상 이를 감당할 수 있는 것은 아니며, 노후 장비를 개조하는 데 드는 막대한 비용도 많은 기업들이 투자 여부를 신중히 고민하게 만드는 요인입니다.

폴리머 및 복합 절연체: 혼합 재료로 인한 낮은 재활용률

폴리머 및 복합 절연체의 재활용 문제는 이러한 재료들이 제대로 분리되지 않는 데 귀결된다. 예를 들어, 실리콘 고무 커버가 유리섬유 코어에 부착되어 있고 양단에는 금속 피팅이 장착된 구조는 기계적 분리를 사실상 불가능하게 만든다. 업계 통계에 따르면 전반적인 재활용률은 15% 미만으로 머물러 있으며, 이는 결코 만족스러운 수치가 아니다. 분쇄 시도로는 경제적 가치가 매우 낮은 혼합 재료만 얻을 수 있으며, 대부분 공원 벤치나 도로 소음 차단벽 등에 사용되는데, 이 경우 원래 재료가 지닌 가치의 20% 미만만 회수할 수 있다. 화학적 재활용 기술에 대한 희망은 분명히 존재하지만, 상업적 실현 단계에는 아직 이르지 못했다. 최근 2023년 연구에 따르면, 이 공정은 특수 용매를 필요로 하며 단위당 비용이 약 74만 달러에 달한다. 제조사들이 표준 폴리머 배합 조성을 합의하고 적절한 수거 체계를 구축하기 전까지는, 대부분의 폐 절연체가 여전히 매립지나 소각장으로 직행하고 있으며, 이들 재료는 환경 내에서 수십 년간 잔류한다.

전기 절연체에 대한 현재 산업 재활용 관행

북미 및 EU에서 전력 공급사 주도의 세라믹 절연체 회수

북미 및 유럽의 공공사업체들은 전력 송전 시스템에서 사용된 구식 도자기 및 유리 부품을 회수하는 체계적인 반납(리턴) 프로그램을 통해 세라믹 절연체 재활용 분야를 선도하고 있다. 이 과정에서 분쇄된 재료는 새로운 세라믹 제품 제조에 재사용되거나, 건설 공사용 골재로 활용된다. 2023년 산업 지속가능성 보고서에 따르면, 유럽 각 국은 이러한 재료의 65~80퍼센트를 성공적으로 회수해냈다. 다만 용해 공정은 상당한 에너지를 소비하므로 환경적 이점이 다소 감소되긴 하나, EU의 순환경제 행동계획(Circular Economy Action Plan) 등 관련 규제가 이러한 관행을 지속적으로 촉진하고 있다. 공공사업체가 특화된 재활용 업체와 협력할 경우, 운송 및 처리 작업을 모두 효율화할 수 있다. 이러한 협업은 특히 원거리 지역에서 자재를 수집하는 데 실질적인 물류적 어려움을 겪는 기업들에게 대규모 회수 활동을 위한 실행 가능한 해결책을 제공한다.

제한된 폴리머 절연체 재처리 및 다운사이클링 응용

폴리머 절연체의 재활용은 이들 재료가 지닌 복잡성으로 인해 중대한 장애물을 겪고 있다. 실리콘 고무와 유리섬유를 혼합한 재료는 쉽게 분리되지 않기 때문에 전 세계적으로 회수율은 여전히 약 15% 수준에 머물러 있다. 현재 주로 시행되는 방식은 폐절연체를 잘게 분쇄하여 카펫 패딩이나 도로 울퉁불퉁함(도로 블록) 등으로 재사용하는 것이다. 그러나 이러한 용도는 신규 재료에 비해 시장 가치가 훨씬 낮으며, 지난해 『Materials Innovation Journal』에서 발표된 최신 연구에 따르면 약 40% 정도 저렴하다. 경제적으로도 어려움이 크다. 처리 비용만 해도 톤당 380달러 이상인데, 그 결과물은 톤당 210달러 미만으로 판매되기 때문이다. 이처럼 특수 폐기물 흐름을 제대로 처리할 수 있는 시설은 전 세계적으로 극소수에 불과하므로, 대부분의 폐절연체는 결국 매립지로 간다. 일부 새로운 열처리 기반 방법은 향후 유용한 구성 성분을 회수할 가능성을 보이고 있으나, 아직까지는 상업적 규모로 확대된 사례는 없으며, 관련 논의가 활발함에도 불구하고 실현 단계에는 이르지 못하고 있다.

절연체 재활용 채택을 제한하는 주요 장애 요인

오염, 단절, 그리고 전용 수거 시스템의 부재

재활용 과정에서 서로 다른 재료들이 혼합되면, 특히 세라믹 조각이 플라스틱 부품에 섞이는 경우와 같이, 나중에 이를 분리하려는 시도는 더 이상 경제적으로 타당하지 않게 된다. 대부분의 도시는 이러한 혼란을 제대로 처리할 수 있는 인프라도 갖추지 못하고 있다. 전력 공급 업체 중 실제로 노후된 절연체를 회수하기 위한 적절한 시스템을 갖춘 곳은 여덟 곳 중 한 곳도 채 되지 않는다. 그렇다면 결과는 무엇인가? 대부분의 노후 절연체는 일반 쓰레기통으로 버려지거나, 가까운 지역 매립지로 처분된다. 게다가 문제는 이보다 더 심각한데, 많은 오래된 송전선에서는 실리콘 고무로 제작된 고급 복합 절연체를 사용하는데, 이 절연체는 유리섬유 코어 위에 실리콘 고무가 부착된 구조이다. 여기서의 문제는 이러한 절연체를 분해하려면 특수 장비가 필요하지만, 대부분의 재활용 센터는 그런 장비에 접근조차 할 수 없다는 것이다. 그런데 이러한 상황은 절연체에만 국한된 문제가 아니다. 전 세계적으로 다양한 재활용 노력에서 비슷한 문제가 반복되고 있으며, 우리가 물질을 정확히 분류하지 못하는 한, 이론상 재활용이 가능한 모든 플라스틱 중 약 10분의 1만을 실제로 회수할 수 있을 뿐이다.

