1.서 론
소화기는 크게 분말소화기, CO2소화기, 할로겐화합물소화기, 자동확산소화기로 분류되어 사용되고 있다. 분말소화기는 소화약제로는 제1인산암모늄(NH4 H2 PO4)을 소화약 제로 사용하여, 현재 가압식소화기의 경우 충전압 이상으로 약제 방출이 어려울 수도 있고 폭발가능성의 이유로 제조는 중단이 되었고 축압식으로 사용되고 있으며 가장 많이 보급되어 사용되고 있는 상황이다. A급, B급 및 C급 화재 모두 사용이 가능한 초기화재에 효과적으로 대응이 가 능한 소화기로 사용되고 있다(1-3). 그리고, CO2 소화기는 CO2를 소화약제로 사용하여 분말소화기에 비해 가격이 비싸고, B급과 C급화재에 대응이 가능한 소화기로 사용되고 있다. 또한 할로겐 소화기는 할론1211(CF2 CLBr), 할론2402 (C2 F4 Br2), 할론1301(CF3 Br)등과 같은 소화약제를 이용하여 B급, C급 화재에 대응하는 소화약제로 사용되고 있지만, 오존층을 파괴하는 물질로 규제되어 있어, 현재는 거의 사용이 제한되어 있는 상황이다(4). 마지막으로 자동확산소화장치는 주방이나 보일러실에 설치되고 있으며, 소화약제는 제1인산암모늄(NH4 H2 PO4)을 소화약제로 사용하여 밀폐된 공간에 고정시켜 화재 시 자동으로 소화약제가 확산하여 소화하는 장치이다(5). Figure 1에서는 각각의 소화기의 모습을 보여주고 있다.
이와 같은 소화기 종류 중, 분말소화기에 대표적으로 사용하는 소화약제는 제1인산암모늄(Mono-ammonium phosphate, MAP)으로 원료인 인광석(인산질 비료의 주요 원료, Phosphate rock)은 전량 수입에 의존하여 사용하고 있다(6). 분말소화기는 화재 진화력이 뛰어나고 가격이 저렴하나 사용 후 약재 가루가 남아 있어 청소를 해야 하는 번거로움이 있으며, 축압식과 가압식으로 구분되어 사용되고 있으나, 1999년 이후에 압력용기의 압력을 측정할 수 없는 위험성에 따라서 생산이 중단된 상태의 소화기이고, 현재는 축압식 소화기만이 사용되어 유통되고 있는 실정이다.
한편, 2017년 1월 28일 이후부터 전국적으로 내구연한에(7) 따른 10년이 경과한 분말소화기는 교체가 시작하면서 폐소화기가 전국적으로 발생하기 시작했다. 폐소화기에서 발생하는 소화약제 처리가 관건이다. 이에 따라 제조업체에서는 소화약제를 재활용할 수 있도록 재가공하여 소화기 형식승인을 받기 시작하였으며, 원자재 수입 대체 효과 및 자원 재활용 차원에서 내구연한이 지난 폐소화기에서 확보한 분말소화약제를 가공하여 재활용 소화약제 소화기를 만든 후에 한국소방산업기술원에서 소화기 형식승인을 받아 유통하고 있는 현실이다. 현재 일본은 소화기를 재활용하기 위해 재활용 시스템을 도입하여 분말소화기의 약제를 대부분 같은 용도로 재활용하고 있다.
또한, 이와같은 소화기의 재활용에 관한 외국의 사례를 살펴보면, 일본에서는 년간 평균 소화기구의 92.2%를 재활용하고 있으며, 20개의 각 부품들에 대하여 재자원화하고, 분말소화약제는 재생이용하고 있는 실정이다. 그리고, 영국의 소화기 제조업체사에서 하나의 회수 절차를 가지고 자사 제품내에서 재활용을 하고 있다고 보고되고 있다. 반면 다른 소화기 제조사에서는 모든 소화기를 수거하여 재활용하고 있으며, 방법으로서는 소화약제는 따로 분해하여 재사용하고 기타 소화용기, 기타 부품은 원자재화 하여 재활용하고 있는 것으로 알려져 있다. 이와같이 선진 외국에서도 소화기의 재사용 및 재활용에 대해서 적극적으로 대응 및 활용하는 것으로 알려져 있으며, 국내보다 많은 연구가 진행되었음을 알 수 있다. 따라서, 국내에서도 폐소화기의 발생 및 수거는 약 100만개로 추정되고 있으며 2017에 설치된 ‘자원순환기본법’을(8) 근거로 폐소화기 재생처리법의 시행에 따라 재활용업체를 통하여 재사용되고 있다. 그러나 현재 일부에서 재활용 소화약제를 충약해서 승인 받은 소화기의 성능의 의문을 제기하고 있으며, 본 연구는 재활용 소화약제로 충약한 소화기를 가속노화시험을(9) 실시하여 소화약제의 물리적 및 화학적 성질과 소화기의 방사 및 소화 성능시험을 통하여 재활용 소화약제 성능의 검증 및 오랜 시간이 지난 소화기내의 소화약제를 재사용하는 부분에 대한 신뢰성을 확인하고자 실시하였다.
