매립자원의 순환이용 가능량 분석 및 미래형 매립지 관리전략 마련 연구 = Analysis of Landfill Resource Recovery Potentials and Strategies for Managing Future Landfills

국문 초록 (Abstract)

우리나라에서는 2018년부터 「자원순환기본법」을 시행함에 따라 폐기물 처분부담금제도 등 새로운 폐기물 정책을 도입할 예정이다. 현재 발생하는 폐기물에 대해서는 재활용 및 에너지화 위주의 정책을 추진하고 있으나, 매립지의 자원화에 대한 정책은 미흡한 실정이다. 또한 2011년부터 순환형 매립지 정비사업을 통해 매립자원의 에너지화를 추진하고 있으나, 매립물 선별의 어려움과 비효율적인 매립지 관리로 여러 가지 문제가 발생하여 사업효과의 평가 및 제도 개선이 요구된다. 가연성폐기물의 매립 억제 등에 따라 매립지가 무기성·불연성 매립지로 변하는 등 기존 매립지 관리방식의 한계 및 문제점도 드러나고 있다. 본 연구에서는 법제도 검토, 매립자원의 순환이용에 따른 가능량, 매립지 사용기한 연장효과, 매립률 감소효과, 순환이용에 따른 에너지가치, 온실가스 저감 등을 분석하였다. 그리고 분석 결과를 바탕으로 매립자원의 순환이용 활성화 지원정책 방안을 도출하고, 매립자원의 순환이용사업과 매립률 감소 및 반입성상변화에 따른 미래형 매립지 관리전략을 마련하였다. 매립률 3% 시대를 맞아 이에 필요한 미래형 매립지 관리전략을 마련하여 국내 정비 및 순환이용사업 또는 해외 ODA 사업 지원에 기초자료로 활용할 필요가 있을 것이다. 우리나라에서 매립지 사용종료가 임박함에 따라 매립지 수명연장을 위해 순환형 매립지를 도입하였다면, 일본에서는 불법매립폐기물의 처리를 위해 순환형 매립지를 도입했고 해외에서는 철금속(유가물)회수를 위해 도입하였다. 우리나라의 경우 광역적 매립지에 순환형매립지 조성사업을 실시하였으나, 일본에서는 국지적 매립지에 같은 조성사업을 실시하였다. 이 밖에 해외에서는 매립자원의 순환이용을 목적으로 하기보다는 부지를 타 용도로 활용하기 위하여 복원하는 형태다. 또 에너지회수 면에서는 우리나라의 경우 스토커소각 위주의 소각방식을 이용하는 반면, 일본에서는 열용융소각 위주로 진행하며 해외의 경우 따로 에너지회수를 하지 않는 형식으로 추진 중이다.
본 연구에서는 매립지의 만적 여부와 소각장·SRF 제조시설 현황을 기반으로 기존 사업 및 분석대상 매립지의 유형을 4가지로 나누었다. 첫 번째(유형 1 매립지)는 매립부지가 만적인 상태에 이르렀고 근처에 폐기물을 처리하는 소각장이 사용종료 임박에 가까워진 매립지이다. 두 번째(유형 2 매립지)는 매립지가 만적인 상태에 이르렀고 인근에 폐기물을 처리하는 소각장 또는 SRF 사용시설 처리용량과 수명 두 가지 모두 여유로운 매립지이다. 세 번째(유형 3 매립지)는 매립지가 만적인 상태에 이르렀고 근처에 폐기물을 처리하는 소각장이 없어 신설해야 하는 매립지이다. 네 번째(유형 4 매립지)는 (비)위생매립지로 굴착 후 가연물을 에너지화로 처리하고 부지를 타 용도로 변환하여 사용하는 매립지이다. 분석대상 매립지 선정을 위해 총 매립용량이 20만㎥ 이상(색달매립지 예외)이며 사용연한이 10년 미만인매립지를 대상으로 검토한 결과, 제주에 위치한 색달매립지를 유형 1 매립지로 선정하여 분석하였다. 청주(유형 2-1), 경주(유형 2-2)에 위치한 매립지를 유형 2 매립지로 선정하여 분석하였으며 포항에 위치한 매립지를 유형 3 매립지로 선정하여 분석하였다. 마지막으로 유형 4 매립지는 기존 비위생매립지(불법투기) 정비사업에 유사한 사례가 있으나, 위생매립지의 경우 타 용도로 활용이 어렵기 때문에 분석대상에서 제외하였다.
