이 컵에 꽂힌 빨대는 얼마나 친환경적일까

8면 과학칼럼

과학칼럼니스트 심혜린

 

 

이 컵에 꽂힌 빨대는 얼마나 친환경적일까

 

프랜차이즈 카페에서 종이 빨대를 사용하기 시작한 지 어느덧 5년 가까이가 흘렀다. 이제는 작은 규모의 카페에서도 종이 빨대를 쉽게 발견할 수 있고, ‘I am not plastic’이라고 적혀 있는 생분해성 플라스틱 빨대를 사용하는 가게도 종종 발견할 수 있다. 그러나 여전히 많은 사람들이 플라스틱 대체 소재를 사용한 빨대가 정말로 친환경적인지를 궁금해한다. 그렇다면 어떤 물건이 얼마나 친환경적인지는 어떻게 판별할 수 있을까?

제품이나 공정이 미치는 환경적 영향을 평가하는 것을 전 과정 평가(Life cycle assessment, LCA)라 한다. 전 과정이라는 말에서 알 수 있듯, 단순히 제품의 사용 단계, 혹은 생산 공정 등 특정 단계만을 고려하는 것이 아니라 제품을 생산하는 원재료(raw material)의 준비 단계부터 시작해 사용이 완료된 제품의 폐기 및 재활용에 이르는 모든 단계가 평가 대상이다. 따라서 LCA를 요람에서 무덤까지(cradle-to-grave analysis), 혹은 재활용되는 물품에 대해서는 요람에서 요람까지(cradle-to-cradle analysis)의 분석이라 표현하기도 한다.

LCA의 수행 방법은 ISO 14040이라는 문서를 통해 국제적으로 표준화되어 있다. LCA 과정은 크게 ▲목표 및 범위 설정(goal and scope definition) ▲목록 분석(inventory analysis) ▲영향 평가(impact assessment) ▲해석(interpretation)의 네 단계로 구분된다. 목표 설정 단계에서는 제품의 수명 주기에서 어느 범위를 평가 대상으로 삼을 것인지와, 어떤 목적과 기준으로 LCA를 수행할 것인지를 정의한다. 가장 흔히 고려되는 영향 범주의 예시로는 지구온난화, 오존층파괴, 산성화, 자원 고갈, 인체 독성, 생태계 독성, 부영양화 등이 있다. 목록 분석 단계에서는 평가 영역에서의 물질 및 에너지 흐름에 대한 자료 수집 및 계산이 이루어진다. 에너지 및 원재료의 소모량, 부산물 및 폐기물의 생산, 대기·토양·하천 등 환경으로의 폐기물 방출 과정 등이 고려된다. 영향 평가 단계에서는 목록 분석 단계에서의 계산 결과를 환경적 지표로 변환해, 평가 대상인 제품 혹은 공정에 의한 환경적 영향을 측정한다. 마지막으로 해석 단계에서는 목록 분석 및 영향 평가에서 도출된 결과를 처음 설정한 목표 및 범위와 연관 지어 검토하여 결론 및 권고 사항 등을 제시한다.

LCA 결과는 환경에 미치는 부정적 영향이 가장 적은 공정이나 제품을 파악하는 데 효과적이다. 따라서, 제품이나 공정에 대한 개선에 있어 우선순위를 정하고자 하는 목적으로, 또는 여러 제품군 간 비교를 목적으로 LCA를 수행하는 경우가 많다. 일례로, 지난 11월 국제 학술지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에는 주거용 건물에서 사용하는 창문에 대한 LCA 평가 결과를 다룬 연구 논문이 게재되었다. 연구팀은 서로 다른 소재 및 구조로 이루어진 창문 각각의 제품환경발자국(Product environmental footprint, PEF)을 파악하고자 하였다. 알루미늄 재질로 된 삼중창과 PVC 이중창, PVC 3중창이 평가 대상으로 선정되었으며, 창문 제조 과정뿐만 아니라 창문의 단열 효과에 의한 건물 내 난방 등 주거 생활 중 창문이 미치는 영향까지 전체적으로 고려하여 각 제품의 환경적 영향을 산출하였다. 제조 공정에 대한 고려는 생산에서 출하까지(cradle-to-gate)의 단계에 대해 이루어졌다. 연구팀은 생산 자재의 준비 및 운송은 보통 다른 제품을 위한 자재와 함께 이루어지며, 제품 생산 이후의 보관 및 포장, 운송은 고객의 요청이나 상황에 따라 크게 달라질 수 있어 이 연구에서 함께 고려하기 적합지 않다고 판단했다. 이 논문을 통해 연구팀은 단열성이 높은 창문을 만드는 과정에서 증가하는 환경적 영향은 창문의 단열성으로 난방 효율이 높아짐에 따라 상쇄된다는 결론을 도출하였으며, 단열성이 가장 낮은 PVC 이중창의 제작을 점차 중단할 것을 권고하였다.

LCA는 제품 및 공정의 환경적 영향을 파악하는 데 무척 효과적인 평가 방식이지만, 몇 가지 한계 역시 존재한다. 예를 들어 LCA는 포괄적 범주를 다루고 평가한다는 장점이 있지만, 이러한 포괄성으로 인해 분석 결과의 불확실성이 높아질 수 있다. 특히 많은 양의 데이터를 처리하는 과정에서 가설을 설정하고, 현실을 단순화하거나 일반화하는 모델링 과정을 거치며 LCA 평가 결과와 현실 간 차이가 발생할 수 있다. 또한, LCA 평가 과정에서 필요한 데이터에 대한 접근성, 데이터의 질적 수준 등에 의해 평가의 정확도가 좌우될 수 있다. 광범위한 범위를 대상으로 한 LCA 결과와 특정 지역을 기준으로 한 LCA 결과가 다를 수 있다는 점 역시 고려해야 할 사항이다.

