유니소재(Uni-material)는 제품 본래의 기능을 유지하면서도 재활용이 용이하도록 단일화 또는 단순화된 소재. 조금 더 확산된 의미로는 재활용만을 용이하게 하는 것이 아닌 유해물질 사용을 저감하기 위해 설계 및 생산, 수거 및 재활용 등을 고려한 기존 제품(부품·소재 포함)의 재질 단일화(단순화)를 지칭한다. 유니메탈(Uni-metal), 유니폴리머(Uni-polymer), 유니세라믹(Uni-ceramic) 등을 포함하는 유니소재는 전기전자, 자동차, 생활용품 등 모든 산업분야에 적용이 될 수 있다.
제품설계에서 재활용을 고민하다
“기존 제품을 유니소재화하기 위해서는 제품 생산시 제품 설계단계에서 환경영향 개선을 고려한 친환경설계가 강조되고 있다”는 생산기술연구원 국제환경규제 기업지원센터 이한웅 센터장. 이는 환경유해성 감소, 재활용 촉진, 환경규제 강화, 자원순환 촉진이라는 유니소재의 취지 때문이다. 한국생산기술연구원 국제환경규제 기업지원센터는 국제환경규제 종합지원체제 구축·운영, 유해물질 정보전달체계(MADAMS) 보급·확산, 국제환경규제 선제 대응 및 선도분야 발굴지원, 탄소 및 기타 자발적인증 대응 기반구축, 그리고 유니소재의 인식 확산, 유니산업 지원체계 확립 및 유니소재화 제품 발굴 등 보급·확산을 통한 유니소재 활성화 기반구축 등의 업무를 수행하는 조직이다.
이한웅 센터장은 “산업화에 따른 대량생산·소비·폐기사회의 정착으로 천연자원과 에너지, 원자재 고갈문제가 전 세계적 문제로 대두되고 있으며, 특히 전형적인 자원다소비 산업구조인 국내산업은 자원의 대외 의존도가 높아 자원의 순환이용 촉진을 위한 국가차원의 노력이 절실”하다고 강조한다. OECD국가 중 1인당 국민소득에 비해 1인당 에너지 소비량은 매우높게 나타나고 있기 때문이다.
자원순환구조 저해요인에 대한 대응전략
또한 자원의 수급을 천연자원에만 의존하고 있는 것도 문제. 폐기물의 순환이용활성화를 위한 산업계 전반의 대응이 필요한 상황이다. 첨단 제품 및 부품의 효율과 기능 위주의 개발도 중요하지만 자원순환구조에 저해요인으로 작용하고 있는 생산과 소비 패러다임의 변화를 이끌어 내자는 것이 바로 유니소재인 셈이다.
이한웅 센터장은 “유니소재화 제품 개발 기술을 바탕으로 국내 및 국제 표준을 선점하고, 기업의 친환경제품 디자인을 통한 최적 청정성 확보가 중요”하다며 “유니소재에 대한 인식확산과 유니산업 지원체계 확립 및 유니소재화 제품의 경쟁력 고도화 등 구체적인 중장기 전략수립을 통한 보급·확산이 실현되어야 할 것”이라고 강조한다. 단순히 재활용이 용이한 소재가 아니라 통합소재, 특성구현, 범용응용, 통합재활용이 가능한 금속, 폴리머, 세라믹, 자연소재의 특성 및 형상구현을 실현해 나가야 한다는 것이다.
음료수 뚜껑을 분리하지 않아도 된다?
그렇다면 유니소재화가 진행된 대표적인 사례로는 어떤 것들이 있을까? 우선 우리들이 흔히 마시는 음료수 PET병을 들 수 있다. 기존 PET병은 몸체(PET)와 두껑(PP)이 각기 다른 소재로 제작, 재활용을 위해서는 이를 따로 분리해야만 했다. 하지만 이를 단일소재(PET)로 일체화함으로써 재활용을 용이하게 만들었다. 또 자동차 대시보드 중에서 운전석 정면에 각종 기계장치가 달려있는 부분인 인스트루먼트판넬도 대표적인 유니소재 성공모델 중 하나. 인스트루먼트판넬은 약 10Kg 중량의 대형부품으로 재활용 효과가 큰 부품이다.
