Designed by 이승한, 이재민, 김학수(단국대학교)
1. Prologue
2000년 후 미래 인류는 우리의 시대를 어떻게 기억할까? 아마 석기, 청동기, 철기시대 이후 도래한 플라스틱 시대가 아닐까 싶다. 한반도 면적의 6배에 달하는 1억톤의 쓰레기 더미 플라스틱아일랜드는 쓰레기의 90% 이상이 플라스틱으로 이뤄졌다. 지난 40년간 그 양이 100배나 증가했으며, 해양생태계를 파괴시키고 결국은 최종 먹이사슬인 인간에게 치명적인 피해가 될 것임이 틀림없다. 플라스틱아일랜드는 인류가 반드시 풀어야 심각한과제다. 가까운 미래에 이 문제를 해결할 수 있는 시설을 제안한다.
태평양 플라스틱아일랜드에 해양주유소(Pacific Gas Station)를 세우고자 한다. 플라스틱은 대부분 탄화수소로 이루어져 있어 석유의 원료가 될 수 있다. 따라서 현재의 처리 불능 플라스틱 쓰레기 더미는 미래의 거대한 유전이 될 것이다. 태평양 한가운데 세워질 이 시설은 거대한 해양의 쓰레기를 수거함과 동시에 연료화해 항해하는 선박이나 미래 해양기지에 공급할 수 있는 해양복합시설이다.
(1) 전 처리 공정
전 처리 공정은 해양플라스틱을 유화원료로 이용 가능한 상태로 만드는 물리적 공정이다. 1차, 2차 파쇄공정을 통해 크기를 최적화 시키고, 여러 선별기를 거치며 유화에 필요 없는 불순물들을 제거할 수 있다. 전 처리 공정에 쓰이는 용수는 해수를 담수화시켜 사용한다. 담수화된 물은 생활주거시설과 같은 부가시설에도 사용될 수 있다.
해양플라스틱을 본격적으로 유화시키는 공정이다. 전 처리된 플라스틱 원료가 분별증류탑에 들어가기 앞서 물리적, 화학적 과정을 거쳐 최적화된다. 공정 후, 최종산물인 LPG 및 잔사유는 공정 자체연료로 다시 사용되고 가솔린, 등유 그리고 경유는 저장소로 보내어져 공급되기 전까지 보관된다.
자가발전시스템으로 설계하고자 한다. 즉, 플라스틱으로 만든 재생유로 전기를 생산해 공장 및 부가시설을 작동하고 해양플라스틱을 수거한다.
로봇수거기가 바다를 돌아다니면서 해양플라스틱을 시설 내, Conveyor Belt 까지 수거해오고, Conveyor Belt에서 전 처리 시설로 전달된다.
선박에게 직접 플라스틱 재생유를 전달하는 시설로서, 공중운송수단으로 주변 해양플랜트나 도서지역에 재생유를 공급하고, 로봇수거기의 동력인 전기를 공급해 주는 역할을 한다.
(1) FEED(플라스틱) 분석
FEED의 성분은 핵심공정과 부가시설을 결정하므로 반드시 선행 분석되어야 한다. 태평양 쓰레기 중 FEED로 이용할 수 있는 것은 바다 표면에 떠다니는 플라스틱이다. 그리고 플라스틱이 바다에 뜰 수 있는 조건으로 2가지 가능성이 있다. 첫 번째 가능성은 ‘밀도차’에 의한 부유이고 두 번째 가능성은 ‘사용용도’에 따른 부유다. 이 조건에 따른 근거 하에 FEED로 사용될 플라스틱의 성분을 예측 할 수 있었다.
① 전 처리 공정
태평양에 부유하는 쓰레기는 폐플라스틱 외에 철, 알루미늄, 구리 등의 금속과 무기물, 나무 등 다양한 불순물이 섞여있다. 유화공정에 앞서 이 불순물들을 선별해 제거해 주어야 하며 전 처리 기술이 그 역할을 한다.
태평양의 쓰레기를 처리하는 동시 연료화 가능하게 하는 ‘Pacific Gas Station'의 핵심공정이다. 태평양의 플라스틱들을 연료화 하는데 이용되는 열분해 유화기술은 석유에서 플라스틱 제품을 제조하는 프로세스의 역 공정으로, 파쇄한 폐플라스틱을 열분해하여 액화된 재생유를 얻데 활용된다.
‘Pacific Gas Station'을 태평양에 위치시키기 위한 기반이 되는 설비로 FPSO처럼 자동위치제어시스템은 필요하지 않지만, 파와 풍속, 조류 등에 안전성이 부여된 설비가 필요하다.
(3) 위치 분석
'Pacific Gas Station'의 위치를 선정하기 위해서는 쓰레기 섬의 위치, 선박항로, 자연환경을 고려해야 한다. 이 3가지의 위치 조건을 통해, 경제적이고 안정적으로 운용할 수 있는 해양주유소를 설계할 수 있다.
해양주유소가 20년 동안 처리할 수 있는 플라스틱 양은 300만 톤으로 예상할 수 있다. 한국에너지기술연구원에 따르면 플라스틱 150만톤을 처리했을 때 4,000억원 가치의 석유대체효과를 얻을 수 있다고 한다. 즉, 해양주유소 1대가 1년 동안 400억 원의 가치를 창출해내며, 수명인 20년 동안 플라스틱 300만 톤을 처리해 8.000억 원의 가치를 낼 수 있다. 미국해양대기청(NOAA)에 따르면 현재 태평양에 버려진 플라스틱의 양이 1억톤에 달한다고 한다. 이 양은 해양주유소 34대가 20년 동안 가동할 수 있는 양이며, 처리했을 때 얻을 수 있는 경제적 가치는 27조 2,000억 원으로 판단된다. 또한 매년 640만 톤의 해양쓰레기가 유입되고 있으므로 그 가치는 더해질 것으로 예상된다.
열역학적 관점으로 보면 엔트로피의 최종형태에 있는 쓰레기(플라스틱)를 다시 Harvesting하여 가치 있는 자원인 석유로 환원하는 공정이다. 지금까지 이런 공정들은 존재해왔으나 공정을 지속적으로 가동시킬만한 폐플라스틱의 충분한 공급이 어려운 문제를 겪었다. 하지만 골칫거리라고 생각했던 쓰레기 섬과 충분한 FEED의 공급처가 필요했던 리사이클링 공정, 이 둘을 융합해 두 마리 토끼를 잡을 수 있다. 결론적으로 태평양 플라스틱아일랜드 해양주유소는 환경을 위한, 에너지를 위한, 미래를 위한 복합 SOC시설이다.