종합적으로 비교한 결과, 청주매립지(유형 2-1)는 선정된 유형별 매립지 중 순환이용 가능량이 166만 2,486㎥로 가장 높게 분석되었다. 매립지 사용연한 증가효과는 경주매립지(유형 2-2)가 66년으로 가장 높게 분석되었는데, 이는 경주의 폐기물 발생량이 다른 대상지역보다 낮기 때문이다. 에너지가치 분석과 온실가스 배출량 저감효과는 청주매립지가 각각 560억 원, 37만 569tCO₂_eq로 가장 높게 분석되었다. 에너지가치 분석과 온실가스 배출량 저감효과 계산 시 순환이용 가능량에 비례하여 나타나는데, 청주가 상대적으로 순환이용가능량이 많기 때문에 가장 효과적인 것으로 분석된 것이다. 매립률 감소효과는 포항매립지가 24.3%로 가장 높게 분석되었다. 포항(유형 3)은 현재 소각장이나 SRF 제조시설이 없어서 폐기물이 발생하면 전량 매립하기 때문에 매립률 감소효과가 가장 높게 나타난 것으로 파악되었다.
매립자원 순환이용 가능량의 4지역 평균값을 STAN을 활용하여 물질흐름을 분석한 결과, 매립폐기물 100㎥은 다짐율(10%)로 인해 90㎥로 압축되었다가, 굴착작업 시 부피증가율(1.42)로 인해 127.4㎥로 증가하였다. 이를 선별기에서 4지역의 평균 부피비를 적용하여 3원선별하면 가연성폐기물 93.9㎥, 불연성폐기물 9.2㎥, 토사류 24.3㎥로 분류되었다.
본 연구에서는 매립자원 순환이용 활성화 지원정책으로 1) 재정적 지원 근거 마련, 2) 가연성폐기물 순환이용에 관한 법적 근거 마련, 3) 굴착·선별폐기물의 재활용에 관한 법적근거 마련 등을 제시하였다.
1) 재정적 지원 근거: 순환형 매립지를 조성하기 위해서는 기본적으로 폐기물 매립시설의 설치기준을 만족하여야 할 뿐 아니라 굴착시설, 선별시설, 고형연료제품 제조시설, 소각시설 등을 수반하여야 하기 때문에 「폐기물관리법」상의 [별표9] “폐기물 처분시설 또는 재활용시설의 설치기준”을 충족하는지 검토하여야 할 것이다. 그러나 실제로 매립지 정비 및 순환이용사업 지침에는 현장에 설치되는 가연선별물 처리시설(고형연료제품 제조시설)의 요건이 구체적으로 명시되지 않아, 현장 내 활용시설이 없는 경우 민간에 위탁해서 처리해야 하는 등 재정적인 부담 요인으로 작용하고 있다(환경부, 2013a). 따라서 매립지 정비 및 순환이용사업 업무지침의 폐기물의 처리계획에 사업기간 중 현장 내 가연선별물 처리시설(고형연료제품 제조시설)을 설치할 수 있도록 하여, 고형연료제품 제조시설 공사비를 국고에서 보조할 수 있도록 근거를 마련할 필요가 있다. 또한 현장 연료화 비용을 공사비에 반영하여 국고에서 보조받아 실질적으로 공사가 진행될 수 있도록 개선하는 방안도 검토할만하다. 이를 위해 가연성폐기물을 외부에 위탁처리하여 소요되는 비용을 비교하고 경제성을 검토한 후, 폐기물 국고보조금 예산지원 및 통합업무지침에 설치비용 표준단가를 신설하는 것도 한 방안이 될 수 있다.