하지만 각기 다른 소재의 3층 단면구조(PVC, PU form, ABS/PC)로 구성되어 재활용이 어려우며, 대부분 소각되거나 매립되고 있다. 하지만 이 인스트루먼트 판넬을 유니소재화 시킨 후 재활용률은 큰 변화를 나타냈다. 3가지 소재를 올레핀계 재질(TPO PP form PP)로 단일화 시킨 것. 또 2Kg 상당의 도어트림 및 필라트림 등 트림류와 콘솔박스 약 2Kg을 동일 소재로 대체하자 소각되던 14kg 상당의 소재를 재활용 할 수 있게 됐다. 이는 차량 총 중량 1,000Kg 기준 1.4%의 재활용률 상승 효과로 나타나게 된다.
반면, 단문형 냉장고에서는 단열소재로 폴리우레탄(PU)를 사용하지만 냉동실과 냉장실 사이의 폴리스티렌(PS)이 들어있어 재활용에 어려움을 겪고 있다. 현재 정부의 청정생산기술개발사업으로 폴리우레탄 화학개질 공정이 상용화를 앞두고 있지만, 단문형 냉장고는 이 적은 양은 폴리스티렌 때문에 재활용이 어렵게 된 것이다.
작은 부품하나가 전체 제품의 재활용을 방해
이처럼 제품 설계 단계에서부터 재활용을 염두에 두느냐 그렇지 않느냐에 따라 사용 후 제품은 자원이 되기도 하고, 단순 폐기물이 되기도 하는 것. 이 때문에 유럽, 일본, 미국 등 선진국은 물론 중국과 우리나라도 관련 법규를 제정, 재활용 및 유해물질 사용제한을 확대해 나가고 있다. 유럽연합의 ‘EU ELV Directive’은 폐기물의 감소와 재활용을 위해, 제조자(수요자)에게 폐차 무상회수의무 및 재사용, 재활용, 재회수율 목표를 달성하도록 규정. 일본은 아예 가전 리사이클법, PC 리사이클법, 자동차 리사이클법 등 산업별 재활용 및 재생부품의 이용을 최대화하도록 명문화하고 있다.
EU, 재활용율 충족 못하면 수입금지
특히 전기전자제품 관련 규제는 EU WEEE 지침을 비롯하여 재활용 규제의 의무 회수율 및 재활용 목표율이 점차 높아짐에 따라, 관련 제품의 재활용 가능성을 높이기 위해 설계단계부터 재질·구조 개선에 대한 업계의 부담이 증가될 것으로 예상되고 있다.
이같은 필요성으로 인해 정부는 지난 2009년부터 지식경제부 청정기반 산업원천기술개발사업의 일환으로 R&D시범사업 등 활성화지원사업을 시행. 지난 2010년부터는 유니소재보급과 확산을 위한 ‘유니소재 페스티벌’을 매년 개최하고 있다. 또 전기·전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률 10조는 환경부장관과 산업통상부장관이 공동으로 정하여 고시하는 재질·구조에 관한 지침을 지키도록 규정하고 있다. 이에 따라 자동차와 전기·전자제품을 제조하거나 수입하는 경우 이 지침에 따라 재활용이 쉬운 재질의 사용, 재질의 단순화, 재질정보의 표시, 분리·해체의 용이성 제고 등의 재질·구조 개선활동을 통하여 연차별 재활용가능률을 달성해야만 한다.
유니소재 프로세스 가이드라인 제시
그렇다면 기존 제품을 유니소재화하기 위한 가이드라인은 무엇일까? 국제환경규제 기업지원센터는 2009년부터 ‘국제환경규제 대응을 위한 유니소재 적용가능 제품발굴 시범사업’과 유니소재화 시제품 개발 및 사업화 기반구축사업‘을 통해 적용가능한 다양한 제품 사례를 발굴하고 있다. 또 기업들이 실제로 유니소재화 제품을 개발 할 수 있도록 소재선정부터 3D, 시뮬레이션에 거쳐 적용가능성 여부를 가시적으로 판단할 수 있는 프로세스 가이드도 제시하고 있다.
이 가이드는 제품을 유니소재화하는 5단계 프로세스를 이용하여 기업 설계자 또는 개발자가 쉽게 유니소재화 제품을 개발하도록 하기 위한 것이다. 제품을 유니소재화 할 때 최우선적으로 고려해야 할 사항은 바로 소재 BOM(Bill of Material) 정보를 바탕으로 제품 환경영향을 개발 초기 단계에서 결정하는 것. 이는 제품 수명주기 동안 발생하는 환경저거 리스크는 대부분 제품 설계단계에서 결정되기 때문이다.