종이 빨대를 둘러싼 LCA 결과 역시 LCA가 하나의 정해진 답을 도출하는 평가 방식이 아님을 잘 보여준다. 일회용 플라스틱 사용에 대한 경각심이 높아짐에 따라 많은 연구팀에서 일반 플라스틱(PP, polypropylene)과 생분해성 플라스틱(PLA, poly lactic acid), 그리고 종이 소재의 빨대를 비교하기 위한 LCA를 수행했다. 브라질, 유럽, 미국, 말레이시아, 남아프리카 등 다양한 지역에서 빨대에 대한 LCA가 진행되었다. 일부 연구에서는 종이 빨대 등 비 플라스틱 소재를 이용한 대체품이 플라스틱 빨대보다 친환경적이라는 결론을 내렸지만 반대로 플라스틱 빨대가 더 친환경적이라는 결론을 내린 연구도 있었다. 예를 들어 브라질에서 플라스틱, 스테인리스 스틸, 유리, 종이, 대나무, 황마 등 총 6개 소재로 제작된 빨대에 대한 LCA를 수행한 결과 플라스틱 빨대가 종이 빨대보다 열한 개의 환경 영향 범주 중 열 개에서 더 우수하다는 결론을 얻었다. 한편, 남아프리카에서 수행된 LCA 결과에서는 종이 빨대보다 플라스틱 빨대가 환경에 미치는 영향이 더 크다고 보고되었다. 원유나 천연가스가 PP 소재의 원재료로 사용되는 유럽 및 미국 등과 달리 남아프리카에서는 석탄이 주원료로 사용된다는 점이 원인 중 하나로 꼽혔다. 중국에서 수행된 LCA 평가에 의하면 PLA 빨대가 종이나 PP보다 환경에 미치는 영향이 크다고 보고됐지만, 말레이시아에서는 LCA 평가 결과 종이 빨대보다 생분해성 플라스틱 빨대가 환경에 미치는 영향이 적다고 보고되기도 했다.

한편, 2022년 미국에서 수행된 LCA 평가에 의하면 사용된 빨대의 폐기 방식 역시 LCA 결과에 크게 영향을 미친다. 이 연구에서는 ▲지구온난화지수 ▲산성화 ▲오존층파괴 ▲담수 독성 ▲인체 독성 ▲부영양화 ▲비생물적 자원 고갈 등 8가지의 환경 영향 범주에 대해 분석을 진행하였으며, 정량적 비교를 위해 이를 종합 상대 환경 영향지수(Relative environmental impact index, REI)로 변환했다. REI 값이 클수록 환경에 미치는 영향도 크다. 매립과 소각이라는 두 종류의 폐기 방법에 대하여 3종류 빨대의 REI 값은 다음과 같다. (1) 매립: PP(2.4) PLA(6.4) 종이(5.1), (2) 소각: PP(3.2), PLA(6.8), 종이(4.9). 전체적으로 소각 방식이 매립 방식보다 환경에 더 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 이는 소각을 통해 폐기물을 처리하는 경우 매립 방식에 비해 지구온난화지수 및 오존층파괴 지수가 크게 증가한다는 점이 반영된 결과다. 또한, 폐기 방식과는 상관없이 일반 플라스틱 빨대를 사용하는 것이 생분해성 플라스틱이나 종이 소재로 된 빨대를 사용하는 것보다 환경에 미치는 영향이 적은 것으로 나타났다. 특히 이산화탄소 발생량을 바탕으로 계산하는 지구온난화지수와 인체 독성 가능성 항목에서 종이 빨대가 다른 두 빨대에 비해 큰 값을 가지는 것으로 계산되었다. 화석 연료 등의 자원 고갈을 의미하는 비생물적 자원 고갈 측면에서는 종이 빨대가 PA나 PLA 빨대보다 작은 값을 가졌다. 연구팀은 이를 바탕으로 플라스틱 해양 오염이나 자원 고갈 등을 해소하기 위해 플라스틱 빨대를 종이 빨대로 대체했을 때 다른 영향 범주에서 더 많은 환경 비용이 발생할 수 있다고 주장했다. 이처럼 다양한 LCA 분석 결과는 공간적, 시간적 요인이나 가설 설정 단계가 LCA 평가 결과에 큰 영향을 미칠 수 있음을 의미한다.

비록 완벽한 평가 방법이라 할 수는 없지만, LCA는 환경 관리를 정량적으로 할 수 있다는 측면에서 매우 유용한 평가 방법이다. 지난 7월, 유엔 사무총장은 ‘지구 가열화(global heating)’ 시대가 찾아왔다고 선언했다. 기후와 환경 위기가 이미 현실이 된 지금, 우리가 살아가는 세상 속 물건들이 지구에 어떤 영향을 미치고 있는지, 조금 더 관심을 두고 살펴보아야 할 때다.

 

[그림 설명]

LCA의 고려 단계

(출처: Toniolo, S., Borsoi, L., & Camana, D. (2021). Life cycle assessment: methods, limitations, and illustrations. In Methods in Sustainability Science (pp. 105-118). Elsevier)

 

[참고 자료]

ISO 14040:2006

Toniolo, S., Borsoi, L., & Camana, D. (2021). Life cycle assessment: methods, limitations, and illustrations. In Methods in Sustainability Science (pp. 105-118). Elsevier.

Krishna, I. M., Manickam, V., Shah, A., & Davergave, N. (2017). Environmental management: science and engineering for industry. (pp. 57-75). Butterworth-Heinemann.

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