22 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

기획특집 고분자 재생기술－

근적외선 분광법을 이용한 폐플라스틱 분리선별기술개발

최 형 기†⋅이 용 무⋅허 준⋅강 두 환*⋅서 강 일**

산업자원부 기술표 원, *고차구조형 유기산업재료 연구센터, 단국 학교 고분자공학과, **(주)이오니아E&T

Technology Development of Separation for Waste Plastics by the Near-Infrared

Spectra Method

Hyeong Ki Choi, Yong Moo Lee, June Huh, Doo Whan Kang*, and Kang Il Seo**

Dept. of Standards Technology Assistance, Korean Agency for Technology and Standards, MOCIE,

2 Jungang-dong, Gwacheon-si, Gyeonggi-Do, Korea

*Hyperstructured Organic Materials Research Center, Department of Polymer Science & Engineering,

Dankook University, Korea

**IONIA E&T Co., LTD., # 601. Byuck San Digital Valley 1, #212-16, Guro-Dong, Guro-Gu, Seoul, Korea

Abstract: 우리나라의 라스틱 생산량은 미국, 독일, 일본에 이어 세계 4 이며, 연간 950만톤이 생산되고 있는 실정

이다. 그러나 사용 후 폐기되는 라스틱의 재활용률은 약 20%로 일본 50%, 독일 65%에 비해 매우 조하다. 이는 독

일, 일본에 비해 련 기술 인 라가 부족하기 때문이다. 폐 라스틱을 단순히 소각하거나 매립할 때 자원의 낭비는

물론 많은 환경오염을 유발하므로 자원으로의 재활용 핵심기술 개발 보 이 시 한 상황이다. 생활에 응용되고 있는 폐

라스틱과 같이 다양한 재질이 섞여 있는 라스틱을 그 로 혼합해 재활용하면 물성이 히 하되므로 재질별 분

리선별기술이 반드시 선행 으로 개발되어야 한다. 최근 하루 10톤의 폐 라스틱을 재질별로 자동 분리하는 시설이 경

상남도 양시 무안면 마흘리 소재 환경센터에서 설치, 자원 재활용율을 높여주고 있다. 근 외선 분 법을 이용한 폐

라스틱 분리선별장치는 기존에 사람의 손으로 직 폐 라스틱을 종류별로 골라내거나 수조에 폐 라스틱을 담궈 물

에 뜨는 것과 가라앉는 것을 선별해내는 등의 수작업에 의해 직 분리하던 방식과 달리, 라스틱을 각 재질에 따라

조사된 근 외선(Near Infra red, NIR)의 반사 패턴이 상이함을 응용한 것으로 컨베이어 벨트 로 이동하는 폐 라스

틱에 근 외선을 쪼인 후 반사 을 검출, 미리 입력된 각 재질별 장 데이터와 이미지를 비교해 재질을 인식한 후, 연

속 으로 자동 분리해주는 선별 기술이다.

Keywords: waste plastics, plastic sorting, NIR, color sorting, vision

1. 서 론1)

라스틱은 산업화와 경제성장으로 나무,

속, 기타 물질을 체하는 매우 우수하고 유용

한 물질로서 생활 산업 반에 걸쳐 다양

하게 사용되고 있다. 한 라스틱의 경우 우

리나라는 세계 4 의 라스틱 생산국이고, 국

민 1인당 사용량도 세계 8 수 으로 략

†주 자(E-mail: hyeongki@kats.go.kr)

국민 1인당 연간 100 kg 정도의 라스틱을

소모하고 있다. 국내 폐 라스틱은 매년 약

400만 톤이 발생되고 있으나 라스틱의 경우

부분 일반 쓰 기에 포함되어 배출되는 양

이 많아 략 매립 78.2%, 소각 4.3%의 비율

로 처리되고 있다. 반면 폐 라스틱의 재활용

률은 선진국에 비해 20～30% 정도로 매우 낮

은 수 이어서 많은 양이 매립이나 소각에 의

해 처리되고 있다[1].

특히 국내에 비 이 높은 매립의 경우 썩지

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 23

않을 뿐만 아니라, 첨가물에 의한 지하수 오염

매립지 부족 등으로 한계를 보여주고 있

다. 폐 라스틱의 부분은 6종의 범용수지인

데 발생량 순으로 high density polyethylene

(HDPE), polypropylene (PP), polystyrene

(PS), polyvinyl chloride (PVC), low density

polyethylene (LDPE) acrylonitrile buta-

diene styrene copolymer (ABS)가 있다. 이

에서 ABS 수지는 감소 추세에 있고 high

density polyethylene (HDPE)는 가장 높은 증

가추세를 보여주고 있다. 폐 라스틱의 재활용

에 한 기술로는 분리선별, 재생 원료화, 모

노머 회수, 오일 회수, 열회수 등이 개발되어

실용화되었다. 최근에는 모노머 오일회수

부분에 많은 연구가 진행되고 있으며 국내의

경우 매를 이용한 공정이 많이 연구되어 무

매 열분해로 회수하는 공정을 상용화하고

있다. 국내의 폐수지 재활용업체들은 부분

재생원료수지를 폐 라스틱으로부터 생산하고

있다. 국내의 폐수지 재활용은 한국환경자원공

사에서 농업용 폐비닐을 수거하여 청주 공장

에서 재생원료수지로 재활용하기 시작한 것이

본격 인 폐수지 재활용의 시작이라고 볼 수

있다.

이후 산업체에서 발생하는 스크랩 등의 폐

수지 생활폐수지를 이용하여 재생수지를

생산하는 업체를 비롯하여 정화조 등의 재생

제품을 생산하는 업체들이 폐 라스틱의 재자

원화에 큰 역할을 담당하고 있다. 국내 재활용

업체가 세하고 재활용기술이 취약한 것이 주

요인이지만 손쉽게 구할 수 있는 버진(virgin)

수지를 선호하는 것도 큰 요인 에 하나이다.

이 게 낙후되어 있는 재활용율을 높이기

해서는 폐 라스틱의 수거단계부터 분리․선

별, 원료화 제품 생산단계에 이르는 각각의 단

계에서 핵심 인 요소기술의 개발이 실하다.

재 국내에서는 비교 분리․선별이 용이

한 농업용 필름, 병류, 폴리에틸 테 탈

이트(PET)류, 스티로폼류 등을 수작업에 의

해 종류별로 분리․선별하여 재활용을 하고

있으나 수작업에 의한 경제성 문제, 악취 발생

등 작업환경이 취약하므로 인해 발생되는 인

력수 문제 등이 커지고 있어 폐 라스틱을

종류별로 분리․선별할 수 있는 기술 장치

의 개발․보 이 시 히 요구되고 있다. 따라

서 리사이클을 목 으로 하는 라스틱의 신

속한 별법으로는 근 외선 반사법이 비 괴

분석으로 합하다고 할 수 있다. 실제로 근

외선 반사법의 잇 을 이용하여 일본 구미

에서는 근 외선을 이용하여 라스틱 별장

치의 개발이 이루어지고 있다. 라스틱 폐기

물은 발생원에 따라 공산품, 가정용품 등 그

종류가 다양하다. 따라서 그 형상도 다양하고

색도 투명한 것부터 농도가 짙은 것까지 다양

하다. 한 동종의 라스틱이라도 메이커별

로, 그 이드별로, 첨가물, 용도 등에 따라서

다양한 것이 포함되어 있다. 이러한 다양한 종

류의 라스틱 를 들어 폴리스티 (PS), 폴

리에틸 (PE), 폴리 로필 (PP), 폴리염화비

닐(PVC), 폴리에틸 테 탈 이트(PET), 아

크릴로나이트릴부타디엔스티 (ABS) 등의 실

제 인 스펙트럼 2차 미분처리 스펙트럼으

로부터 여러 종류의 라스틱을 신속하게

별하는 방법으로는 근 외선 반사법이 재까

지는 가장 우수한 방법이다. 분리 선별기술

에는 라스틱에 근 외선(NIR)을 조사해 폐

라스틱을 재질별로 자동 선별하는 시스템이

있다. 근 외선선별기술은 폐 라스틱의 형상,

색상, 첨가제, 두께에 계없이 재질별로 선별

이 가능하며 폐 라스틱 선별 능력을 실증한

결과 PET, PVC, PE 등 6 범용 라스틱에

해 95% 이상의 선별력을 보이고 있으며, 처

리속도에 비해 선별능력도가 96% 이상 우수

한 것으로 명되었다.

