1. 서론

 

재활용 물질 및 산업 분산물들이 점차 고속도로 부문에 사용 빈도가 증가하고 있음.

비록 수많은 고속도로 응용분야에서 이와 같은 물질들이 유용하다는 성과가 증가하고 있지만 아직까지 관련 정보나 사례들이 체계적으로 정리되지 않았음.

본 연구는 재활용 물질과 산업 부산물 특성을 정의하고 고속도로 부문에 유용하게 사용된 해외와 국내 모두에서 관련 기관의 최근 사례를 수집

보고서는 재활용 물질과 산업 부산물 사용을 통합하기 위한 자재 명세서의 공급을 재검토하여 해당 주에 가이드를 제공

 

Collins and Ciesielski가 이행한 1994년 원 조사는 제한된 고속도로 사업부문에서 사용된 폐기물에 관한 연구에 중점

20년 이내의 기간 동안 이와 같은 폐기물 다수가 이제 고속도로 사업부문에 적용되는 영역 내의 재활용 물질 및 부산물로 고려되고 있음.

1994년 폐기물로 분류된 부산물은 2009년 여름 실시된 이차 기관 조사 준비에 사용

2009년 조사 결과와 개별 부산물의 문헌검토 결과는 원 종합사업 범위에 포괄하는 다음의 사항을 고려

 

-부산물: 현행 예비 자재의 포괄적 리스트 개발 및 메트릭스 형태로의 사용

-시험 방법: 물리적 화학적 특성, 영구성, 지리적 성질 평가를 위해 활용가능한 시험 절차 검토 및 인지

-자재 준비: 우수 자재 준비 요약 및 질적 통제 기술(비축자재 포함)

-변형: 한계 자재를 적절한 자래로 변형하기 위한 가능한 방안 검토

-취급: 재활용 물질 사용과 관련된 자재 취급 문제 처리

-설계: 성공적 활용에 요구될 수 있는 디자인 채택 설명

-건설: 효과적이라고 증명된 현장 건설 사례 인지

-교훈: 실패, 원인, 교훈 등의 인식

-장벽: 장벽 극복에 사용되는 단계 및 주별 적절한 대체 자재의 채택을 위한 주요 과학적, 계약적, 인식적 장벽 인지

-비용: 에너지 및 자재를 포함한 재활용 사용으로부터 유발되는 비용 절약 인지

-격차(GAP): 지식 격차 요약

-로드맵: 본 연구의 결과를 다룬 연구 로드맵 개발

 

2. 부산물 분석

 

현재 1994년에 검토된 상당수 폐기 물질들이 다시 정의되어 왔으며, 개별적인 장단점에 따라 각각 특정 부산물 형태로 분리

종합 보고서에 포함된 각 항목별 부산물 형태와 폐기물 들은 다음의 유형으로 구분

 

-석탄 연소 부산물

-비 석탄 연소 부산물

-슬래그(slags)

-광물 및 광석(mineral and quarry) 부산물

-재생 아스팔트 포장(reclaimed asphalt pavements:RAP)

-재활용 콘크리트 모음(RCA: Recycled Concrete Aggregate)

-건설 폐기물 재활용 콘크리트 모음(CDWRCA: Construction Demolition Waste Recycled Concrete Aggregate)

-폐타이어 고무

-석회 노분(Kiln dust)

-지붕공사 자재(roofing shingle)

-종이 제조물

-제조 모래 소요(Spend foundry sand)

-황 및 황산염

-폐 유리

 

사례: 석탄연소 부산물 사용 조사결과

 

석탄 연소 부산물은 미국 전력수요의 50%를 생산하는 화석연료를 이용한 전력 생성으로부터 발생

현재 다양한 용도로 거래되는 석탄 연소 부산물이-바닥재(bottom ash), 비산재(fly ash), boller slag(투석 슬래그), 그리고 배연탈황(flue gas desulfurization) 등- 다수 존재

각각의 부산물 형태는 전형적인 가스 형성 시스템의 각기 다른 위치로부터 형성(그림 1 참조)

또한 이러한 부산물 저장을 위한 다양한 옵션이 존재(그림 2 참조)

 

그림 1. 사례: 석탄 연소 발전 도식도와 부산물 생성

 

 

자료출처: TRB, 2013, Recycled Materials and Byproducts in Highway Applications？Summary Report, p. 14.

 

그림 2. 석탄 연소로부터 비산재 형성 옵션 사례

 

자료출처: TRB, 2013, Recycled Materials and Byproducts in Highway Applications？Summary Report, p. 14.

 

위와 같이 획득한 부산물이 다양한 고속도로 사업에 활용된 사례조사 결과는 표 1과 같음.

