금속가공유가 환경에 미치는 영향에 대해 생각해 보셨나요?

특정 제품의 환경 영향 평가에는 해당 제품 수명 주기(product's life cycle) 내의 단계들이 모두 포함되어야 합니다. 이와 같은 전 과정 평가(LCA: life cycle analysis)에 지금까지 적용되어 왔던 개념이 '요람에서 무덤으로(cradle to grave)'였는데, 이제는 제품의 설계, 제작, 사용 기간 뿐 아니라 새로운 제품으로의 재활용까지 포함하는 제품의 수명 주기, 즉 '요람에서 요람으로(cradle to cradle)'라는 개념으로 확대되고 있습니다. 금속가공유에 두 개념을 적용한다면, 사용 후 폐기 처리하느냐와 재활용 하느냐에 따라 평가가 달라지는 것이라고 할 수 있겠습니다.

금속가공유의 환경 영향 평가는 제품 구입부터 시작하는 것이 아니라, 금속가공유의 주성분인 기유(base oil)의 출발 물질, 즉 원유를 지하에서 뽑아 올리는 최초 단계부터 시작하여야 합니다. 이 포스트에서는, 금속가공유의 수명 주기에 포함되는 모든 단계를 고려한 전 과정 환경 영향 평가가 어떻게 이루어지는지 간략히 살펴볼까 합니다. 여기에는 에너지 소비량과 물질 소모량이 모두 포함됩니다.

성분 추출 및 제조

금속가공유의 '일생'은, 금속가공유를 제조할 때 함께 혼합되는 다양한 성분들의 생산 단계에서부터 시작됩니다. 원유, 합성 알코올, 지방산, 아민류(amines), 기타 화학물질에 이르기까지 금속가공유에 들어가는 모든 성분들이 여기에 포함됩니다. 이 단계에서의 환경 영향은, 금속가공유의 성능을 결정 짓는 각 성분들의 선택과 비율에 따라 달라지기도 하지만, 각각의 성분들을 생산하는 데에 필요한 에너지 소비량에 따라서도 달라집니다. 상대적으로 더 많은 에너지가 소모되거나, 전체적인 자원 절약 측면에서 비효율적인 생산 과정도 있을 것입니다.

일차적으로 금속가공유 제품 사용자의 요청에 따라 공급자가 가공 내용과 목적에 맞게 특정 화학물질 성분을 선택할 수도 있고, 수용성 금속가공유 원액(concentrate) 제조업체가 나름의 노하우로 혼합 성분과 비율을 선택할 수도 있을 것입니다. 어떤 경우든, 이 단계의 환경 영향에 대해서는 크게 다음의 두 가지가 고려되어야 할 것입니다.

▶ 화학물질이 화석연료로부터 온 것인가? 아니면 식물로부터 온 것인가? ▶ 합성 물질의 생산 공정이 에너지와 환경 측면에서 얼마나 효과적인가?

금속가공유 원액 제조

금속가공유 원액 제조는 다양한 형태로 환경에 영향을 미칩니다. 전 세계 모든 생산 공장과 마찬가지로, 금속가공유 제조 공정의 많은 부분도 전기를 에너지원(energy source)으로 사용합니다. 이 에너지가 어떻게 생산된 것인가에 따라 환경에 미치는 영향도 크게 달라집니다. 뿐만 아니라, 화학 공장들은 휘발성 용제(volatile solvents)와 각종 영업 비밀 성분, 그리고 많은 양의 물을 생산 과정에서 사용합니다. 가열과 냉각 과정에 얼마나 많은 에너지가 소비되었는가? 원료 물질을 얼마나 효과적으로 활용하였는가? 휘발성 용제와 고가의 금속 재료들을 재활용하였는가? 생산 공정의 환경 영향 평가에는 이런 내용들이 모두 포함되어야 합니다.

금속가공유 제조업체가 생산 비용을 최소화하려고 노력하는 것은 당연한 일입니다. 하지만, 원료 물질 선택에 가장 많은 책임을 질 수밖에 없는 것도 금속가공유 제조업체입니다. 운송 거리와 운송 수단 역시 최종적인 전 과정 평가에 포함되므로, 생산 공장의 지리적 위치도 환경에 영향을 미칩니다.

▶ 공장의 전력 사용량은 얼마이며, 어떤 전력을 사용하고 있는가? ▶ 원료를 효율적으로 사용하고 있는가? ▶ 휘발성 용제의 배출은 효과적으로 제어되고 있는가? 물 사용과 가열/냉각에 필요한 에너지 사용이 효율적인가?

운송

금속가공유 원료 물질과 제품, 사용 후 폐기되는 금속가공유는 모두 금속가공유의 '일생' 동안 한 곳에만 머물러 있는 것이 아니라 여러 곳으로 옮겨지게 되며, 이는 지구 온난화와 환경에 부정적인 영향을 줄 수밖에 없습니다. 어떤 운송 수단을 이용하는가, 얼마나 멀리 이동하는가, 얼마나 효율적으로 운송하는가 등이 모두 중요한 사항들입니다. 항공 운송은 다른 어떤 운송 수단보다 환경에 미치는 영향이 큽니다. 운송 거리 단축은 운송 연료의 절감을 뜻하며, 이는 금속가공유 사용량을 줄이는 것과 같은 효과를 나타냅니다. 생산의 모든 출발점이 원유를 뽑아 올리는 유전이기 때문입니다.