2. 물질구조 분광법

물질구조 분석은 물질이 가지고 있는 특성

에 의거하여 분석하는 방법으로 물질이 가지

24 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

Figure 1. 구조해석의 종류에 따른 폐 라스틱의 별기술.

고 있는 구조, 즉 분자 는 원자가 결합되어

있어 외부로부터 에 지를 흡수하거나 는

방출하는데 흡수와 방출시 물질이 가지고 있

는 고유의 자 를 발생하고 있다. 발생되는

자 의 특성은 미세 자 장을 증폭하

여 분 하고 이를 측정 분석하여 물질의 구조,

정성 정량 분석에 응용하여 특성을 악하

고 있다.

물리학의 한 분야로서, 스펙트럼의 장 역

은 NMR, 마이크로 , 외선, 가시 선, 자외

선, X선, 감마선 등을 포함한다. 이 게 분

된 자 의 세기를 특성 장별로 측정하고

분석하여 정량 정성화를 해서는 분

도계를 이용하여야 한다.

구조해석의 종류에 따른 폐 라스틱의 별

기술을 Figure 1에 나타내었다[2]. 이 재

독일 등 선진국에서 실제 사용하고 있는 근

외선에 의한 라스틱 별기술에 하여 알

아보고자 한다[11].

2.1. 이져 에 의한 별기술

미국의 Spectra Code사의 Rapid plastics

identification system (RP-1)은 이져 으로

시험편 의 직경 0.5 mm의 면 부분에서 분

자를 여과시키는 것이다. 이져 은 100 µm

깊이까지 투과하기 때문에 흑색, 고농도 착색

품도 별이 가능하다[3].

2.2. 형 Tracer에 의한 별

APME (Association of Plastics Manufac-

ture in Europe)는 각종 라스틱에 형 tra-

cer를 미리 첨가해 놓고 아크등을 조사해서

별하는 연구를 1999년부터 시작하 다. 무

색, 내열성, 내 , 내후성, 상용성, 안 성의

으로부터 선택된 7종의 형 tracer를 조합

시켜 별하는 기술로 Figure 2에 나타내었다

[3].

2.3. 근 외선에 의한 별기술

근 외선은 0.8～2.5 µm의 장을 가진 빛

으로 외선 에서도 가시 선에 가까운 것

을 말한다. 가시 자외선의 흡수는 주로 외곽

자에 의해 일어나는데 반해, 외선의 흡수는

분자진동에 의해서 일어나는 것이 큰 차이

이며, 결국 가시 선보다는 흡수도가 높고 IR

보다는 흡수도가 낮다는 특징이 있다. 한 최

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 25

Figure 2. 형 tracer의 조합에 의한 별.

근에는 액분석 등 생체계측, 생화학에 한

응용개발에도 응용되고 있다. 분자구조로 탄소

결합과 수소결합을 가진 물질, 즉 C-H, O-H,

N-H, C=O, C=C 구조를 가진 물질에 근

외선 역의 빛을 조사하면 그 구조에 따라

기 진동 배음과 결합음으로 공명을 일으켜

에 지가 흡수된다. 분자 구조의 차이에 따라

장별로 흡수 정도가 달라 장에 한 흡수

스펙트럼이 가능하다. 근 외선 흡수는 외선

흡수에 비하여 매우 미약하며 다수의 배음과

결합음에 의한 흡수가 복되어 복잡한 스펙

트럼을 보인다. 이러한 특징을 이용, 각종

라스틱의 형을 데이터베이스로 등록해 측정

스펙트럼과 비교, 별하게 되는 것이다. 근

외선 분 분석을 사용하면 유리한 으로는

1) 보통 외선 보다 섬유와 결정 에서의

감쇠가 어 섬유 이블의 길이를 늘일 수

있기 때문에 공업 인 계측에 효과 이다. 2)

근 외선 발 장치는 X선 등에 비해 시장에

서 간단하게 구할 수 있으며 보수 검도

용이하다. 3) 근 외선은 외부의 향을 잘 받

지 않아 측정매체로서 신뢰성이 높다. 4) 근

외선 역의 장은 기 진동에서는 거의 침

투하지 않으나 1차 배음에서는 몇 mm까지, 2

차 배음에서는 10 mm 이상 침투한다. 시료에

당한 깊이까지 침투하므로 시료표면의 더러

움과 수분의 향을 받지 않으면서 측정이 가

능하다. 5) 많은 검출소자는 근 외선 역에

서 가장 감도가 높아 다른 장을 사용하는

경우보다 유리하다. 6) 비 괴 분석, 신속한

분석, 처리를 하지 않고 분석, 성분 동시분

석, 고도의 정확도, 액체나 고체를 자동 시료

용기로 분석할 수 있다는 장 이 있다.

분 도계의 구성은 원과 검출기로 크게

구분할 수 있다. 첫 번째로는 물질을 조사하여

복사에 지를 방출시킬 수 있는 원이 구성

되어야 하고 원 종류 세기에 다라 제한

된 물질을 가지고 있는 고유 스펙트럼을 발생

시킬 수 있는 주요 장치의 하나이다. 두 번째

로는 방출된 스펙트럼을 검출할 수 있는 검출

기이다. 검출기는 복사에 지를 기 인 신호

로 변환시켜 특성 스펙트럼 장에 따라 효율

으로 선정 되어야 한다. 제한된 스펙트럼

역을 제공하는 분 기, 복사에 지를 기 인

신호로 변환시키는 검출기, 신호처리장치

독기( 재는 부분 컴퓨터가 이를 신하

고 있음)와 같은 하드웨어부와 각 구성요소의

구종 제어 그리고 검출기에서 출력되는 신

호를 처리하여 목 하는 결과를 얻기 한 소

트웨어부로 구성되어 있다.

3. 근적외선 분광법의 원리

근 외선 분 법(near infrared (NIR) spectro-

scopy)[4,5]은 재 국내의 농업, 제약, 산업체

26 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

Figure 3. 빛의 스펙트럼 분류.

등 실용 인 분야에의 사용이 증가되고 있으

나, 반 으로 보면 국내 학계에서는 리 알

려지지 않고 있다. 그 이유는 국내에서는 주로

근 외선 분 법을 포함한 유기분 분야가

구조분석/확인 등 주로 정상 인 분야에 많이

사용되고 있지만, 정량분석에 사용되어 실용

인 응용 기존분석 방법의 체를 한 연

구가 미흡하 기 때문으로 추측되며 한 새

로운 분석법개발 그리고 완벽한 장 용 응

용으로 완만하게 이루어질 수 있는 산학 동

체계가 미약했던 것으로 단된다. 실제 으로

요즘같이 경쟁이 치열해지는 환경에서 빠르고

간단하며 한 정확한 분석법 개발 용은

경쟁력을 갖출 수 있는 필요 조건 의 하나

이다. 신속한 분석을 통하여 공정제품의 화학,

물리 인 상태를 실시간으로 악할 수 있게

됨에 따라 정확한 공정, 제품 제어를 통한 원

가 감이 가능하며, 한 실험업무의 감소를

기 할 수 있게 된다.

