폐식용유의 안전관리 방안

폐식용유는 휘발성이 낮아 상온에서는 휘발성 물질의 농도가 폭발 한계에 이르기 어렵지만 높은 온도와 밀폐 환경에서의 위험성은 항상 존재하며, 다량으로 보관하는 경우나 장시간 보관하는 경우 휘발성 물질이 축적되면서 폭발 한계 농도에 접근할 수 있다.

 

 

 

폐식용유의 안전관리 방안

식용 가능한 기름을 유지라 하는데 유지는 지방(fat)과 기름(oil)으로 나눌 수 있다.

지방은 동식물에서 추출한 지질이 상온에서 고체 상태를 유지하는 것을 말하며 기름은 일반적으로 실온에서 액체 상태인 지질로 존재하게 된다.

유지는 조리하는 과정에서 공기와 음식이 있는 상태에서 지속적으로 또는 간헐적으로 고온에 노출되면서 지방 성분이 자동산화(auto-oxidation), 열산화(thermal oxidation), 중합(polymerization), 가수분해(hydrolysis), 고리화(cyclisation), 절단(fission)과 같은 분해반응을 겪게 된다. 

 

 

식용유의 산패

유지의 산패*란 유지에서 불쾌한 냄새가 발생하고 맛이나 색상이 변하는 현상을 의미하며, 크게 산화적 산패와 비산화적 산패로 구분할 수 있다.

* 산패(rancidity) : 유지분이 장기간 방치되면 가수분해나 산화로 인하여 과산화물이 생성되고 분해되면서 알데히드, 케톤 등이 생성되며 바람직하지 않은 맛과 냄새를 생성하는 현상

식용유의 산패는 주로 산화적 산패가 주원인이며, 식용유는 보관 과정에서는 자동산화, 조리 과정에서는 열산화, 가수분해, 중합반응 등이 일어나 산패를 겪게 되며 이로 인해 2차 산화 생성물로 알데히드, 케톤, 알코올, 산, 탄화수소, 푸라논 및 락톤 등의 휘발성 화합물이 생성된다.

특히, 튀김용으로 주로 사용되는 식물성 기름은 불포화지방산 함량이 높아 고온에서 조리할 때 산패가 빠르게 진행된다. (160~180) ℃의 높은 조리 온도에서 공기 중의 산소와 튀김 재료에서 나오는 수분, 지질, 단백질 등이 복합적으로 작용하여 식용유에서 열 산화, 가수분해, 중합반응 등이 일어나 산패를 유발하게 된다.

 

 

식용유의 산화 및 가수분해 생성물

식용유가 산화되거나 가수분해되어 발생하는 분해 산물은 일반적으로 유리 지방산, 알데히드, 케톤, 알코올, 디엔 및 산 등이 있으며 이에 따라 불쾌한 맛과 향을 내고 식용유의 저장 수명을 단축한다.

- 유리 지방산의 함량은 주로 가수분해된 정도를 측정하는 것으로 기름의 열화 지표 중 하나이다.

- 식용유를 250 ℃ 이상으로 가열하면 푸른색의 자극적인 연기가 발생하며, 이는 글리세롤의 탈수로부터 형성된 알데히드를 주로 함유한 휘발성 기체 생성물의 방출로 인한 것으로 알려져 있다.

아크롤레인(acrolein)과 같은 단쇄 비닐 알데히드(short-chain vinyl aldehyde)는 다중불포화지방산에서 생성되는 것으로 밝혀졌으며, 피부, 눈, 호흡기 점막을 자극하기 때문에 식용유를 증류 및 추출 또는 주방에서 사용하는 동안 장기간 노출되면 위험할 수 있으며, 끓는점 53 ℃, 인화점 –26 ℃으로 고인화성에 해당한다.

 

폐식용유의 인화점	145 ℃ 2시간 가열한 식물성기름 내 아크롤레인 함량

 

 

폐식용유의 발화 특성

식물성 기름은 상온에서 공기 중의 산소와 반응하여 라디칼 반응이 일어나면서 과산화물을 생성하는 자동산화(auto-oxidation)를 겪을 가능성이 높으며, 이로 인해 자기발열(self-heating)을 일으키며, 조건에 따라 자연발화로 이어질 수 있다.

발화는 자기 발열의 열폭주(thermal runaway)가 일어날 때 발생하게 된다. 물질이 산화되면서 열을 발생하면 온도가 증가하게 되고, 온도가 증가함에 따라 산화 반응 속도가 증가하면 온도도 그에 따라 더 증가하게 된다. 물질의 주변으로 방열 속도가 온도를 안정화 하기에 충분하지 않으면 발화점(AIT)에 도달하게 된다.

식물성 기름은 자기 가열이 가능하지만 자연발화를 유발하기에는 충분하지 않으며, 자연발화가 일어나기 위해서는 고체이면서 다공성 있는 물질 위에서 가열되면서 산소와 접촉해야 한다.

폐식용유는 식용유의 종류와 사용 상태에 따라 인화점이 달라질 수 있으며 기름은 조리 중에 분해되고 불순물이 축적되면 인화점이 낮아져 새 기름에 비해 낮은 온도에서 발화되기 쉽다.