 

표 1. 석탄 연소 부산물의 고속도로 사업 활용, 2009 기관 조사 응답

 

자료출처: TRB, 2013, Recycled Materials and Byproducts in Highway Applications？Summary Report, p. 16.

 

PCC(Portland Cement Concrete) 사업분야에서는 C타입 비산재 및 F타입 비산재가 주로 활용된 것으로 나타남.

다만 제한적으로 몇몇 주에서 석탄재와 보일러 슬래그, 그리고 잘 알려지지 않은 연소재 등이 사용됨.

 

미국의 각 주별 2009년 기준 석탄 연소 생산물 사용 조사결과는 그림 3과 같이 나타남.

 

그림 3. 석탄 연소 부산물 조사 결과(각 주별)

 

주)각 숫자는 해당 부산물이 사용(적용)된 건수를 나타냄.

자료출처: TRB, 2013, Recycled Materials and Byproducts in Highway Applications？Summary Report, p. 17.

 

3. 결론 및 권고안

 

3.1 시험방법

기술진보에 따라 산업부문 생산 부산물의 물리적 화학적 특성 변화 가능

따라서 원자재 또는 산업공정의 변화에 대한 핵심 정보를 문서화하여 역사적 변화과정을 준비할 때 보다 일관된 부산물 특성 획득

부산물 특성이 여러 가지 고속도로 사업 중 적용가능한 분야에서 요구하는 것과 동일한 것인지에 대한 산업 부산물의 사전 공정 필요

특정 부산물을 사용할 수 있는 고속도로 사업 공정은 부산물 자재들이 정렬되거나 사전 공정 작업에 기반하여 특정분야 적용 특성에 부합한지 인지될 필요가 있음.

이러한 과정은 지역 재활용 시설 설립 또는 부산물 생산 산업의 처리 과정 변화 등이 요구될 수 있음.

각 부산물의 핵심 특성이 주기적으로 정의되고 부산물 자재와 고속도로 사업적용 간의 추가적인 연결고리가 형성되도록 문서화 필요

 

3.2 건설조정 및 생산물 질 통제

그림 4는 고속도로 사업분야에 부산물 사용 시 질적 통제와 조정(Quality Control/Quality Adjustment: QC/QA)질적 통제 책임을 위해 본 연구에서 정리한 질적 통제 책임범위를 사례로 요약 제시하고 있음.

 

그림 4. 부산물의 고속도로 사업 적용 QC 프로그램 사례

 

자료출처: TRB, 2013, Recycled Materials and Byproducts in Highway Applications？Summary Report, p. 73.

 

이 밖에도 설계 채택분야, 비용분야, 환경적 고려 분야 등에 대한 다양한 영향 고려가 필요

기관 조사 인터뷰 결과 부산물의 고속도로 건설 사업 적용에 있어서 각각의 부산물 취급 주체들의 이해 관계, 사전 지식의 차이가 존재

-부산물 공급자, 계약자, 그리고 사업 기관 들은 부산물들이 다른 자재등과의 잠재적 화학적 결합성과 대기 및 토양 오염 잠재성 등 그 특성을 인지해야 할 것임.

-부산물 사용에 따른 각 주별 환경 규제 범위, 연방 가이드라인에 대한 이해 부족, 부적절한 주의 환경적 가이드, 모호한 대기 및 수질 기준 등

-이 밖에도 계약자, 담당 기관의 경험 부족, 부적절한 시험 자료 지원, 비용 정보의 불일치 등이 주요 장벽으로 존재

 

4. 연구 로드맵 권고안

 

부산물 생산자와 사용자, 최종 취급자 간의 정보교환과 의사소통 개선에 중점을 둔 연구활동은 부산물 사용 개선에 큰 영향을 줄 것임.

특히 고속도로 분야에 부산물 활용 편익 증가를 위한 최선책은 지역 및 지방의 사용에 중점을 두는 것임.

이는 본 연구의 결과 부산물 사용이 자연 자재 공급자 간의 지역적 경쟁, 운송비용, 부산물 활용도, 생산물 생산 시설, 지역 환경여건, 그리고 교통량 등과 같은 인접지역 모수들에 크게 의존하기 때문임.

향후 고속도로 사업과 부산물 자재 활용 편익 극대화를 위한 연구활동 공정 체계는 다음과 같이 정리

본 도식도는 Petavratzl and Barton(2006)의 연구 결과에서 도출된 향후 연구 성과와 본 연구의 결과를 단계별로 조합, 정리

 

그림 5. 지속가능성 평가 자료 개발을 위한 개념적 모형

 

자료출처: TRB, 2013, Recycled Materials and Byproducts in Highway Applications？Summary Report, p. 76.