3.1. 근 외선 정의

근 외선(NIR)이란 자외가시선과 외선의

간에 치하고 있는 장 역이며 태양의

복사열에 가까운 외선으로 장 0.8～2.5

µm로 공기를 가열하지 않고 물체에만 (복사)

열 장으로 달되는 단 장의 외선을 뜻

한다. 한 이의 장 역으로서는 400 nm에서

2500 nm이며 외선보다 흡 에 지가 많게는

1,000배에서 10배 정도 작기 때문에 시료를

처리 없이 있는 그 로 측정하기가 용이하다.

NIR의 원리는 측정 상물에 외부 에 지를

가해 상물을 통해 나온 변형된 에 지를

측정함으로써 측정물의 물리 , 화학 정량,

정성분석을 할 수 있으며 이의 특징으로는 시

약 등을 사용할 필요가 없고 시료의 정량, 혼

합, 가열, 추출 등의 과정이 필요 없어 신속하

게 동시에 다성분을 분석할 수 있을 뿐 아니

라 여러 조작과정이 없으므로 기존 분석법보

다 더 정확한 결과를 얻을 수 있다. 한 분석

한 시료를 손상 없이 회수하여 이용 보

는 기타 분석에 사용할 수 있다. 외선은

보통 3 가지의 스펙트럼 역들로 분할된다

(Figure 3). 근, 원 외선 역들 사이

의 경계들은 변할 수 있다. 어떤 장들이 이

들 세 가지 외선 역들에 포함되는가를 결

정하는 주요한 요인은 외선 을 모으기

해서 사용한 검출기에 따른다. 자연의 빛 속에

는 자외선, 외선, 가시 선 등이 항상 존재

하는데, 외선은 인간의 에 보이지는 않지

만 가시 선의 약 1.5배에 해당하는 양이 존재

하며, 인체에는 해가 없다.

그 후 외선 장 온도를 이용하려는 이

론은 1890∼1900년 랭크(N. Plank)에 의

해 흑체이론이 완성되어 외선을 이용한 온도

측정이 가능하게 되었다. 외선은 가시 선

(visiblewave)보다 장이 길고 마이크로 선

(microwave)보다 짧은 보통 0.8∼1000 µm

장 역의 를 말하며, 국제 기표 원회

(IEC)의 용어집에 의하면 외선은 다음과 같

이 Table 1에 분류하 다.

외선은 에 지 달형태의 일종으로 장

범 가 약 0.8∼1000 µm의 장을 갖는

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 27

Table 1. 외선 분류표 <IBC 기 (IEC 용어집 Sect841)>

명 칭 장 구 분

Short wave infrared radaition 약 0.8 µm∼2 µm 근 외선

Medium wave infrared radaition 약 2 µm∼4 µm 간 외선

Long wave infrared radaition 약 4 µm∼1000 µm 원 외선

의 일종이다. 외선방사는 역사 으로 볼 때

1800년 경 국의 월리엄 허쉘(William

Herschel)경에 의해 태양 의 분 시험

색부 보다 장이 긴 부분이 있으며, 인체에

온열효과를 가져오는 장을 발견하 다. 외

선복사는 온도를 가지는(즉, 열을 방사하는)

어떤 물체에 의해서 방출된다. 그래서, 기본

으로 모든 물체들은 다소의 외선을 방출한

다. 물체가 가장 집 으로 복사하는 장은

그것의 온도에 의존한다. 일반 으로, 물체의

온도가 식을 때, 그것은 더 먼 외선 장들

에서 더 두드러짐을 보여 다. 이것은 어떤

외선 장들은 다른 것보다 특정한 어떤 물체

들을 연구하는데 훨씬 더 합하다는 것을 의

미한다. 우리가 에 의한 찰을 제외하고,

가시 선 찰들을 해 사용하는 것과 동일

한 찰 방법들을 사용할 수 있는 약 0.7∼1.1

µm사이의 으로 우리가 이 역에서 찰하

는 외선 은 열(thermal)이 아니다(열복사

에 기인하는 것이 아니다). 많은 사람들은 이

역을 외선 천문학의 부분으로서 간주하지

않는다. 약 1.1 µm 이상에서, 외선 방출은 주

로 열 는 열복사이다. 외선이란 가시 에서

빨강색 바로 에 있는 빛으로서 어로는

“Infrared", 즉 빨강색 바깥이라는 뜻이며,

자기 개념에서 보면 장이 가시 선보다는

길며 마이크로웨이 보다는 짧은 장이다.

그리고 모든 물체는 온도 0 K 이상의 온

도에서는 원자 진동 분자진동을 하고 있으

며 이러한 진동에 의한 에 지 역이 외선

역과 일치한다. 그러므로 외선 역의

는 열과 련되어 있기 때문에 열선이라고 부

르기도 하며, 사실 모든 물체는 항상 외선을

발산하고 있다.

3.2. 근 외선분 법의 개요

근 외선은 가시 선과 간 외선(midi

nfrared)사이에 존재하는 빛으로 800에서 2500

nm (12,000∼4,000 cm-1) 사이에 존재한다. 결

국 가시 선보다는 에 지가 낮고 간 외

선 보다는 에 지가 높다. 근 외선에서의 흡

수는 주로 간 외선에서 유래되는 -CH,

-OH, -NH 작용기의 분자진동에 지의 결합

(combination band)와 배음 (overtone band)

로 나타난다. 결합 와 배음 로 나타나는 근

외선에서의 흡수는 흡 도가 많이 약해지기

때문에 간 외선에 흡수가 강한 -CH, -OH,

-NH 작용기의 정보가 주로 나타나게 된다.

Figure 4에서와 같이 여러 가지 탄화수소의

복합체인 naphtha (석유화학의 기본 원료)의

라만 스펙트럼과 근 외선을 비교하 다.

Figure 4의 근 외선 스펙트럼은 체의 모

양을 나타내기 하여 경로의 길이를 2, 4, 10

nm로 각각 측정한 것이다. 나 타의 라만 스

펙트럼은 다양한 탄화수소의 -CH, -CH2, -CH3

흡수 가 나타나며, 이 흡수 를 근거로 하여

근 외선 스펙트럼에서 나타나는 결합

배음 를 라만 스펙트럼으로부터 계산하 고

그림에 나타내었다. 근 외선에서는 탄화수소

의 경우 1, 2차 배음 와 2개의 결합 가 나타

나며 장의 짧은 쪽으로 갈수록 감도는 약해

지면서 흡수 는 넓어진다. 결국 근 외선 지

역에서 장이 낮은 지역(1100～1650 nm)을

사용할 경우 보통 경로 길이가 10～20 mm 정

도가 가능하며, 반 로 장이 긴 지역(1650～

2500 nm)을 사용할 경우 길이를 1～4 mm 정

28 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

Figure 4. 여러 가지 탄화수소의 복합체인 Naphtha (석유화학의 기본 원료)의 라만 스펙트럼과 근 외선

을 비교.

도로 사용하여야 한다. 2차 배음 흡수 치의

계산은 이론 으로 약간 다르게 나타나게 되

며, 이는 배음 로 갈수록 분자운동의 비 칭

(anharmonicity)이 증가되기 때문이다.

1980년 이 에는 근 외선 분 법에 한

연구가 활발히 진행되지 않았으며 제한된 분

야에서 미국과 캐나다를 심으로 두 의

수분, 소맥의 수분 단백질 함량분석 등 주로

농업분야에 한정 으로 사용되었다. 한 화학

분야에서도 근 외선에서의 정보가 실질 으

로 구조분석 미량분석에 활용되기가 어렵기

때문에 많은 분석 화학자들도 이 분야에 많은

심이 없었다. 그러나 80년 이후 chem-

ometrics라고 불리는 검량법 PC의 발달이

근 외선과 목되면서 근 외선 분 법은 새

로운 분 법으로 떠오르게 되었다. Chem-

ometrics는 통계 다변량 희귀분석법을 포함

하는 검량기법의 총칭으로 띠나비가 넓고

첩이 심한 근 외선 스펙트럼에서도 원하는

조성 물성의 검량이 가능하게 한다. 다변량

희귀분석법은 화학 분야에서는 많이 알려져

있지 않지만 자공학이나 통계학 등에서 많

이 사용되는 방법이다. chemometrics는 어떤

input 자체의 변수의 수가 무 많거나 이론

으로 해석이 쉽지 않아 기존의 일반 희귀분

석으로는 상 계를 찾기 어려울 때 알고 있

는 out-put을 이용하여 in-put과 통계 인 상

계를 만드는 방법이다. 다시 말해서 이론

인 상 계보다는 실험 인 감량기법이라

고 말할 수 있다. 분 분석법에서 in-put은 스

펙트럼에 해당되며 out-put은 조성 는 물성

에 해당된다. 형 인 방법은 multiple linear

regression (MLR), principal component re-

gression (PCR), partial least squares (PLS),

artificial neural network (ANN) 등이 있다.