2.실험방법
2.1 소화기의 소화약제 시료
ABC 분말소화기의 분말소화약제의 시료를 선정하기 위하여 각기 다른 메이커사의 새 원료로 충전된 소화기 2대(A, B), 재활용소화약제로 충전된 소화기 4대(C, D, E, F)와 1대(G)의 수입산 소화기 시료 총 7대를 Figure 2와 같이 시료를 선정하여 물리ㆍ화학적 시험 및 가속노화 시험을 실시하였다.
2.2 소화약제의 물리 및 화학적 시험
7개의 소화약제 실험 시료를 대상으로 수분함유율, 흡습률, 침입도, 겉보기비중, 침강성 및 미세도의 물리적 성징을 시험하였고, 소화약제의 화학적 성질인 주성분(MAP, 75% 이상 함유) 성분비를 분석하였다. Table 1에서는 시험항목들의 기준 값을 보여주고 있다.
Table 1.
Extinguishing Agent Test Items Reference Standard Value
2.3 가속노화 시험
또한 시간 경과에 따른 소화약제의 물리적 및 화학적 성질 변화 및 변형을 확인하기 위해 가속노화 시험을 병행하였다. 가속노화 시험 조건은 사용수명에 대하여 저장온도 (T2)에 대하여 25 ℃를 적용하며 시험온도(T1)는 100 ℃ 항온기에 설정하여 인위적으로 노화에 따른 변화를 살펴보는 시험 항목이다. 또한, 가속노화 시험이란 어떤 장비나 부품의 수명을 시험하기 위하여 사용 환경을 가혹하게 하여 노화를 촉진시키는 시험이다.
다음은 가속노화 시험조건 및 시험 기간을 확인하기 위해 다음 계산식을 이용하여 사용수명 10년 및 20년에 해당하는 시험 시간(일)을 계산하였다(10).
t2/t1 =2ΔT/10
t1: Test time
t2: Expected service life
ΔT: T1 - T2
T1: Test temperature, ℃
T2: Equivalent storage temperature, ℃
또한, 추가적으로 재활용소화약제의 품질 검증 방법으로 제1인산암모늄의 실리콘 상태를 확인하기 위하여 새 원료의 소화약제와 재활용 소화약제를 증류수에 용해를 진행하여, 용해한 증류수를 이온 크로마토그래피를(11) 통해서 제1인산암모늄의 인산이온 검출 여부를 확인해 보았다.
3.실험결과
3.1 새원료 소화약제 분석 결과
첫 번째로, 2가지의 새 원료 소화약제의 가속노화 시험 전과 후의 소화약제 물리적 성질인 수분 함유율, 흡습율, 성분비, 침입도, 겉보기비중, 침강성 및 미세도 시험에서 새 원료 소화약제에서는 유의미한 차이점을 찾을 수 없었다. 2가지의 새 원료 소화약제는 모두 형식승인에 적합한 결과를 나타내고 있었으며, 또한 소화약제의 화학적 성질인 성분비도 새 원료 소화약제에서도 특별한 차이점을 찾을 수 없었다. 모두 형식승인에 적합한 시험결과를 Table 3에서 보여주고 있다.
Table 2.
Experimental Variable Value
| T1(°C) | T2(°C) | Experimental date when the service life is 10 years (t2) | Experimental date when the service life is 20 years (t2) | Etc |
|---|---|---|---|---|
| 100 | 25 | 20 (t1) | 40 (t1) |
Table 3.
Analysis Results of New Raw Material Extinguishing Agent (2 Type)
3.2 재활용 소화약제 분석 결과
두 번째로, 4가지의 재활용 소화약제의 가속노화 시험 전과 후의 소화약제 물리적 성질인 수분 함유율, 흡습율, 성분비, 침입도, 겉보기비중, 침강성 및 미세도 시험에서 재활용 소화약제 역시 유의미한 차이점을 찾을 수 없었다. 4가지의 재활용 소화약제는 모두 형식승인에 적합한 결과를 나타내고 있었으며, 또한 소화약제의 화학적 성질인 성분비도 재활용 소화약제 전부 특별한 차이점을 찾을 수 없었다. 모두 형식승인에 적합한 시험결과를 Table 4에서 보여주고 있다.
Table 4.
Recycling Extinguishing Agent Analysis Results (4 Type)
3.3 수입산 소화약제
세 번째로, 수입산 소화약제의 가속노화 시험 전과 후의 소화약제 물리적 성질인 수분 함유율, 흡습율, 성분비, 침입도, 겉보기비중, 침강성 및 미세도 시험에서 수입산 소화약제 역시 유의미한 차이점을 찾을 수 없었다. 수입산 소화약제는 모두 형식승인에 적합한 결과를 나타내고 있었으며, 또한 소화약제의 화학적 성질인 성분비 역시 수입산 소화약제에서 차이점을 찾을 수 없었다. 형식승인에 적합한 시험결과를 Table 5에서 보여주고 있다.
Table 5.