일반적으로 기업들은 제품 개발 시 3D, CAD/CAM/CAE/PDM/PLM 등과 같은 도구를 이용하여 제품의 설계, 가공 및 구조해석과 시뮬레이션 등을 수행한다. 그리고 이를 바탕으로 시제품 개발과 양산 단계를 거치게 된다. 때문에 이 가이드 역시 이 과정과 연계하여 동일한 제품 설계 및 개발 시스템을 기반으로 자동차 부품, 전기전자제품, 생활용품 등 주요 산업 제품을 유니소재화하는 프로세스를 담고 있다. 유니소재 적용 제품개발을 위해서는 기본적으로 유니소재 적용제품 및 부품의 선정, 그리고 적용 부품별 소재분석(규제물질 추적), 3D CAD 유니소재 적용, 환경적 우수성 평가 Simply LCA(에너지, 이산화탄소), 유니소재 적용 제품 해석 시뮬레이션 검증, 시제품 및 시작품 제작의 단계를 밟게 된다.
R&D, 기반구축 등 유니소재 관련 사업 확대해야
유니소재 관련 사업은 크게 R&D, 기술료사업, 기반구축으로 구분할 수 있다. 이 중 기반구축사업은 유니소재화 제품발굴을 중심으로 적용 가능한 제품 발굴(아이디어 공모전 포함) 및 평가기준을 개발하여 보급·확산에 노력하고 있다. 유니소재화 제품 보급·확산 및 브랜드화를 위한 전략 수립과 유니소재화 제품 개발을 위한 교육, 컨설팅, 홍보(책자 발간 및 세미나 개최 등)의 사업을 시행하고 있으며, 유니소재화 제품의 개념 표준 및 산업별 유니소재화 제품 평가방법 표준화 작업도 추진 중에 있다. 또 전기전자제품의 재질구조개선 지침 평가(환경부 전기전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률) 및 평가체계 구축에도 센터의 역량을 보태고 있다.
9월4일~6일, 킨텍스에서 유니소재 페스티벌
이중 올해로 3회째를 맞게 되는 유니소재 페스티벌은 유니소재 관련 아이디어 및 우수제품을 공유하여 축제의 장을 마련하고, 전시회 및 공모전 시상식 등으로 구성된 행사. 오는 9월4일부터 6일까지 3일간 킨텍스에서 개최되는 ‘제6회 국제자원순환산업전’의 일환으로 진행될 예정. 유니소재화 우수제품 공유를 위한 전시회와 관련 산업육성을 위한 세미나 및 유니소재 KS 추진을 위한 공청회도 마련된다. 조금은 막연하게만 느껴졌던 유니소재에 대한 실제 제품 전시(코웨이, 롬테크, 친환경 타이어, 자동차 경량 내장부품 등)와 포장재산업의 유니소재화 개념, 국내외 선진 기업의 유니소재화 제품 사례 소개 및 자원순환 효율성 행상을 위한 대응방안 제시 등의 세미나도 개최된다.
기술료사업의 경우에는 수송기계분야 유니소재화 시제품 개발 및 국내외 친환경전시회 출품(캐나다 벤쿠버 GLOBE 2012 및 2012 유니소재 페스티벌 등 )이 대표적인 사례. 아울러 포장재산업의 유니소재화 시제품 개발 및 보급·확산 역시 유니소재 확산을 위한 산업통상자원부의 사업 중 하나다.
마지막으로 R&D사업이 있다. 대표적인 것이 바로 현대자동차가 주관기관으로 참여한 ‘우레탄 유니소재 활용 친환경타이어 제조기술’로 지난 2010년부터 오는 2015년 완료를 목표로 사업이 진행중에 있다. 또 ‘유니소재 및 공법을 적용한 경량 내중부품 개발(비스티온 인테리어스코리아/2012~2015)’, ‘Sic 유니소재 제조 및 고효율 축열재 상용화 기술개발(엔바이온/2011~2014)’, ‘전자소자 포장용 유니소재 베리어 필름개발(티엔에프/2011~2013)’, ‘Uni-Aluminum 기술개발(한국생산기술연구원/2019년~2010)’등도 대표적인 유니소재 R&D사업 중 하나다.
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