이와 같이 기존에 일반 인 희귀분석을 이용

해서는 검량이 어려웠던 분야인 근 외선과

chemometrics를 연계함으로써 여러 분야에

응용 활용이 가능하게 되었다. 근 외선분 법

의 가장 요한 핵심은 chemometrics로 이에

한 정확한 이해 활용이 매우 요하다.

3.3. 근 외선 분 분석법의 필요성

농산물의 생산 장 유통 소비에 이르는

과정에서의 품질측정은 종래에는 색, 경도,

윤택, 외형 방향 등 주로 외 검사로 농산

품의 질을 평가할 수 있는 문가에 의해 이

루어져 왔다. 그러나 차 품질의 평가를 주

인 시험보다는 객 이며 과학 인 검사로

치하려는 경향에 따라 학자들은 표 화된

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 29

평가가 가능한 방법, 자동화되고 기계화된 평

가방법을 모색하게 되었다. 근 외선 분 법

(near infra red spectroscopy : NIRS)은 1960년

미국 농무성의 Karl Norris에 의해 농업

분야에서 처음으로 실용화된 후에 많은 응용

범 를 확 하여 농업, 식품 사료분야 뿐만

아니라 재는 화학, 생화학, 화장품, 의학, 석

유화학, 제약, 고분자, 제지 섬유분야까지

리 보 되어 활발히 사용되고 있다. 근 외

선 분 분석법은 정량 정성 분석에 모두

사용할 수 있는데, 우선 정량 분석은 Beer의 법

칙을 사용하여 측정시료의 투과도 반사도

를 가지고 선형방정식을 얻어 사용하는데, 기

지의 시료를 수집 선택하여 시료에 조사된 빛

의 산란 효과를 보정한 후, 희귀분석을 실시

검량선을 유도해 내고 이를 검 후에 용하

게 된다. 분석범 는 화학량뿐만 아니라 일반

인 물리량도 측정할 수 있다.

3.4. 근 외선 분석기기 특징

근 외선 분석기는 정량 정성 분석을 할

수 있으며, 정량 분석은 주로 외선에 비해

작은 에 지 변 를 얻을 수 있는 결합 배

음 이므로 시료를 처리하지 않고 측정할

수 있으나, 상 으로 아주 작은 에 지를

측정해야만 하는 것이 근 외선 분석 장비의

특징이다. 근 외선 분석기를 활용하는 데 있

어서 장범 , 원, 학구조 검출기 등

을 고려해야 한다.

3.4.1. 근 외선 검출기

근래에 들어서 근 외선 센서의 재료를

InGaAs를 가장 많이 사용하고 있다. 통 으

로 사용하던 Vidicon 보다 자가 훨씬 더 많

이 발생되고, sensitivity가 월등히 우수하여 미

약한 근 외선을 충분한 세기로 데이터를 확

보할 수 있기 때문이다. Figure 5는 Vidicon

vs InGaAs type의 detector의 스펙트럼 역

과 세기를 보여 다.

Figure 5. Detector의 스펙트럼 역과 세기.

3.4.2. 근 외선 측정 방법 시료형태

빛을 시료에 조사시키는 방법이 매우 다양

하나 크게 투과 방식(transmission type),

반사방식(reflectance type)과 확산반사 방식

(diffuse reflectance type)으로 나 고 있으며,

이러한 측정방법으로 다양한 학구조와 검출

기가 사용되고 있다. 투과 방식(transmission

type)은 원으로 빛을 시료에 조사해 투과한

빛을 집 해 계측한다. 이 방법은 투명한 시

료에 사용할 수 있으며 량이 많으므로 안정

된 별이 가능하다. 부분의 분 분석이 이

방법을 채용하는데 특히 액체를 취 하는 경

우에 효과 이다. 그러나 불투명한 물체와 흑

색 등 빛을 투과하지 않은 물질에는 사

용할 수 없다.

반사방식(reflectance type) Figure 6은 원

으로 빛을 시료에 조사해 난반사된 빛을 집

해 계측한다. 반사 이기 때문에 량이 어

투과 방식보다 식별이 어렵다. 불투명한 물

질에도 용이 가능한데 투과 방식과 마찬가

지로 반사가 약한 흑색의 경우는 검출이 불가

능하다.

확산반사 방식(diffuse reflectance type)

Figure 7은 고 인 분 법에서 분석자들은

원(가시, 자외 는 외), 단색화 장치(

리즘 는 회 발 장선택기), 일정량의 시료

용기(유리, 석 , 염의 큐벳)와 시료에서 나오

는 량을 측정하기 해 검출기( 다이오드,

30 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

Figure 6. 투과방식.

Figure 7. 반사방식.

자 증배 , 는 볼로미터)로 구성된 장비

를 사용한다. 이것의 분 측정은 직사 혹은

투과 을 이용하는 것이 일반 이다. 만약 투

과 측정시 시료가 탁하거나 불투명하거나 흡

도가 무 높을 경우 다른 측정법을 써야

하는데 이때 확산반사가 가장 효과 이다. 확

산반사에서 입사 선은 표면에 수직으로 부딪

친다. 선은 시료를 투과하고 모든 방향으로

(확산) 반사하거나 거울같이 조사방향의 180

도로 직 반사도 한다(Figure 8 참조). 그러나

이러한 직 반사는 우리의 목 상 필요 없는

정보이므로 무시한다. 유용한 정보해석을 한

반사각의 정확한 상 도에 한 선구 인 연

구가 확산반사 검출기를 해 최 의 기하학

설계를 할 수 있게 했다. 이러한 연구결과

로 스펙트럼 방사선 (복사선)에서 최 의 비

율을 갖는 확산반사의 검출기는 45도 각도를

유지하는 것이 가장 효과 이라는 것을 밝

냈다.

Figure 8. 확산반사방식.

투과와 반사, 모든 흡수된 방사선 측정은

Beer/Bougier/Lambert법칙으로 정의할 수 있

다. 시료에 부딪치는 은 입사 혹은 원래의

세기 Io와 시료에서의 빛의 흡수에 의한 시료

세기 Is로 생각할 수 있다.

원래의 에 지와 통과된 에 지의 비를

투과도 (T%)라 하며, 여기서 T는,

투과도 : T = Is/Io

투과도 T는 농도에 비례하지 않고 로그함수

인 계를 갖기 때문에 곧 바로 사용하기는

어렵다. 여기서 흡 도는 투과도의 마이 스

로그함수에 비례하므로, 이에 흡 도를 A라

하고, 이것을 방정식으로 하면,

흡 도 : A = -log T = log 1/T

이와 같은 원리를 이용하여 투과도 신 반

사도 R을 용할 수 있다. 반사도는 시료에서

확산반사된 것과 흡 하지 않은 확산반사 표

물질(일반 으로 백색세라믹)을 가지고 측

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 31

정된다. 이에 반사측정은 시료에 투과된 빛이

없는 (무한 로 두꺼운) 상태라면 Beer's 법칙

은, 흡 도 : A = log 1/T이다.

