독자적인 「그린 아셉틱」기술로 PET병 음료 제조시의 CO₂ 배출을 40% 삭감

DNP그룹에서 PET병용 무균충전시스템 등의 개발·판매·보수서비스를 담당하는 주식회사 아셉틱시스템(APS)은 지금까지 PET병용 무균충전시스템에서 업계를 선도하는 혁신적인 에너지 소비량과 CO₂ 배출량 삭감 방식을 개발해 왔습니다. PET병의 베이스가 되는 작은 시험관의 형상을 한 프리폼을 충전 공장에 반입해 현지에서 부풀리는 것으로 수송 효율을 올려 환경 부하를 저감하는, 초고온·단시간이라고 하는 필요 최소한의 에너지량으로 음료를 멸균하는, 상온에서 충전하는 구조에 의해 PET병을 박육화해 플라스틱 사용량을 삭감하는 등, 음료 제조 프로세스의 각 공정에 있어서 높은 생산 APS가 그린 아셉틱의 개발을 시작한 것은 2021년. 일본 정부가 탄소 중립을 목표로 한다고 선언하고, 음료 메이커도 환경에 대한 배려를 가속시키는 가운데, 자사의 기술을 살린 새로운 탄소 중립에의 공헌에 임하기 시작한 것입니다.

DNP의 PET 병용 무균 충전 시스템(종래)

음료 제조 공정의 각 공정에 있어서 높은 생산 효율과 환경 성능을 실현하고 있다.

• 병 성형: 소형의 시험관과 같은 형상의 프리폼을 충전 공장에 반입해, 현지에서 부풀리는 것으로 수송 효율을 향상
• 병 멸균 : 약물 사용량 감소
• 내용액 멸균 : 초고온·단시간이라는 필요 최소한의 에너지량으로 멸균
• 무균 충전: 내용액을 상온에서 충전함으로써 용기의 박육화가 가능해져 플라스틱 사용량을 삭감

이상에 따른 CO ₂ 배출량 감소

개발 초기부터 주목한 것이 음료 제조 공정에서 가장 에너지 소비량이 큰 「액처리 공정」이었습니다.

무균 충전 시스템에서는 종래, 차나 주스 등의 제품 원액을 물로 희석해 제품액을 만들어, 그 “전량”을 초고온(UHT:Ultra High Temperature)으로 가열 멸균해, 냉각하고 나서 충전합니다. 이 과정은 음료의 맛, 풍미, 안전성 등을 유지하는데 필수적이지만, 가열시에 전량분의 에너지를 소비하고 CO₂를 많이 배출하는 과제가 있었습니다.

그래서 APS가 주목한 것이 청량음료의 주원료인 물입니다. 음료 공장에서 사용하는 물은 원래 매우 청정도가 높기 때문에, 물만이라면 가열 이외의 방법으로 멸균할 가능성이 높을 것… 물을 비가열로 멸균하면, 가열 멸균은 제품 원액만의 최소한의 액량으로 억제되어 에너지의 소비량을 대폭 삭감할 수 있다고 생각했습니다.

물을 비가열로 멸균하려면 UV(Ultra Violet) 램프를 사용하는 UV 살균과 여과 필터를 사용하여 멸균하는 두 가지 방법이 있습니다. 그러나, UV 살균은 일부의 진균(곰팡이 등)에 대한 효과가 한정적이며, 여과 멸균 필터에 의한 방법은 진균이나 세균 포자의 멸균 효과가 있는 한편, 매우 미소한 「여과성 세균」을 완전하게 제거할 수 없기 때문에, 각각 단독으로는 음료에 요구되는 충분한 멸균을 할 수 없다고 하는 과제가 있었습니다.

이러한 과제에 대해 APS는 UV 살균과 여과 멸균 필터를 조합하여 물을 비가열 멸균하는 환경 배려 기술 「그린 아셉틱」을 개발했습니다.

우선, 대상이 되는 물에 대해서 UV 살균을 합니다. 여기서의 포인트는, 일반적으로 살균등으로서 보급되고 있는 「저압 UV 램프」가 아니고, 보다 폭이 넓은 파장의 자외선을 고출력으로 조사할 수 있는 「중압 UV 램프」를 사용하는 점입니다. 중압 UV 램프를 사용하는 UV 살균 장치는 일본에서 보급되지 않았지만, 장치를 일부 개조해, 시스템에의 편입을 실현했습니다.

이 중압 UV 램프에서의 살균에 대해서는, 국내외의 논문을 바탕으로 확인해 두어야 할 세균에 대해서 정사해, 여과성 세균을 20주 이상 수집해 검증한 결과, 모든 균에 대해서 99.9999% 이상의 높은 살균 효과가 있는 것을 확인할 수 있었습니다.

그런 다음 중압 UV 램프로 처리한 물을 여과 멸균 필터에 통과시킵니다. 이것에 의해, UV 살균으로 살아 남았을 가능성이 있는 미생물이나 그 시체 등을 물리적으로 제거해, 무균수를 만들어 내는 것입니다.