2) 가연성폐기물 순환이용에 관한 법적 근거: 매립지 내 가연선별물 처리시설(고형연료제품 제조시설)에 대한 기준 및 운영에 관한 법적 근거를 마련할 필요가 있다. 순환형 매립지정비과정에서 가연선별물을 고형연료제품으로 제조하려면 해당 업체가 중간 및 종합 재활용 신고를 하여야 한다. 그러나 순환형 매립지 정비 사업은 일시적으로 시행되는 경우가 대부분이므로, 재활용 시설의 모든 요건을 갖추지 않아도 현장에서 일시적으로 사업 신고를 하더라도 생산할 수 있도록 개선할 필요가 있다.
3) 굴착·선별폐기물의 재활용에 관한 법적 근거: 굴착·선별폐기물을 재활용으로 인정받으려면 법적 근거가 필요하다. 그러나 ‘선별토사 및 불연물 등 재매립 대상 폐기물의 성·복토재로서의 재활용에 관한 방법 및 기준’과 ‘선별가연물의 재활용에 관한 기준’이 별도로 마련되어 있지 않다. 이에 굴착·선별폐기물에 대해 매립지 굴착·선별 토사(51-47-04), 매립지 굴착·선별 가연성혼합 폐기물(51-47-04)항목 신설을 검토할 필요가 있다.
미래형 매립지 관리전략 마련을 위해서는 1) 현행 매립지 관리전략 검토, 2) 매립지 미래여건 변화 반영, 3) 매립지 관리규정 개정사항 도출, 4) 매립지 유형별(Closed형·Monofill형) 관리방안 등이 필요하다. 특히 순환형 매립지 조성 및 반입폐기물 성상이 변화하면서 매립지의 사용이 장기화됨에 따라 시설 등 설치기준, 복토 등 관리기준, 관리인력 및 예산 등 기존 매립지 관리와는 다른 전략이 필요할 것이다. 매립지의 장기사용에 대비하려면 먼저 설비 관리문제를 해결해야 한다. 매립지 관련 설비의 교체주기나 사용연한이 정해져 있기는 하지만 기능이나 효율 저하 시 또는 설비 고장 시 교체해야 하며, 주요시설의 교체난이도는 대부분 어려운 수준이다.
매립지를 순환형 매립지로 전환하거나 신규로 조성할 때 필요한 전략은 장기적 또는 단기적으로 나누어 마련할 수 있다. 장기적으로 운영할 경우에는 매립지를 구역 순환(복합)형으로, 단기적으로 운영할 경우에는 Monofill형 매립지로 조성할 수 있다.
순환형 매립지 정비 및 순환이용사업을 활성화하기 위해서는 법률적 개정(시행규칙 및 지침)이 필요하며, 향후 장기적으로 운영할 수 있는 미래형 매립지 관련 신기술 도입 등 적극적 지원방안을 마련할 필요가 있다. 특히 기존 시범사업에서 선별물의 품질이 떨어지는 등 문제가 발생하였으나, 이는 선별기술이 개발되면 해결될 것이다. 기존 패러다임에서는 폐기물 처분의 최종 단계인 매립 시 반입폐기물을 선택할 수 없었다. 그러나 최근에는 반입폐기물을 관리하고 있으며 소규모 매립, 무기성 성상변화에 따른 매립 가스량 감소 및 침출수 발생량 감소 등 매립 특성이 다양하게 변화하고 있다. 이에 폐기물 최종 처분의 패러다임변화에 따른 매립자원의 순환이용을 적극적으로 추진할 필요가 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Through the implementation of the 2018 Framework Act on Resource Circulation, Korea will be introducing new waste management policies like an amended landfill tax. While the Framework Act will provide new momentum for the recycling and reuse of the waste, in its current form, insufficient attention is given to the Landfill Mining and Reclamation (LFMR). The LFMR projects have been in place in Korea since 2011, but the outcomes have revealed the difficulties in separating excavated waste and inefficient management of landfills to demand revisions in the present regulations and evaluative system for the landfill projects. Moreover, existing landfill management strategies are becoming increasingly ineffective due to the changing properties of the landfill waste caused by new regulations on the waste management and treatment regulations; stricter regulations on sending combustible waste to landfills have led to the higher composition of inorganic and/or incombustible waste at landfills. In this context, this study reviews the laws and technologies related to LFMR, and analyze the landfill resource recovery potentials for landfill lifespan extension, reduction in landfill disposal rate, the energy saving effect and reduction in greenhouse gas (GHG) emissions. Through the analysis, the study suggests policies for enhancing the landfill resource recovery and also proposes management strategies for the future landfills that take account of LMFR operations, smaller landfill disposal rates and the changes in the characteristics of the landfill waste. As landfill disposal rates are predicted to be below 3% in the future, the landfill management strategies in this study will be helpful for planning the guidelines for domestic and foreign ODA landfill projects.
