폐자동차 앞유리 PVB 자원 재순환 공정 심층 분석 보고서

1. 서론: 접합유리의 재활용 과제

자동차 전면유리는 안전을 위해 두 겹의 유리 사이에 폴리비닐 부티랄(Polyvinyl Butyral, PVB) 필름을 접착한 복합 소재이다.¹ 이 PVB 중간층은 충격 저항성, 음향 단열, 그리고 구조적 무결성을 부여하여 탑승자의 안전을 보장하는 핵심적인 역할을 수행한다.² 그러나 이러한 강력한 접착력과 내구성 때문에 폐기 시 재활용이 매우 어렵고 비경제적인 문제가 발생한다.³

기존의 재활용 방식은 시간과 노력이 많이 소요되며, 대부분의 경우 폐기된 접합유리는 단순히 매립되거나 소각된다.³ 이는 PVB가 매립지에서 분해되는 데 약 100만 년이 걸리는 심각한 환경 문제를 야기하며, 동시에 재활용 가능한 고가 플라스틱 자원을 낭비하는 경제적 손실로 이어진다.³ 이러한 배경 속에서 폐유리에서 PVB를 효과적으로 분리하고 정제하여 고순도의 재활용 자원으로 전환하는 기술 개발은 순환 경제로의 전환에 필수적인 과제로 부상하였다. 최근에는 샤크 솔루션즈(Shark Solutions)와 같은 선도 기업들의 혁신적인 기술이 이 문제에 대한 효과적인 해결책을 제시하며, 폐자원의 가치를 재정의하고 있다.

2. 핵심 재활용 공정: 개념적 웹 UI 흐름도

폐자동차 접합유리의 PVB 재활용 공정은 크게 네 가지 단계로 구성되며, 각 단계는 기술적 난이도를 극복하기 위한 고도화된 공정을 포함한다. 본 보고서는 이 복잡한 과정을 웹사이트 사용자 인터페이스(UI)의 흐름도처럼 시각적으로 접근하여 이해를 돕고자 한다. 단순한 파쇄를 넘어선 고도화된 정제 및 가공 단계가 이 기술의 핵심이다.

2.1. 단계 1: 수거 및 전처리

재활용 공정의 첫 단계는 폐유리 수거 및 전처리이다. 접합유리는 자동차 유리 교체 업체, 차량 제조업체, 폐차장 등 다양한 경로를 통해 수거된다.⁷ 이러한 유리들은 부피가 크고 무겁기 때문에 효율적인 물류 시스템이 중요하게 작용한다. 수거된 유리들은 다음 단계인 분리를 위해 준비되는데, 일부 공정은 PVB 필름의 온전한 보존을 위해 사전 파쇄 없이 통째로 처리하는 방식을 택하기도 한다.⁸

2.2. 단계 2: 유리-PVB 분리

이 단계는 접합유리의 강력한 접착력을 극복하는 핵심 공정이다.³ 현대의 기술은 파쇄 시 유리와 PVB 필름 간의 취성 차이(fragility differential)를 이용하는 방식으로 이루어진다.

• 건식 분리 공정(Dry Process): FDS1250과 같은 특수 파쇄 장비 ⁹ 또는 3개의 롤러를 이용한 시스템 ¹⁰을 사용하여 취성이 강한 유리는 미세하게 파쇄되지만, 유연한 PVB 필름은 큰 덩어리로 남게 된다. 이 공정은 “건식(dry process)”으로 불리며, PVB 필름의 손상을 최소화하면서 효율적으로 유리 파편(cullet)을 분리해 낸다.⁸
• 습식 분리 공정(Wet Process): 일부 기술은 물이나 화학 물질을 사용하여 접착력을 약화시킨 후, 유체 역학적(hydrodynamics) 방법이나 기계-화학적 분리(mechano-chemical separation)를 통해 분리를 돕는다.¹¹

건식 공정이 물리적 파쇄에 초점을 맞춰 PVB 필름의 형태를 보존하는 반면, 습식 공정은 화학적 작용을 추가하여 순도를 높이는 데 유리하다. 이는 재활용 기술이 단순히 유리를 부수는 것이 아니라, 최종 제품의 품질을 결정하는 PVB 필름의 순도를 높이기 위해 재료의 고유한 특성을 전략적으로 활용하고 있음을 보여준다. 두 방식은 각각의 장단점을 가지며, 어떤 방식을 선택하느냐는 공정의 효율성, 최종 산물의 순도, 그리고 환경적 영향 사이의 절충점을 고려한 결정이다.

2.3. 단계 3: PVB 정제 및 세척

유리로부터 분리된 PVB 필름에는 여전히 미세한 유리 파편과 기타 이물질이 남아있다.³ 이 불순물을 제거하는 정제 단계는 재활용 PVB의 부가가치를 결정하는 가장 중요한 공정이다.