이 「UV 살균＋여과 멸균 필터」라고 하는 2단 자세의 멸균 프로세스는, 의약품의 제조에 이용되는 매우 높은 무균성 보증 레벨과 동등 이상의 효과가 있어, 음료의 안전성을 담보할 수 있습니다.

마지막으로, 제조한 무균수를 별도 공정에서 가열 멸균한 제품 원액과 무균 환경하에서 블렌딩하여 충전합니다. 이 시스템을 사용하면 기존 음료 제조에 비해 에너지 소비를 줄이고 전체 제조 라인의 CO₂ 배출량을 줄일 수 있습니다. 동시에 연간 수천만엔 규모의 런닝 코스트 삭감으로 이어질 가능성이 있습니다.

그린 아셉틱을 탑재한 충전 시스템의 제1호기는, 2024년 4월부터 대기업 음료 메이커로 본격 가동하고 있습니다. 본 시스템을 도입한 음료 메이커에서는, 종래의 전량 가열 멸균 방식과 비교해, 액처리 공정에 있어서의 CO₂ 배출량을 약 80% 삭감 ^※2. 또, 병이나 캡, 무균 챔버의 세정용 무균수도 모두 종래의 가열 멸균에서 비가열 멸균으로 전환하고 있습니다.

용기의 멸균에 있어서는, PET병의 형태로 부풀리기 전의 프리폼을 살균해, 병의 형태로 한 후에 다시 살균하는 「2단 살균 시스템」을 채용하는 것으로, 병 살균에 필요한 약제 사용량의 대폭적인 삭감을 실현하고 있습니다. 이들을 조합하면 음료 제조 라인 전체의 CO₂ 배출량의 약 40%의 삭감에 상당합니다.

그린아셉틱은 높은 에너지 절약 성능이 실증된 것으로, 경제산업성·자원에너지청의 에너지절약 보조금의 대상인 “선진설비·시스템”에 채택 ^※3. 본 기술의 도입에 의해, 음료 메이커의 설비 투자 비용의 대폭적인 경감을 실현합니다.

• 2.약 80%의 삭감 효과는 희석 배율 5배일 때. 제품 원액을 물로 희석하는 배율에 의해 삭감 효과가 바뀐다.

• 3. 일반사단법인환경공창이니셔티브의 2006년도 보정예산 '에너지절약투자촉진·수요구조전환지원사업'의 선진설비·시스템의 보조대상설비로서 그린아셉틱이 등록되었다.

한편, 도입에 있어서는, 제조 프로세스의 전환에 의한 제품에의 영향을 최소화하기 위해서, 음료 메이커로서의 검토도 필요합니다. 물과 제품 원액을 나누어 멸균하고 나서 블렌드하기 때문에, 종래의 전량 가열 멸균으로의 제조 방법과 비교해, 맛·풍미·향기등의 검증이 중요합니다. 따라서 APS는 각 음료 메이커와의 제휴를 깊게 하고, 설비 도입에 관련하는 서포트도 강화하고 있습니다.

APS는 현재, 그린 아셉틱의 새로운 에너지 절약 효과와 안전성의 향상을 목표로 하는 동시에, 보다 폭넓은 음료에 대응할 수 있도록, 새로운 기술의 개량·혁신을 진행하고 있습니다.
예를 들어, 차, 스포츠 음료, 탄산 음료 등의 살균 레벨이 다른 음료의 종류·특성에 맞추어, UV의 조사량이나, 여과 멸균 필터의 종류를 최적화하는 것으로, 한층의 코스트 저감 등에 연결해 갑니다.

DNP그룹은 앞으로도 계속해 국내 톱 쉐어를 획득해 온 PET병용 무균 충전 시스템의 강점을 살려, 그린 아셉틱을 “음료 업계의 스탠다드”가 되는 기술로 키워 나갈 것입니다. 그 달성을 위해 2030년까지 국내 음료 메이커의 복수 라인에서의 도입을 목표로 가동 실적을 쌓아 갑니다.

또, 글로벌로 사업을 전개하는 음료 메이커와의 제휴도 깊게 해, 해외 전개도 가속시켜 갑니다. 특히 아시아권은 무균충전 시스템의 특징을 살리는 차계 음료 시장이 급속히 성장하고 있기 때문에 앞으로도 유망한 시장으로 개척을 추진하고 있습니다.

중장기적으로는 녹색 아셉틱의 응용 범위를 PET 병의 청량 음료에만 넣지 않고 종이 용기나 캔 등에 충전하는 음료의 제조에도 넓힐 계획이다. 따라서 DNP가 가지는 다양한 패키지의 기술과 합쳐 새로운 연구를 진행하고 있습니다.

DNP그룹은 환경 부하 저감과 경제 합리성을 양립하는 그린 아셉틱을 탑재한 무균 충전 시스템이 음료 업계 전체의 표준 시스템이 되도록 그 침투에 노력해 나갈 것입니다. 공장의 카본 뉴트럴의 실현을 목표로 하는 음료 메이커의 좋은 파트너로서, 미래의 탈탄소 사회의 “당연히”를 계속 만들어 갑니다.