In Korea, LFMR efforts have primarily begun to extend the lifespans of existing landfills In other countries, resource recovery from landfills has been prompted by the need to deal with illegal landfills (in case of Japan) or for the recovery of the valuable metal resources. Korea also differs from other countries in ways of targeting the large regional landfills for landfill mining. In comparison, Japan focuses mostly on smaller local landfills for landfill mining, and other countries tend to place weight on the reclamation of the landfills to reuse the land for other purposes, recovering the resources from the landfill waste. Concerning the waste-to-energy also, the primary method employed in Korea is the stoker-type incineration method, whereas Japan largely utilizes thermal fusion incineration. In contrast, many other countries often do not employ the waste-to-energy technology in the LFMR. Highlighting the specific characteristics of Korea’s case, the study develops various scenarios for four types of the landfills based on their remaining capacities and availability of the nearby incineration or SRF facilities. Type 1 landfills are already full, and their nearby incineration plants are at the end of their lifecycle, whereas Type 2 landfills are already full, but their nearby incineration or SRF facilities still have enough capacity and lifecycle left for operation. Type 3 landfills are full and have no incineration facilities nearby, thereby requiring new plants to be constructed. Lastly, Type 4 landfills will be projected to reuse for another purpose after excavating the waste and converting the combustible waste into energy. To select landfills for the further analysis, the study reviews the Korea landfills which have total capacities over 200,000 (exception for Saekdal Landfill) with less than 10 years left in their life spans, and chooses the following types: Saekdal Landfill in Jeju for Type 1; Cheongju and Gyeongju Landfills for Type 2; and Pohang Landfill for Type 3. Type 4 landfills are excluded from our analysis due to exception of the cases where unsanitary (illegal) landfills have been reused and the difficulty of reusing and repurposing the sanitary landfills.
The four selected landfills are analyzed and compared in terms of their resource recovery potentials. Cheongju (Type 2-1) landfill shows the highest potential for the resource recovery, where 1,662,486m³ of combustible waste, incombustible waste and soil matter can be reclaimed. Cheongju landfill also shows the highest potential for the energy saving and reduction in GHG emission, respectively calculated to be 56 billion KRW and 370,569tCO2_eq. The high energy saving and GHG emission reduction potentials found for Cheongju landfill arises from the high volume of resources that can be recovered from the landfill, as the energy saving effect and reduction in GHG emission are proportional to the resource recovery. Concerning the landfill lifespan, the study finds that it is possible to add 66 years to the lifespan of Gyeongju (Type 2-2) landfill through the LFMR, which is the longest extension in lifespan possible among the four landfills. Data from the study indicates that it is possible due to the relatively small volume of the waste disposal from the city where Gyeongju landfill is located. Meanwhile, Pohang (Type 3) landfill shows the highest potential for the landfill disposal rate reduction, which can be decreased up to 24.3%. The city where Pohang landfill is located lacks the incineration or SRF facilities, so all waste is disposed to the landfill. Thus, the LFMR operations at Pohang landfill can significantly affect the city’s landfill disposal rate.
The study further conducts the material stream analysis on the four landfills’ resource recovery potential by using the STAN. The analysis indicates that 100 of waste is compacted into 90m³ at the landfills (10% compaction rate), then increases in volume to 127.4m³ when excavated (rate of volume increase (m³/ m³): 1.42). Applying the average volume ratio of the four landfills, the study calculates that the reclaimed resources, when separated using a sorting machine, will consist of 93.9m³ of combustible waste, 9.2m³ of incombustible waste, and 24.3m³ of soil matter.
To support promotion of the landfill resource recovery policy-wise, the study suggests the followings: 1) establishing a basis for the government subsidies; 2) supplementing the regulation for recycling combustible waste from the LFMR; and 3) creating regulations for recycling the excavated waste.