• 기계적 정제: 마찰 회전 장치 ¹²를 사용하여 PVB 필름에 남아있는 부착 유리 및 미립 유리를 제거한다. 프로펠러가 설치된 회전 통에 필름과 세정액을 투입하고 회전시켜 마찰력을 통해 불순물을 분리하는 방식이 사용된다.¹²
• 화학적 정제: 부유 선광(flotation separation)과 같은 기술이 사용된다. 비중 1.0 g/ml의 유체를 사용하여 표면에 달라붙은 먼지나 폴리올레핀(polyolefins) 등을 제거하며, 이후 특정 시약(예: 50% 빙초산 수용액)을 이용한 화학적 처리가 추가적으로 이루어진다.¹⁰ 이러한 공정은 단순한 세척을 넘어 화학 공학적인 정밀함을 요구하며, 특정 온도(60∘C)와 교반 속도(500 r.p.m.)를 준수하여 PVB의 순도를 극대화한다.¹⁰

이러한 정교한 정제 공정의 존재는 PVB 재활용이 단순한 폐기물 처리 이상의 복합적인 기술적 과정임을 시사한다. 특히 한국 특허와 미국 특허 문헌에서 유사한 기계적 및 화학적 정제 방법이 언급되는 것은, 이 단계가 고품질 재활용 PVB 생산의 보편적인 핵심 과제임을 입증한다.

2.4. 단계 4: 최종 제품으로의 가공

정제가 완료된 PVB는 최종적으로 상업적으로 활용 가능한 형태로 가공된다. 주요 제품 형태는 펠릿(pellets)과 분산액(dispersions)이다.

• 펠릿(Pellets): 고체 형태의 SharkPellets™로 압출 성형에 적합하며, 열가소성 및 접착성이 우수하다.¹⁴
• 분산액(Dispersions): SharkDispersions™는 물을 기반으로 한 균질한 분산액으로, 페인트, 코팅제 등 액체 형태의 바인더가 필요한 산업에 활용된다.¹⁴

이러한 재활용 제품들은 무독성이며 할로겐 및 프탈레이트가 포함되어 있지 않아 ¹⁴, 기존의 PVC나 SBR 라텍스(Latex) 같은 유해 물질을 대체하는 친환경적 대안으로 자리 잡고 있다. 이는 재활용이 단순히 폐기물을 줄이는 것을 넘어, 기존 소재보다 더 우수하고 안전한 제품을 만드는 ‘업사이클링’의 가치를 실현하고 있음을 보여준다.

3. 사례 연구: 시장 선도 기업 샤크 솔루션즈

3.1. 독점 기술 및 비즈니스 모델

덴마크의 친환경 기술 선도 기업인 샤크 솔루션즈는 폐접합유리에서 PVB를 재활용하는 독점 기술 및 생산 시설을 보유하고 있다.⁵ 이들의 핵심 혁신은 PVB 분리 시스템뿐만 아니라, 분리된 PVB를 다양한 고부가가치 원료로 변환하는 데 있다.⁵

샤크 솔루션즈의 비즈니스 모델은 시벨코(Sibelco)와의 파트너십에서 잘 드러난다.⁵ 시벨코는 연간 약 150만 톤의 유리(평면, 용기, 접합유리 포함)를 재활용하는 세계적인 기업으로서 ⁵, 접합유리에서 유리, 금속, 세라믹 및 PVB를 분리하는 초기 단계 공정을 담당한다. 이후 분리된 PVB는 샤크 솔루션즈로 전달되어 독점 기술을 통해 펠릿 및 분산액으로 변환된다.⁵ 이 파트너십은 순환 경제에서 기업들이 각자의 전문 분야에 집중함으로써 더 효율적이고 수익성 있는 가치 사슬을 구축할 수 있음을 보여주는 대표적인 사례이다.

3.2. 제품 포트폴리오 및 시장 적용

샤크 솔루션즈의 재활용 PVB 제품은 크게 SharkPellets™와 SharkDispersions™로 나뉘며, 각 제품은 고유한 특성과 광범위한 응용 분야를 갖는다.¹⁴ 다음 표는 두 제품의 주요 특성과 적용 분야를 비교한 것이다.

이처럼 두 가지 형태의 제품을 제공하는 전략은 고체 및 액체 응용 분야의 다양한 시장 요구를 충족시킨다. 특히 이 제품들이 유해 물질을 포함하지 않고 이산화탄소 배출을 줄이는 등 환경적 이점을 제공한다는 점은, 지속가능성과 ESG 경영을 중시하는 현대 기업들에게 강력한 경쟁 우위를 제공한다.¹⁴

4. 광범위한 산업 생태계

4.1. 최종 사용자 혁신: 노루페인트 사례

PVB 재활용 기술이 단순한 폐기물 처리 기술을 넘어선다는 점은 노루페인트의 사례에서 명확히 확인된다.¹⁸ 노루페인트는 국내 최초로 폐자동차 앞유리 필름에서 재활용된 바인더를 친환경 건축용 수성 도료 ‘순&수 에코 리스펙트’의 아크릴 에멀젼 성분에 적용하는 기술을 개발했다.¹⁸ 이 기술은 재활용 PVB에 대한 견고한 최종 시장이 존재함을 증명하는 결정적인 사례이다.