 

 

폐식용유 특성

폐식용유는 주로 트리글리세라이드, 모노글리세라이드, 디글리세라이드 및 튀김 과정에서 생성되는 다양한 양(5~20 wt%)의 유리 지방산으로 구성되어 있다.

폐식용유의 물리화학적 특성은 조리 과정에 크게 좌우되며, 반복적으로 사용할 경우 점도가 높아지고 색상이 어두워지게 된다. 이러한 변화는 산도가 증가했음을 나타내며, 불쾌한 냄새를 유발하게 된다.

폐식용유는 식용유의 종류와 사용 상태에 따라 인화점이 달라질 수 있으며 기름은 조리 중에 분해되고 불순물이 축적되면 인화점이 낮아져 새 기름에 비해 낮은 온도에서 발화되기 쉽다.

폐식용유는 인화점과 발화점의 온도 차가 거의 없으며, 인화점, 발화점이 비점보다 낮아 비점 이하의 온도에서도 유면상의 증기가 발화될 수 있고, 화염을 제거해도 식용유 온도가 발화점 이상인 상태이므로 곧바로 재발화 할 수 있다.

 

 

폐식용유의 안전관리 방안

폐식용유는 휘발성이 낮아 상온에서는 휘발성 물질의 농도가 폭발 한계에 이르기 어렵지만 높은 온도와 밀폐 환경에서의 위험성은 항상 존재하며, 다량으로 보관하는 경우나 장시간 보관하는 경우 휘발성 물질이 축적되면서 폭발 한계 농도에 접근할 수 있다.

따라서 폐식용유 재활용업 사업장에서는 품질관리를 위한 산가, 요오드가 등의 시험뿐만 아니라 인화점 측정을 통해 성상 변화를 확인할 필요가 있다.

또한 폐식용유는 가연성물질이기 때문에 화기사용 시 안전조치가 필요하며, 자기발열로 인한 자연발화 위험이 있으므로 폐식용유가 묻은 천조각이나 휴지 등의 폐기물로 인한 화재 예방조치를 하여야 한다.

폐식용유의 보관시설은 용기 내 빗물이 흘러들어 용기 변형으로 유출되지 않도록 지붕 또는 덮개를 갖추어야 한다.

 

 

1) 화기 작업 시 안전조치

폐식용유는 가연성물질로 화재폭발이 발생할 우려가 있는 장소에서는 불꽃 또는 아크가 발생할 수 있는 용접기나 핸드드릴 등의 사용을 금지해야 한다. 식용유는 일반 석유 화재와 달리 인화점과 발화점의 온도 차가 적어 인화하여 화재가 발생하면 유온이 상승하고 바로 발화점 이상이 되어 유면상의 화염을 제거하여도 유온이 발화점 이상이므로 재발화하는 특성이 있고, 연소속도가 크고 화염의 확산 위험성이 매우 높다. 또한 저장탱크에 폐식용유가 있는 상태에서 장기간 미사용 시 산패에 의한 가연성가스가 축적될 수 있어 화기 작업 전 탱크를 비우고 물로 세척하는 등의 안전조치를 한 후 작업을 실시해야 한다.

 

2) 폐식용유의 저장 용기 관리

폐기물관리법상 폐기물 재활용업의 경우, 폐기물 보관시설은 물이 스며들지 않는 바닥시설과 강우 시 빗물이 흘러들지 못하도록 지붕 또는 덮개를 갖춘 시설을 포함해야 한다. 폐식용유의 옥외 저장 시, 여름철 고온으로 인해 가열과 냉각이 반복됨에 따라 보관 용기 내 폐식용유 위의 공기와 용기 밖 대기 사이 공기가 교환되면서 마개 위에 빗물이 고여 있다가 용기 내로 들어가 유체의 수위가 상승하고, 더 많은 물이 축적되면 용기가 변형되면서 유출될 위험이 있다. 또한 직사광선을 피해 서늘한 곳에 보관하여 열 축적을 방지할 필요가 있다.

 

3) 폐기물 관리

폐식용유 또는 폐식용유 찌꺼기 등이 천 조각이나 휴지, 종이 등의 다공성 물질에 스며들어 산소와의 접촉 면적이 커져 열이 축적되면서 자연발화할 수 있으므로 일반 쓰레기통에 폐기해서는 안되며, 뚜껑이 있는 불연성 용기에 담아둔 후 처리하는 등 화재 예방을 위한 조치를 하여야 한다.

 

4) 성상변화 확인

사업장에서 폐식용유를 대량으로 취급하는 경우는 주로 바이오디젤용 원료로 사용하기 위한 경우가 대부분이며, 바이오디젤의 수율 및 품질관리를 위해 원료인 폐식용유에 대해 산가, 요오드가, 수분 측정 등을 통해 관리하고 있다.

바이오디젤 원료용으로 쓰기 위한 폐식용유의 품질기준은 법적으로 정해져 있지 않으며, 바이오디젤 제조업체에서 자체적인 기준으로 관리하여야 한다.

 

Reference : KOSHA 연구보고서 폐식용유의 발화 위험성