이상과 같이 액상시료는 주로 투과로 고체

상의 시료는 반사를 원칙으로 하고 있으나 측

정 장 시료의 형태에 따라 그 측정법을

달리할 수 있다. 를 들어 곡물을 분쇄없이

있는 그 로 측정하기 해서는 일단 측정

장의 경로가 긴 쪽을 선택 빛의 산란을 최소

화 시키고 투과깊이를 많이 할 수 있는 2∼3

차 배음 를 선택하여 측정하여야 한다. 이때

는 투과를 측정하며 장 역은 700～1400

nm 정도가 당하다. 혼탁한 액상인 경우(

탁액)는 액상 속에 있는 고형물의 흡수를 많

이 하기 때문에 투과 측정시 포화되면서 산란

형상이 크므로 이는 반사를 측정하면 좋은 결

과를 얻을 수 있으며, 이와 같이 시료의 양태

에 따라 측정법을 달리하면 넓은 범 에 정확

하게 이용할 수 있다.

3.5. 정량 정성 분석을 한 데이터 처리

3.5.1. 산란 보정 수처리

산란 보정 수처리 목 은 일반 으로 시

료에 조사된 빛의 산란효과를 일차 으로 보

정을 해주며, 희귀분석의 변수를 이고, 검량

선을 안정하게 하는 필수 인 도구로써 시료

를 처리 해주는 효과와 크로마토그래피의 컬

럼처럼 분리해 주는 효과를 발휘할 수 있다.

근 외선 흡수스펙트럼의 특징은 피크들이

넓고 첩되어 있으며, 한 시료의 도, 온

도, 입자의 크기 등의 차이로 인한 산란차에

의해 바탕선(baseline)의 변화가 발생하게 된

다. 이런 변화는 분석시 많은 오차를 유발하는

데, 이러한 문제들은 수처리법을 통해 와 같

은 변화를 보정해주고, 희귀분석시 변화를

이며, 검량선을 안정하게 하여, 정량 정성

분석의 필수 인 도구로 사용되고 있다. 산란

보정은 SNV, Detrend, MSC 등이, 수처리 방

법은 Derivative, Smooth, Kubelka- Munk 등

여러 가지가 있으며, 경우에 따라 달리 사용할

수 있다.

3.5.2. 정량 분석 다변량 분석

근 외선에는 흡 도의 변 가 화학 물리

성질의 변 에 비해 극히 미약하기 때문에

다양한 다변량(multi variant)희귀분석법이 사

용되고 있다. 주로 사용되는 방법은 다 선형

희귀법(multiple linear regression, MLR)

[6,7], 주성분분석법(principal component an-

alysis, PCA), 부분최소제곱법(partial least

squares, PLS)등이 사용된다. 다 선형희귀법

은 보통 시료의 구성이 단순할 때 유용하며

측정성분이 독특한 흡수 우리가 있을 때 장

이 있다. 이때 여러 장의 흡 도의 변 가

원하는 측정성분의 변 에 비례하도록 감량선

을 만든다. 주성분분석법이나 부분최소제곱법

은 흡수 들의 첩으로 스펙트럼이 복잡하고

분석이 어려운 경우 많이 사용된다. 이 방법은

스펙트럼으로부터 측정성분과 련이 있는 인

자(factor)들을 도출하여 그 인자들을 기본으

로 성분변화를 검량하는 방법으로 여러 장

의 변 를 다 변형법을 이용하여 측정성분의

변 를 찾아낼 수 있다. 이 외에 최근에는 인공

신경회로망(artificial neural network, ANN)을

이용한 방법도 등장하여 사용되고 있다.

3.5.3. 정성 분석

근 외선에서 정성 평가법은 외선과는 달

리 시료의 처리 없이 손쉽게 정성 평가가

가능하므로 기존 IR을 사용 정성 평가를 하는

데, 주로 시료 처리에 소요되는 많은 시간과

비용을 최 로 감할 수 있으며, 한 수

내의 빠른 정성 평가를 함으로써 제품 혹은

연구에 최 의 feed back을 할 수 있기 때문

에 그 유용성은 범 하다. 로그램에서 정

성 방법은 스펙트럼 조법의 상 도 거리

로 측정할 수 있는데 이것은 IR에서 리 잘

활용되고 있는 방법으로 벡터합성을 통한 스

펙트럼 조법을 쉽게 사용할 수 있고, 한

32 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

주성분을 분석하고 그 거리를 이용하여 정성

평가할 수 있으며, 능기의 특성이나 피크,

기지 시료와 미지 시료의 스펙트럼 비교분석

혹은 화학 , 수학 인 스펙트럼의 분리 등으

로 확인분석을 하고 있다. 정성 분석은 성분이

이미 알려진 기지시료의 스펙트럼과 미지시료

의 스펙트럼을 조하여 분석하는 분석방법이

다.

3.6. 근 외선 분 법의 장

근 외선 분 법의 장 은 근 외선의 흡

도가 낮고 에 지가 외선보다 높기 때문

에 투과도(transmission)가 높아 시료의 두께

에 큰 향 없이 스펙트럼 측정이 가능하며,

과거 외선에서 사용된 시료들을 처리

없이 분석이 가능하다. 액상시료일 경우 투과

도를 이용해 근 외선 역에서 사용가능하

며 경로길이(pathlength)는 보통 1～20 mm

정도로 사용한다. 외선에서 액체를 측정할

경우 시료를 박막으로 만들어야 할 뿐만 아니

라 경로길이의 조 을 해서 매우 신 해야

한다. 그러나 근 외선에는 경로 길이를 훨씬

두껍게 사용 가능함으로 시료 처리 온라인

화가 매우 용이하다. 고체일 경우 주로 반사도

(reflectance)로 측정한다. 와 같이 외선

에서의 분자진동 정보를 얻을 수 있는 동시에

시료를 비 괴로(non-destructive), 처리 없

이 다성분(multi-component)을 동시에 신속하

게 분석할 수 있다.

다른 장 은 근 외선의 반복 재 성

이 매우 우수하다는 이다. 근 외선분 기

내부의 구성요소(monochromator, detector)는

섬유 통신의 발달에 의하여 그 성능이 매우

안정이다. 섬유 통신은 근 외선을 사용하기

때문에 이와 계된 구성요소 기술의 발달로

반복 재 성이 우수한 근 외선분 기를

만들 수 있도록 큰 역할을 하 다. 따라서 반

복 재 성이 우수하고 기기가 매우 안정 이

므로 일당 검량식만 완벽하게 만들면 오랜 기

간 사용이 가능하며, 기기의 유지보수 노력이

크게 필요치 않습니다. 한 섬유(optical fi-

ber)를 사용해 분 기로부터 근 외선을 원하

는 장소까지 인도하여 시료를 분석할 수 있다.

즉 섬유를 사용함으로써 분석기는 안 한

실험실 는 제어실에 놓고, 동시에 섬유

Probe는 유독하거나, 방사능 물질, 폭발성 있

는 장소에 설치함으로써 원거리 분석(remote

analysis)이 가능하다. 이런 원거리 분석은 산

업체에서 공정제어 최 화를 한 on-line

는 in-line분석기로 훌륭한 장 을 가지고

있다.