이러한 혁신은 상당한 환경적 가치를 창출한다. 노루페인트의 리사이클 도료는 18L 기준 폐자동차 1.27대 분량의 PVB 필름을 재활용하며, 기존 도료 대비 탄소 저감 효과가 1.5~1.7배에 달한다.¹⁸ 이는 PVB 재활용이 단순히 폐기물을 줄이는 데 그치지 않고, 완제품에 통합되어 실질적인 탄소 감축에 기여할 수 있음을 보여준다.

4.2. 기술 솔루션 제공업체: 성안기계

성안기계(SUNGANN MACHINE)와 같은 기업들은 파쇄기, 분쇄기, 압출기 및 다양한 분리 시스템을 제공함으로써 재활용 산업의 기반을 형성한다.²¹ 이들은 특정 물질 분리 기술(예: 금속-플라스틱 분리, 중력 분리 등)을 보유한 B2B 솔루션 제공업체로서, PVB 재활용과 같은 복합 공정을 위한 필수적인 기계적 기반을 제공한다.²⁴

4.3. 재활용 PVB의 기타 응용 분야

재활용 PVB는 페인트 외에도 매우 다양한 분야에서 활용되고 있다. 주요 응용 분야로는 카펫 뒷면(carpet backing), 방음재, 접착제, 섬유 및 건축 자재 등이 있으며 ³, 이러한 다각적인 시장은 재활용 PVB에 대한 안정적인 수요를 창출하고 재활용 사업의 경제적 안정성을 높이는 데 기여한다.

5. 경제적 및 환경적 가치

PVB 재활용은 단순한 환경 보호 활동을 넘어 명확한 경제적 가치를 창출한다.³ 폐기 비용을 지불하던 폐자원이 새로운 수익을 창출하는 원자재로 변모하며, 이는 순환 경제의 핵심 원리를 구현하는 것이다. 대한민국에서 한 해 약 70만 대의 자동차가 폐차되는 현실을 고려할 때, 폐자동차 재활용의 경제적 가치는 11조 5천억 원을 넘어설 것으로 추정된다.⁴ PVB 재활용 공정의 효율성은 최대 99%에 달하는 높은 분리 효율과 낮은 에너지 소비를 통해 경제성을 확보하고 있다.³

지속가능성 측면에서 PVB 재활용은 다음과 같은 구체적인 지표로 그 영향력을 입증한다.

• 매립지 폐기물 감소: PVB를 함유한 접합유리는 매립지에서 분해되는 데 100만 년이 걸리는 심각한 문제를 야기하지만, 재활용을 통해 이러한 폐기물을 성공적으로 자원화한다.⁵
• 탄소 배출량 저감: 샤크 솔루션즈의 재활용 제품은 연간 5만 8천 톤의 CO2​를 절감하며 ⁵, 노루페인트의 기술은 기존 도료 대비 1.5~1.7배의 탄소 저감 효과를 달성한다.¹⁸
• 자원 보존: 1톤의 재활용 유리는 1.2톤의 원자재, 특히 850kg의 모래를 절약하는 효과를 가져온다.⁶ 이는 고갈되어가는 천연자원을 보존하는 데 직접적으로 기여한다.²⁵

6. 결론 및 전망

본 보고서의 분석에 따르면, 폐자동차 앞유리 PVB 재활용 기술은 복잡한 재료의 분리 및 정제라는 기술적 난관을 극복하고 실용적인 순환 경제 모델을 구축하는 데 성공했다. 샤크 솔루션즈의 사례는 전문 기업 간의 협력을 통해 효율적인 가치 사슬을 구축하고, 노루페인트의 사례는 재활용 PVB가 시장성이 있는 최종 제품의 원료로 성공적으로 통합될 수 있음을 입증한다.

향후 과제로는 새로운 접합유리 제조에 재활용 PVB를 사용하는 것과 같이 더 높은 순도를 요구하는 응용 분야를 위한 기술 개발이 남아있다.¹⁰ 그러나 유럽 연합의 매립지 폐기물 관련 규제 강화 ⁶, 지속가능한 제품에 대한 소비자 수요 증가 ²⁶, 그리고 로봇 공학 및 인공지능 기반 분류 기술과 같은 지속적인 기술 혁신 ²⁷은 PVB 재활용 시장의 성장을 촉진할 것으로 전망된다. 폐자동차 PVB 재활용 산업은 단순한 폐기물 관리를 넘어, 환경적 책임과 경제적 가치를 동시에 실현하는 미래 유망 분야로 확고히 자리 잡을 것이다.