Imported Extinguishing Agent Analysis Result (1 Type)
3.4 방사성능 및 소화성능
또한 새 원료 소화약제로 충약된 소화기, 재활용 소화약제로 충약된 소화기와 수입산 소화기에서 방사성능 및 소 화성능(B급) 시험에서 모두 유의미한 차이점 없이 형식승인에 적합한 결과를 나타냈다. Table 6에서는 역시 2가지 타입의 새 원료 소화약제 방사성능 및 소화성능 결과를 보여주고 있으며, Table 7에서는 4가지의 재활용 소화약제의 성능 및 Table 8에서는 수입산 소화기의 성능시험 결과를 보여주고 있다.
Table 6.
Extinguish Performance Test Results of New Raw Material Extinguishing Agent (2 Type)
Table 7.
Extinguish Performance Test Results of Recycling Extinguishing Agent (4 Type)
Table 8.
Extinguish Performance Test Results of Imported Extinguishing Agent (1 Type)
그러나, 가속노화 시험 후에 일부 소화기의 구조적인 부분에서 충전된 질소 가스가 용기 안의 연결관과 연결 밸브와의 이격과 용기와 연결 밸브와의 이격에 의하여 누출이 되는 경우가 발생하였다. 이는 가속노화 시험 시 고온에 의한 열의 경과 시간에 의해서 소화기의 금속과 금속 사이의 기밀 역할을 하는 고무 부분에서 발생했고 이는 고무의 노화에 의한 결점으로 판단된다. 따라서, 일부 소화기에서는 방사성능과 소화성능 시험을 진행하지 못하였다. Figure 3 에서는 가속노화 시험후의 기밀에 이상이 발생되는 소화기의 모습을 보여주고 있다.
또한, 재활용 소화약제의 품질 검증을 위하여 새 원료 소화약제와 재활용 소화약제를 증류수에 넣어 소화약제의 용해를 진행해서 이온 크로마토그래피(IC)를 퉁해서 제1인산암모늄의 인산이온 검출을 확인하였으며, 코팅이 되지 않은 상태에서의 제1인산암모늄의 이온 크로마토그래피(IC)의 판정은 Figure 4에서 보여주고 있다. 그 결과로서 용해한 새 원료 소화약제와 용해한 재활용 소화약제에서도 인산이온은 검출되지 않았으며, 이온 크로마토그래피(IC)의 판정은 Figure 5 에서 보여주고 있다. 이는 새 원료(a) 및 재활용(b) 소화약제 중 제1인산암모늄의 실리콘 코팅한 부분에서 손상 없이 유지가 되었다는 것을 보여주고 있다.
결론적으로 재활용 소화약제를 사용하여 만든 소화기의 품질에 이상이 없음을 나타내고 있다. 또한 소화약제 원료인 인광석을 전량 수입으로 의존하는 현실에서 폐소화기에서 얻은 소화약제의 순환 자원으로 인한 수입 대체 효과 및 자원절약 측면으로 경제적 효과를 볼 수 있고 뿐만 아니라 소화기 가격 경쟁력도 확보할 수 있을 수 있음을 나타내고 있다.
4.결론 및 제언
내구연한 법규가 적용되면서 폐소화기가 전국적으로 발생되기 시작하였다. 따라서, 본 연구에서는 새 원료 소화약제, 재활용 소화약제 및 수입산 소화약제의 의 물리적 및
화학적 성질에 대하여 시험을 하여 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
1) 3가지 다른 소화약제의 가속노화 시험 후 소화약제 물리적 성질인 수분 함유율, 흡습율, 성분비, 침입도, 겉보기비중, 침강성 및 미세도 시험에서 새 원료 소화약제에서 유의미한 차이점을 찾을 수 없었다.
2) 새 원료 소화약제로 충약된 소화기, 재활용 소화약제로 충약된 소화기와 수입산 소화기에서 방사성능 및 소화성능(B급) 시험에서 모두 유의미한 차이점 없이 형식승인에 적합한 결과를 나타냈다.
3) 가속노화 시험 시 고온에 의한 열의 경과 시간에 의해서 소화기의 기밀 역할을 하는 고무와 금속 부분에서 소 화기 내부의 질소 가스의 누출이 발생할 수 있는데, 향후 이와 같은 유사 시험 및 테스트에서는 주의가 필요한 부분임을 확인할 수 있었다.
4) 새 원료 소화약제와 재활용 소화약제를 증류수에 넣어 소화약제의 용해를 진행하여 이온 크로마토그래피(IC)를 통한 인산이온의 검출을 확인 결과, 용해한 새 원료 소화약제와 재활용 소화약제에서도 인산이온은 검출되지 않는 결과를 보여주었고, 이는 새 원료 및 재활용 소화약제 중 제1인산암모늄의 실리콘 코팅한 부분에서 손상 없이 유지가 되었다는 것을 보여주고 있다.
5) 따라서, 내구연한을 지난 소화약제의 경우에도 비교적 새 제품의 소화약제와 거의 유사한 성능을 갖는다는 것을 확인할 수 있었으며, 향후 이와 같은 재활용 소화약제에 대한 사용에 대한 기준 및 사용측면에서 보다 학술적인 연구가 필요하다는 것을 제언하는 바이다.
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