3.7. 근 외선 분석법의 용 황

일반 인 NIR응용은 곡류나 기타 가공과정

에 따라 조성이 다양해지는 시료의 단백질, 섬

유질 는 탄수화물 등의 함량 측정에 이용된

다. 달법이 시료의 분해에만 걸리는 시간이

몇 시간 단 인데 반하여, NIR분석법으로 연

속 인 모니터링을 할 경우 몇 단 의 시

간만이 소요되므로 보다 빠르고 정확한 결과

를 얻을 수 있다. 화학 조상의 패턴에 기

하여 재료의 산지를 알아내는 방법과 외 과

성분에 근거해 시료의 산지를 추 하는 방법

에 한 연구가 용되고 있는데 NIR에 의해

나타난 패턴에 맞추어 으로써 어떤 시료의

기원을 밝히는 방법이 연구되고 있다. 를 들

면, 오 지 쥬스의 품질 리시 NIR 분석으로

모델을 세운 후, 서로 다른 군의 오 지 쥬스

의 패턴을 비교해 보아 각각 그 생산지역이

다름을 알아낼 수 있다고 보고되어 있으며, 나

아가 화학 조성을 이용하여 서로 다른 국가

에서 생산된 과일인지의 여부까지도 추 해

낼 수 있다는 연구도 보고되었다. 비슷한 분석

기법으로 원료의 재배지역을 구분할 수다는

연구도 있다. 무한 경쟁시 , 정보화 시 를

맞이하여 경쟁이 심화되고 있는 상황 속에서

새로운 기술의 개발습득은 승패를 결정하는

요한 요소로 떠오르고 있다. 신속하고 정확

한 분석은 업무의 능력을 배가할 뿐만 아니라,

비용 감, 생산량 증 에도 크게 기여할 것이

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 33

다. 이런 에서 근 외선 분 법은 기존의

많은 분석법의 문제를 모두 해결해 것이며

그 이용도는 더욱 더 첨단화되고 다양해질 것

으로 기 된다.

4. 폐플라스틱 분리선별기술 개발현황

정부에서는 2004년 이후 폐 라스틱을 함유

한 물질의 소각과 매립을 법으로 규제하고 있

으며, EPR 제도의 시행으로 폐 라스틱 재활

용의 필요성이 가 되고 있다. 폐 라스틱은

혼합 재질의 경우 물질재활용 재질 특성이

하되어 반드시 재질분리 기술개발이 선행되

어야 한다. 특히 PVC재질의 경우 Cl, DEHP,

왁스 등이 함유되어 있어 제조과정이나 매립

시 염화수소, 다이옥신, 속, 독성첨가물 등

이 함유되어 환경 유해성이 심각한 것으로 알

려져 있다. 한 다량의 첨가물들로 인하여 열

분해가 심하게 일어나거나 새로운 화합물이

생성되어 재활용을 어렵게 만들고 설비 장치

등의 부식문제를 야기시키고 있다. 재 폐

라스틱 재활용은 부분 수선별에 의해 처리

되고 있으나, 각 분야별 폐 라스틱 재질분리

기술의 연구가 활발히 진행되어 큰 발 이 이

루어지고 있다. 폐 라스틱을 재자원화 할 수

있는 물리 선별법은 정 선별, 건․습식 비

선별, 부유선별, 색선별 그리고 분 법 등이

있다[8].

4.1. Algorithm 연구를 통한 성분인식 S/W

근 외선 흡수스펙트럼은 피크들이 넓고

첩되어 있으며, 시료의 도, 온도, 입자크기

등의 차이로 인한 산란(scatter)에 의하여 기

선(baseline)의 변화가 발생한다. 이러한 기

선의 변화는 NIR 스펙트럼 분석시 많은 오

차를 유발하므로 수처리(mathematical treat-

ment)와 처리(preprocessing)를 통하여 산

란효과를 보정할 수 있다. 스펙트럼의 산란 효

과의 보정은 스펙트럼의 변화를 여 검량선

을 안정되게 하므로 정량, 정성 분석에서 필수

인 도구로 사용된다.

4.2. 수처리(Mathematical Treatment- Derivative)

가장 많이 쓰이는 처리 기법 의 하나로

서 미분함으로써 스펙트럼의 변화는 증폭되고,

결국 바탕선 변화는 미분을 통하여 제거 가능

하다. 두 개 이상의 흡수 가 약간의 장 차

이로 겹쳐진 경우에도 흡수 의 확인이 용이

하다. 스펙트럼이 장에 하여 민감하게 상

승하는 부분에 감추어진 약한 흡수 의 확인

이 가능하다. 미분치와 농도간에 직선성이 성

립하므로 배후 물질이 존재하면 정량분석이

용이하다. 미분 스펙트럼은 원시 스펙트럼과

달리 스펙트럼 자체의 분석이 어렵고, 미분 간

격 등의 변화에 따라 스펙트럼 피크의 치가

변화하므로 분석시 상당한 주의를 요하는 단

이 있다. 잡음이 많은 스펙트럼에 미분법을

사용할 경우 잡음을 증폭시켜 정량성에 나쁜

향을 주기 때문에 이런 경우는 사용하지 않

는 것이 좋다. 이 방법에는 GAP법과 Savitsky-

Golay법이 있다. GAP 미분법(Figure 9)은 스

펙트럼 곡선을 여러 개의 조각(segment)으로

분할하여 평균을 구하는 것은 Savitsky-Golay

법과 유사하지만 각 조각 사이에 일정한 크기

의 간격을 둠으로써 미분의 효과를 높이는 방

법이다.

4.3. 처리(Preprocessing -Multiplicative Scatter

Correction (MSC))

고체 시료를 측정하 을 경우 주로 사용한

다. 고체 시료의 경우 시료의 비균일성 때문에

스펙트럼 재 성이 떨어진다. 특히 빛의 산란

(Scatter)은 장에 따라 일정하지 않아 바탕

선의 이동, 기울기 변화, 그리고 심할 경우 곡

선 형태의 바탕선도 발생하게 된다. 산란 상

등이 없는 이상 인 스펙트럼이 있으면 이를

이용하여 보정을 해주면 되지만, 실질 으로

이상 인 스펙트럼을 얻는 것은 불가능하다.

따라서 이상 인 스펙트럼 신 자료 set의 평

34 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

Figure 9. 수처리 방법에 의한 스펙트럼 변화.

균 스펙트럼을 계산한 후 이를 이용하여 보정

한다. 자료 set 내 각 스펙트럼의 장별 흡

도들과 평균 스펙트럼 흡 도와의 상 계를

구하기 해 회귀분석을 이용하여 기울기와

편을 구한다. 자료 set 내 각각의 스펙트럼에

구해진 기울기를 빼주고 편을 나 어주어 스

펙트럼을 보정하게 된다. MSC 방법(Figure

10)은 스펙트럼 변화와 농도간에 선형 계가

존재할 때만 사용하여야 하고, 시료들이 화학

으로 유사한 경우 좋은 결과를 다.

4.4. Algorithm을 용한 성분인식 Software

Boland C++를 이용한 software를 선행 으

로 처리된 modeling 기법에 의한 성분인식 스

Figure 10. 처리 방법에 의한 스펙트럼 변화.

펙트럼의 비교방식 용하여 처리 과정으로

3가지 성분(PET, PE, PVC)의 modeling 작

업 수행 작업을 하 고 이를 바탕으로 model-

ing된 데이터의 데이터베이스화 작업 수행결

과를 가지고 폐 라스틱 선별분리장치에 용

하 으며, Figure 11은 일반 인 라스틱의

근 외선 흡수 스펙트럼을 나타내었다.

4.5. 원천기술을 목한 외선 분 분석법

자식 학필터는 실시간으로 성분을 분석

하는 시스템의 가장 핵심이 되는 부품 의 하

나이다. 실시간 으로 인식하여 처리하는 시스

템에서 가장 빠른 시간 내에 grating을 하여

detector에 을 보내 수 있는 장치이다. 본

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 35

Figure 11. 일반 인 라스틱의 근 외선 흡수 스펙트럼.

개발에서 용된 필터는 응답속도 2.5 sec를 갖

는 필터를 개발하 다. 아래의 Figure 12는 근

외선 원리 기본 장치를 나타낸 것이다.

5. 근적외선 분광에 의한 플라스틱 선별

분류 국내⋅외 동향

5.1. 독일 L사의 근 외선 별장치

라스틱 별용으로 두 가지 기종이 제품

화되어 있다. 모두 반사방식을 채용하고 있으

며 기본원리는 동일하며 주요부품도 공통으로

사용하고 있다. 한 가지는 가변식으로 시료에

직 조사하거나 근사거리까지 근하지 않으

면 식별이 불가능한 형식이고 다른 한 가지는

비 식으로 시료에서 300 mm 정도 떨어져

도 사용할 수 있으며 주로 선별기에 포함되는

형식이다. 검출시스템의 구성은 원으로는 근

Figure 12. 근 외선 원리 기본 장치.