▶ 어떤 운송 수단을 이용하는가? ▶ 얼마나 멀리 이동하는가? ▶ 얼마나 효율적으로 운송하는가?

사용과 취급

금속가공유 제품이 최종 사용자에게 도착하면 그 이후로는 더 이상 환경 영향이 없는 걸까요? 그렇지 않습니다.

누구나 금속가공유를 사용하는 순간부터 가능한 한 금속가공유를 오랫동안 사용하고 싶어할 것입니다. 이를 위해 자주 선택하는 방법 중 하나가 금속가공유를 안정적인 상태로 유지하기에 유리한 대용량 순환 시스템을 설치하는 것입니다. 금속가공유의 순환에 필요한 펌핑, 가열 및 냉각, 여과, 정화, 유지 관리에 얼마나 많은 에너지가 들어갈까요? 순환 시스템 내의 금속가공유 단위 부피 당 전력 소모량은 얼마일까요? 에너지 소모량과 금속가공유의 수명은 순환되는 금속가공유의 종류에 따라서도 달라질 수 있을 것입니다. 관점을 달리하면, 그 동안 얼마나 많은 사항들이 무시되어 왔는지 쉽게 알 수 있습니다.

많은 경우, 금속가공유의 '일생' 중 환경 영향이 가장 큰 단계가 바로 금속가공유를 사용하는 단계입니다. 에너지 소비량과 더불어 금속가공유의 소모량에 가장 큰 영향을 미치는 단계이기 때문입니다. 금속가공유의 교체, 금속 칩 제거와 증발에 따른 농도 보충에 의해 금속가공유 원액의 소비량은 크게 늘어나게 됩니다.

▶ 금속가공유의 순환에 필요한 펌핑, 가열 및 냉각, 여과, 정화, 유지 관리에 얼마나 많은 에너지가 들어가는가? ▶ 순환 시스템 내의 금속가공유 단위 부피 당 전력 소모량은 얼마인가? 어떤 에너지를 사용하고 있는가? 환경친화적인 에너지를 사용하고 있는가? ▶ 증발에 따른 금속가공유의 손실은 얼마인가? 금속 칩에 묻어 나가거나 새어 나가는 금속가공유의 손실은 얼마인가?

재사용

금속가공유를 재사용하면 할수록, 금속가공유의 폐기물량과 구입량이 줄기 때문에, 환경에 미치는 영향도 작아질 것입니다.

이를 위한 전체 계획은 초기 단계에서부터 확실히 세워야 합니다. 금속가공유를 어떤 방식으로 처리하여 재사용할 것이며, 이를 위해 필요한 것들은 무엇인가? 재사용하기 위해서는 어떤 기준으로 무엇을 측정할 것인가? 금속가공유의 순환량과 여과량을 늘릴 것인가? 농도 보충은 어떻게 할 것인가? 저장조의 세척은 어떻게 할 것인가? 때로는 금속가공유를 폐기 처리하기 전에 물만 증발시켜 회수하고 폐기물량을 줄이는 방법을 적용하기도 합니다.

▶ 금속가공유의 소모량을 최소화하려고 노력하고 있는가? ▶ 폐기물량을 최소화하려고 노력하고 있는가? ▶ 전체적인 관리 계획을 수립하였는가? 모든 측면을 고려하여 환경 영향을 최소화할 수 있는 상태에서 폐기 처리하고 있는가?

폐기 처리

금속가공유를 더 이상 사용할 수 없게 되었다면, 금속가공유 '일생'의 마지막 단계에 온 것입니다. 폐기된 금속가공유는 소각에 의해 이산화탄소와 물로 분해될 것입니다. 원칙적으로는, 금속가공유 원액이 생분해될 수 있어야 하고, 수중 생물이나 환경에 해를 입히지 않아야 합니다. 따라서 소각하는 것은 옳지 않습니다. 그러나 안타깝게도 대부분의 금속가공유에는 여전히 해롭고 독성이 강한 성분들이 들어 있기 때문에, 소각하는 것 외에는 달리 방법이 없습니다.

결국, 모든 금속가공유 원액은 유해 폐기물로 다루어야 하며, 절대 하수구에 버리거나 하천으로 방류해서는 안 됩니다.

▶ 금속가공유 원액을 어떤 방식으로 폐기 처리할 것인가? 소각할 것인가? 매립할 것인가? 생분해되도록 둘 것인가? ▶ 폐기 처리장이 얼마나 멀리 떨어져 있는가?

■ 금속가공유의 전 과정 평가(life cycle assessment)와 수명 주기 원가 계산(life cycle costing)에 관하여 참고할 만한 스웨덴 예테보리 대학의 연구 결과(영문)를 다음 사이트에서 확인할 수 있습니다. (Life cycle assessment and life cycle costing: An assessment of metal working fluids)

이 포스트는 Wallenius Water의 환경 매니저인 Miranda Jensen이 Wallenius Water 블로그에 올린 "The environmental impact of metalworking fluid"를 번역한 것입니다. Miranda Jensen은 ISO 9001과 ISO 14001 인증 관리 시스템을 책임지고 있으며, Wallenius Water가 속한 Soya 그룹 전체의 환경 업무를 총괄하고 있습니다.