경제적 현실: 분리 비용 대 저가 재활용 소재 및 원료 소재 경쟁

재활용 경제성은 결정적인 장벽을 제시합니다. 오염된 세라믹 또는 고분자 복합재의 처리 비용은 톤당 740달러(포네몬, 2023년)로, 원료 소재 생산 비용의 3배 이상에 달합니다. 재활용 산출물은 시장에서 심각한 경쟁력 약화를 겪고 있습니다:

• 저급화된 복합재는 원료 소재 대비 40% 수준의 가격으로 판매됨
• 특수 유리 배합물은 기존 재활용 공정으로는 달성할 수 없는 순도 수준을 요구함
• 원료 고분자 가격이 재활용 고분자보다 톤당 220달러 낮음

이러한 불균형은 재활용 인프라에 대한 투자를 억제합니다. 공공기관은 별도의 법적 의무가 없는 한 저비용 폐기 방식을 우선시합니다—소재별 규제 요건이나 재활용 함량 목표는 여전히 드뭅니다. 보조금 지급이나 조달 의무화와 같은 정책 수단이 없으면, 순환형 솔루션은 상업적으로 여전히 주변부에 머무르게 됩니다.

앞으로의 방향: 절연체를 위한 순환 경제 전략

재활용을 고려한 설계 기준 및 표준화된 복합재 배합

재활용을 고려한 설계 접근 방식은 보다 높은 소재 회수율 달성에 매우 중요합니다. 현재 이 제품들을 제조하는 데 사용되는 소재의 종류가 지나치게 다양합니다. 예를 들어, 단지 변속기 등급 부품만 해도 약 15종의 서로 다른 폴리머 혼합물이 사용되고 있습니다. 소재의 조성이 일관되면 공장에서 기계적 분리와 열처리 공정을 상대적으로 간편하게 수행할 수 있으며, 이로 인해 많은 어려움을 피할 수 있습니다. 일부 연구에 따르면, 모든 관련 업체가 유사한 복합 소재를 채택할 경우 폐기물에서 회수되는 폴리머 양이 약 40% 증가할 수 있으며, 혼합 소재를 처리할 때보다 가공 과정에서의 에너지 소비량을 약 30% 감소시킬 수 있습니다. 유럽연합(EU)의 ‘생태설계지침(Ecodesign Directive)’과 같은 규제가 기업들로 하여금 설계 초기 단계부터 재활용성을 고려하도록 점차 압박하고 있습니다. 이는 제조업체들이 다중 수명 주기 후에도 재사용이 가능한 단일 소재 솔루션과 안전한 첨가제를 채택하도록 유도하고 있습니다.

유틸리티 기업의 반입 프로그램 및 타 산업과의 재활용 협력 파트너십

유틸리티 기업이 재활용 업체 및 소재 전문가와 긴밀히 협력할 때, 폐기물 수집 및 처리 분야에서 오랫동안 지속되어 온 문제 해결을 위한 실질적인 진전을 이룰 수 있습니다. 예를 들어 지역별 반입 프로그램은 전력망 개선 공사 시 폐기되는 전체 장비를 유틸리티 기업이 직접 수거할 수 있도록 하며, 일반 도시 운영 방식의 시스템에 비해 약 3배 높은 성과를 달성합니다. 일부 산업에서는 건설 프로젝트에 유리 강화 플라스틱(GRP)을 재활용하여 매년 약 1만 2천 톤의 폐기물을 매립지로 보내지 않도록 하고 있습니다. 초기 시험 결과에 따르면, 실리콘 고무를 적절한 온도 조건에서 정확히 재활용 처리하면 특정 저전압 상황에서 신규 소재와 동일한 성능을 발휘할 수 있습니다. 결론적으로, 이러한 협력 관계는 유틸리티 기업의 원자재 구매 비용을 약 18~22% 절감시켜 주며, 동시에 시간이 지남에 따라 확장 가능한 순환형 소재 사이클 구축에도 기여합니다.

자주 묻는 질문

폴리머 및 복합 절연체 재활용의 주요 어려움은 무엇인가?

주요 어려움으로는 실리콘 고무와 유리섬유 등 혼합된 재료를 분리하기 어려운 점이 있으며, 이로 인해 회수율이 낮고 재활용 산출물의 가치도 낮아진다.

세라믹 및 유리 절연체 재활용 공정은 에너지 소비가 얼마나 큰가?

세라믹 및 유리 절연체 재활용은 1,400도 섭씨 이상의 용광로 온도를 필요로 하므로 에너지 소비가 크며, 신규 원료 생산에 비해 약 30% 더 많은 에너지를 소비한다.

왜 경제적 요인이 절연체 재활용의 장벽이 되는가?

경제적 요인이 장벽이 되는 이유는 절연체 재활용 비용이 신규 원료 생산 비용을 초과할 뿐만 아니라, 재활용 재료 자체도 시장에서 경쟁력이 낮아 경제적으로 불리하기 때문이다.

절연체 재활용 개선을 위한 잠재적 방향성은 무엇인가?

잠재적 경로에는 재활용을 고려한 설계 기준 개발, 복합재료 배합의 표준화, 그리고 자원 회수를 강화하고 순환형 솔루션을 창출하기 위한 공공기관 수거 프로그램 및 산업 간 재활용 협력 체계 구축 등이 포함된다.