외선 역의 빛이 발생하는 할로겐 램 를

사용한다. 검출 헤드에 50 W짜리 할로겐 램

4개를 축이 집 되도록 각도를 맞춰 배

치해 빛의 강도를 높 다. 반사 은 최종 검출

치를 심으로 치한 즈를 통해 섬유

에 집 된다. 이때 상물의 표면형상, 습기,

더러움, 첨가물, 색 등은 장해요인이 되지 않

36 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

Table 2. 독일 L사의 기기사양

측정 방법 근 외선 반사․분 방식, 비 에 의한 비 괴 측정

측정 시간 0.001 s

측정 조건 표면형상, 습기, 더러움, 첨가물, 색은 측정 장해가 되지 않음

측정 면 최소 직경 40 mm

측정 거리 300～350 mm

상 물 PE (Polyethylene), PP (Polypropylene), PET (Polyethyleneterephthalate), PS (Polystyrene),

PVC (Polyvinyl chloride), PA (Polyamide), ABS (Acrylonitrile butadiene styrene copolymer),

PMMA (Polymethly methacrylate), PC (Polycarbonate), PUR (Polyurethane) etc.

는다. 이런 식으로 모여진 반사 은 최고 3 m

까지 연장 가능한 섬유 이블을 통해 본체

에 설치된 optical analyzer로 도입된다. 섬

유 이블로는 근 외선 역에서 달손실이

은 특수한 재질의 물질을 사용한다. Optical

analyzer는 분 기 근 외선 검출소자로 구

성되며 섬유에서 나온 반사 은 분 기(회

격자)에 의해 각 장으로 분해된다. 시스템

특징은 분 기와 검출소자의 특이한 설계에

있는데 이 부분이 데이터 해석법과 함께 고속,

고감도와 고안정성을 발휘한다. 빛의 강약은

검출소자로 인해 아날로그 변환이 이루어져

기신호가 되며, 앰 로 증폭된 후 디지털 신

호로 변환되어 공업용 컴퓨터에 보내진다. 컴

퓨터에서는 각 라스틱 별로 다른 스펙트럼

선 그래 를 우선 디지털화하고 데이터베이스

로 메모리에 기억시켜 두며, Table 2는 독일

L사 기기사양을 나타낸 것이다.

그리고 측정한 스펙트럼 선 그래 데이터

와 비교해 라스틱의 종류를 식별한다. 이 부

분은 식별정 도와 속도에 향을 미치는

요한 부분으로 유사한 스펙트럼 선 그래 의

차이를 어떻게 식별할 것인지에 따라 각사는

여러 가지 방법을 채용하고 있다. 이 라스틱

식별장치는 19종류의 라스틱이 등록되어 있

으며 그 데이터베이스는 자유로운 변경이 가

능하다. 한 종류의 라스틱이라도 각종 첨가

제 등에 의해 몇 종류의 패턴으로 나뉘어 지

는데 각 패턴을 등록해 한 그룹으로 표시하는

것이 가능하다.

5.2. 노르웨이 T사 근 외선에 의한 선별 시스템

노르웨이의 T사는 1993년도 설립되어 근

외선 분 기(Figure 13)를 최 독일에 매

한 이후 독일의 DSD에 량의 장비를 납품하

다. 재까지 약 400여 가 독일에 납품되어

사용되고 있다. 독일에서의 라스틱 재활용

선별은 부분 자동화 설비에 의해서 운용되

고 있으며, 그 수요가 차 으로 증가하고 있

는 추세이다. 본 제품은 특성은 하드웨어 인

방법으로 제품의 성분을 분석하는 기법을 사

용한다. 즉 검출기의 각 검출부분의 외선

역 에 설정된 값의 신호가 포착되면 이미

만들어진 데이터와 비교하여 성분을 인식하는

기법이다. 따라서 본 시스템을 용하면 라

스틱 성분별로 각각의 시스템이 필요하다. 즉

PET, PP, PS, PP 등 4가지의 성분을 분석하

기 해서는 4 의 분석기가 필요하다. 그러나

하드웨어 인 방법으로 성분을 분석하기 때문

에 좀 더 정 한 라스틱 성분을 분석할 수

있는 장 이 있으나, 국내에서와 같이 작은 규

모의 업체에서 사용하기 해서는 부담이 가

는 액이 산출된다.

5.3. 일본 O사의 근 외선 별장치

라스틱 종류별 별기( 식 Figure 14)

로서 근 외선 분 방식 즉 반사․흡 스펙트

럼을 해석하는 방식으로 표 15종류(option에

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 37

Figure 13. 노르웨이 T사의 제품 도식(1. Scanner,

2. conveyor belt with input material, 3. air jets, 4.

second transport system with ejected material and

5. residual fraction).

Figure 14. 일본 O사의 라스틱 별장치( 식).

Figure 15. 라스틱 별장치 구성도.

Figure 16. Acousto-Optic tunable filter (AOTF).

Figure 17. TeO2의 모식도.

Figure 18. NIR spectra 비교.

따른 증감)를 선별하는 장치이다. 활용분야로

는 폐 라스틱의 리사이클 분별, 제품재질의

체크 재생 공정의 제어 등에 이용된다. 분

방식은 grating 방식이 아닌 AOTF 방식을

사용한다. 제품의 사진, 장치의 구성도, 분 방

식, NIR-Spectra 등을 각각 Figure 14, 15, 16,

17, 18에 나타내었다[9,10].

5.4. 호주 R사의 근 외선에 의한 선별시스템

호주 R사의 근 외선 선별시스템은 라스

38 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

Figure 19. 호주 R사의 근 외선에 의한 선별시

스템.

틱 용기를 재질과 색상별로 인식하여 서로 뒤

섞여 조성이 균일하지 못한 각각의 스트림을

선별하여 낮은 오염도 수 으로 내려 다.

하나의 스테이지 내에 근 외선(near IR)

가시 선 분 학을 사용한다. 각 라인에서

당 5개의 라스틱 병을 선별해내는데 이는

시간당 0.8에서 0.9톤의 라스틱을 선별할 수

있는 처리 능력을 지니고 있다. 여러 라인을

동시에 활용하게 되면 그 처리 용량이 늘어날

수 있다.

5.5. 국내 이오니아 E&T사의 근 외선에 의한 선별

시스템

사용 후 폐기되는 라스틱의 재활용률은 일

본 50%, 독일 65% 등 선진국에 비해 약 20%

로 매우 조한 실정이다. 이는 독일, 일본에

비해 련 기술 인 라가 부족하기 때문이

다. 폐 라스틱을 단순히 소각하거나 매립할

때 자원의 낭비는 물론 많은 환경오염을 유발

하므로 자원으로의 재활용 핵심기술 개발 보

이 시 하다. 생활계 폐 라스틱과 같이 다

양한 재질이 섞여 있는 라스틱을 그 로 혼

Figure 20. 근 외선에 의한 선별장치(이오니아

E&T 설비).

합해 재활용하면 물성이 히 하되므로

재질별 분리선별기술이 반드시 선행 으로 개

발되어야 한다는 문가들 의견이 있어 2003

년부터 과학기술부와 환경부가 공동으로 참여

하는 21C 론티어연구개발사업으로, 자원재

활용기술개발사업단이 지원하에 폐 라스틱 재

질별 건식선별장치가 개발하여 국내에 보 하

고 있으며 기술수 은 국내외 인 선진기술에

해 선별분리능이 손색이 없는 것으로 나타

났다. 국내에는 양시, 용인시 등 폐 라스틱

을 재질별로 자동 분리하는 시설이 설치 운

하고 있어 국내 폐 라스틱 자원 재활용율을

향상시켜 것으로 기 가 되고 있다. Figure

20은 국내에서 개발된 근 외선을 이용한 선

별분리장치의 경사진이다.