1) Establishing a basis for the government subsidies: To conduct landfill mining operations, the landfill need not only meets the regulatory requirements for the landfills but also be accompanied by the construction of adequate infrastructures, such as excavating and separating facilities and SRF or incineration plants. Therefore, it is necessary to review whether the landfill satisfies the requirements outlined in Appendix 9 of the Wastes Control Act that delineates the requirements for waste treatment or recycling facilities. However, in reality, the “Guidelines for Landfill Mining and Resource Recovery” (Ministry of Environment, 2013) does not specify a requirement for on-site waste treatment (SRF production) facilities for the excavated combustible waste. When there are no such facilities on-site, the excavated waste from landfill mining needs to be sent to private facilities, which can lower the financial unfeasibility of the operation. Therefore, the study suggests the official guidelines for the LFMR operations to specify and make available the installation of SRF facilities on-site during the project period. This modification will also establish a basis for subsidizing the facility installation fees, and further measures can be made to ensure that there are sufficient subsidies by examining how the cost of producing SRF can be reflected in the installation cost. One way to do this is to conduct an economic feasibility study that compares the costs of using on-site versus private facilities for processing and treating excavated combustible waste, then providing a standard rate for on-site facility installation fees in the guideline for the support of national grants for the waste treatment facilities.
2) Supplementing the regulation for recycling combustible waste from the LFMR: Current policies and regulations do not provide specific guidelines for operating SRF facilities at landfills. Thus, the LFMR projects are subject to the same registration and reporting procedures required for facilities that handle the recycled materials. In present, to operate on-site SRF facilities at the landfills for the combustible waste reclaimed through landfill mining, the facility needs to be registered as an intermediate or comprehensive recycling facility which involves the complex procedures and requirements. Since the LFMR operations are usually conducted temporarily or on a one-time basis, supplementing the regulations to specify a different, simplified requirement (e.g., temporary business permit) for operating on-site waste treatment facilities in connection with the LFMR projects will lower the barrier for efficient LFMR operations.
3) Creating regulations for recycling the excavated waste: For excavated waste to be recognized as recyclables, a legal basis is needed. However, the current Wastes Control Act does not include regulations on ‘the methods and standards for the recycling of excavated soil matter and incombustible waste from landfill mining to be reclaimed as cover or bottom soil’ nor ‘the standards for recycling separated incombustible waste.’ Thus, it is suggested that new regulations to be put in place for the excavated and separated soil matters from the landfill mining (51-47-04), the excavated and separated combustible mixed waste from landfill mining (51-47-04).
To develop the future landfill management strategies, it is necessary to i) review the current landfill management strategies, ii) take account into the future trends in landfill conditions, iii) specify necessary amendments to landfill management regulations and iv) develop separate strategies for each landfill type (e.g., closed system-type, monofill-type). In particular, the extension of landfill lifespans by the LFMR and the changes in the characteristics of landfill wastes entails the need for new guidelines for facilities, landfill soil, personnel and budget that divert in their approach from the existing strategies. For instance, the longer landfill lifespans mean that the infrastructures at the landfills need to endure longer durations of landfill operations. However, the on-site facilities at the landfills have fixed lifecycles and require replacement when they become too old to function properly or efficiently. Unfortunately, it is not an easy task to replace major facilities at the landfills. Thus, different strategies need to be applied for the LFMR operations or new landfills depending on the intended or remaining lifespan of each landfill. Landfills for long-term operation should be designed to enable the LFMR operations at designated sections of the landfill, while short-term landfills can be built as monofill disposal sites.
The LFMR operations can be promoted by making necessary amendments to laws and regulations as well as through active measures that can enhance future landfill projects in the long-term, such as implementing new technologies. One example is an upgrade in waste separation technology to enable better sorting of the excavated waste, which has been unsatisfactory in the past pilot LFMR projects. Landfills have so far been understood as the final disposal site for any and all waste; however, this paradigm is undergoing a shift. Recently, stricter policies are being enforced to control the waste disposed to the landfills, changing the characteristics of landfills as a consequence. Now, there are increasing numbers of small-scale landfills, and fewer gases and leachates are produced from landfill wastes. In the face of this paradigm shift, greater attention should be put towards promoting the LFMR operations to prepare for the future.