6. 기타 근적외선 분광선별 장치의 농업

분야 적용

6.1. 가시-근 외선 투과 스펙트럼을 이용한 사과

내부 결합의 비 괴 검출

사과의 내부 품질은 당도, 산도, 내부결합,

숙도, 경도 등에 의해 정된다. 이 연구는 가

시 근 외선 역의 투과스펙트럼을 이용

하여 사과의 내부 부패, 갈변, 병 등 내부

결함을 검출하기 한 알고리즘을 개발하기

KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 39

한 목 으로 수행되었다. 시료로는 장된 후

지사과를 사용하 으며, 내부결함(부패)과는 시

에서 많이 구할 수 없어 정상과에 부패균을

주사기로 주입하여 만들고, 정상과 50개와 내부

결함(부패)과 50개를 사용하여 500～900 nm

역에서 투과 에 지 스펙트럼을 획득하 다. 부

패된 시료의 검출을 해 일차 으로 spec-

trum data의 노이즈와 산란의 향을 이기

한 처리(평활화 산란보정 standard normal

variate (SNV)를 수행한 후 특정 피크 장에서

투과 에 지의 비, 두 피크사이를 잇는 직선의

기울기, SIMCA (soft independent method of

class analogy)법 등을 사용하 다. 처리된

스펙트럼은 640 nm, 750 nm 810 nm에서

우리를 나타냈으며, 640 nm와 810 nm에서

의 우리 값의 비를 이용하여 건 한 사과와

내부 부패 사과를 별할 수있다. 건 한 사과

의 경우 이 값은 부패된 것 보다 크게 나타냈

으며, 별율은 96.6% 다. 한 715 nm에서

의 우리 지 과 810 nm 우리 지 사이를

잇는 직선의 기울기를 이용하여 부패 사과를

검출한 결과 건 한 것일수록 기울기의

값이 크게 나타났으며 별율은 99% 다. 이

와 같은 상은 부패됨으로 인해서 사과 내부

에 수분이 증가하고 물의 흡수 장인 760 nm

부근에서 흡 도의 차이에 기인하는 것으로

추정된다. 정성분석을 근거로 하는 SIMCA법

을 이용한 경우 부패된 과일과 정상과일을 완

벽하게 별 가능함을 알 수 있었다.

6.2. 우수농산물 리제도인증과 선별

우수농산물 리제도(good agricultural pr-

actices : GAP)는 농작업에 참여하는 생산자

농산물 취 리자가 안 한 농산물을 소

비자에게 공 하기 하여 농산물의 생산

단순 가공 과정에서 오염된 물 는 토양, 농

약, 속, 유해 생물 등 식품안 성에 문제

를 발생시킬 수 있는 요인을 종합 으로 리

하는 일련의 제도를 말한다. 정부에서는 2013

년 까지 농가의 10%까지 GAP 이행율을

확 시켜 나갈 계획에 있다. 재 마련 인

우수농산물 생산을 한 리지침으로서 2004

년도에 필수 70항목, 권장 70항목, 2005년도에

는 필수 97항목, 권장 73항목을 설정하여 시범

사업에 용하 다. 후 그동안 복되거나

지키기 어려운 항목을 실성 있게 수정하여

총 92개로 이루어진 필수 항목을 설정하고,

후 권장 항목을 추가로 설정하여 보완 할

정이다. 이 지침서의 주요 내용으로는 농산물

이력추 제 실시여부, 종자 목 선정, 재

배 토양 리 등을 비롯하여 농자재 리, 비

료의 선택 양분 리, 개, 작물 보호

농약 사용, 수확작업, 수확 후 리, 산지유통

센터 시설기 , 쓰 기 유해물질 리, 작

업자의 건강, 안 , 복지, 환경문제, 교육에

한 내용을 규정하고 있다. 다시 말하면, GAP

의 인증을 받기 해서는 GAP 련 교육을

이수한 농업인이 소정의 규정을 수하면서

생산한 농산물에 하여 규정을 만족하는 시

설에서 이력추 제를 실시할 수 있도록 농산

물을 생산해야 한다. GAP 이행율이 높아지면

서 산지유통센터의 역할도 그만큼 커지게 될

것 이며, 여기에 추 인 역할을 하는 선별시

스템도 산지유통센터의 시설 기 에 맞도록

설계되어야 한다.

7. 결 론

우리나라 라스틱의 처리는 부분 소각이

나 매립에 의존하기에 비산먼지 발생이나

속 등의 오염을 야기하는 등의 2차 인 환

경문제를 일으킨다. 이에 라스틱의 사용을

자제하는 방법과 폐 라스틱의 재활용과 라

스틱 소각시 발생하는 유효 발생 물질회수에

더욱 많은 기술 개발, 투자가 필요한 실정이다.

국내 한 해 동안 생산되는 라스틱량은 세

계 4 이며, 배출되는 폐 라스틱은 297만톤

인데 반해 재활용되는 라스틱은 약 26%인

78만톤에 불과한 실정이다. 환경 측면에서도

40 공업화학 전망, 제10권 제3호, 2007

선별되지 못한 라스틱은 량 소각이나 매

립돼 자원 낭비가 심한 상황이다. 근 외선 분

법을 이용한 폐 라스틱 분리선별장치를 이

용하면 고순도 재활용품을 원료로 재사용해

외화 감에 크게 기여할 것으로 보이며, 한

과거 인력에 의존하던 폐 라스틱 분리를 탈

피함에 따라 열악한 환경에서 근무하지 않으

려는 사회 상과 생산성 하에 따른 자원

낭비를 최소화할 수 있게 다. 기존에 사람의

손으로 직 폐 라스틱을 종류별로 분리하는

방법에 비해 이 기술은 인건비를 60% 이상

감할 수 있으며, 재활용품 선별률도 기존수

선별에 비해 35% 이상으로 높아 경제 이익

이 높일 것으로 단되며, 이상에서 설명한 바

와 같이 이번에 개발된 기술은 IT와 ET가 연

계된 표 융합기술로서 재의 폐기물 재

활용기술의 가치 보 성을 한 차원 높일

수 있는 계기를 부여한다는 측면에서 단히

요한 의미를 갖는다고 평가될 것이며, 국내

의 지방자치단체는 물론 앞으로 국과 동남

아 등 국외시장에도 진출해야 될 것으로 단

된다.

참 고 문 헌

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J. K. Park, J. of Korean Inst. of Re-

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KIC News, Volume 10, No. 3, 2007 41

% 자 소 개

최 형 기

1981 한양 학교 공업화학과 학사1985 한양 학교 공업화학과 석사1990 한양 학교 공업화학과 박사1981∼1991 (주)한화, 세원 자 등1992∼1999 산업자원부 기술표 원

공업연구 2006∼ 재 산업자원부 기술표 원

표 기술지원부 부장

이 용 무

1981 단국 학교 학사1986 단국 학교 공업화학과 석사1995 단국 학교 공업화학과 박사1981∼ 재 산업자원부 기술표 원

공업연구

허 준

2001 청운 학교 신소재응용화학과 학사

2003 단국 학교 고분자공학과 석사

2003∼ 재 산업자원부 기술표 원 연구원

강 두 환

1969 단국 학교 화학공학과 학사1971 서울 학교 화학공학과 석사1975 서울 학교 공업화학과 박사1983∼1984 미 인디애나 Purdue University

교환 교수1999 단국 학교 제3공학부장1976∼ 재 단국 학교 고분자공학과

조교수, 부교수, 교수

서 강 일

1996 서울산업 학교 자공학과 학사

1998 한양 학교 자공학과 석사1992∼1997 거산 자 표이사1997∼2000 테크밸리 연구소장2000∼ 재 (주)이오니아E&T 표이사