최근 ｢녹색성장기본법｣과 RPS 제도 등의 시행으로 화석연료에 의존하는 기존의 에너지 시장이 신･재생에너지 시장으로 변화되어감에 따라 국내 신･재생에너지 시장의 확대가 이루어지고 있다. 또한 에너지 자립의 측면에서 국내･외적으로 유기성폐자원 바이오가스화에 대한 관심이 증가하고 있는 실정이다. 이에 따라 각 정부부처는 유기성폐자원의 바이오가스화 처리의 확대를 추진 중에 있다. 하지만 다수의 자자체 및 단체에서 바이오 가스화 시설의 설치를 예정하고 있으나 설치 및 운영 인력들의 대한 바이오가스화 시설에 대한 전문성이 확보되지 않은 상태에서 설치 및 시설 운영으로 가동률 저하가 발생하고 있는 실정이다. 본 연구에서는 유기성폐자원 바이오가스화 부문 산업현황 조사와 바이오가스화 부문 업체 및 종사자 인원을 조사 및 전문인력 대상 설문조사를 통해 교육체계 개발의 타당성을 입증하였다. 또한 NCS 및 전문인력의 수행 및 요구 직무를 분석하여 유기성폐자원 바이오가스화 시설의 기획단계, 설계단계, 시공단계, 운영단계까지의 필요 교육내용과 교육체계를 단계별로 도출하였다. 유기성폐자원의 바이오가스화를 주도할 수 있는 전문인력을 양성하는 프로그램을 개발하는 것으로 목적으로 하고 있다. 현재 운영되고 있는 바이오가스 산업분야에 대한 현황을 조사, 분석하여 교육체계 프로그램을 개발하여 전문인력의 전문성 제고 방안을 마련하였다. 이로 인하여 유기성폐자원 바이오가스화 부문의 전문성이 확보되고 안정적인 유기성폐자원 바이오가스화 처리가 가능하여 바이오가스화 산업의 확대가 기대된다.

음식물류 폐기물은 2005년부터 분리배출 되고 있으며, 퇴비화, 사료화 등을 비롯하여 다양하게 자원화가 이루어지고 있다. 2015년 기준 생활 폐기물 중 음식물류 폐기물의 재활용률은 13,690톤/일로 전체 생활폐기물 대비 96.6%를 기록하였다. 이 중 49%가 사료화, 29%가 퇴비화, 7.3%가 바이오가스화, 14.7% 기타방법으로 처리되고 있는 실정이다. 정부의 음식물류 폐기물 자원화 정책에도 불구하고 음식물류 폐기물 자원화 업체의 제품 품질 문제, 퇴비의 미부숙 문제 등 자원화 업체에 대한 관리 감독 미흡, 자원화 시설 및 중간처리 등의 문제로 음식물류 폐기물의 자원화가 건전하게 이루어지지 않고 있는 실정이다. 또한 음식물류 폐기물 자원화 산물의 유통체계 미흡 및 부정적 인식으로 자원화 제품의 유통이 원활히 이루어지지 않는 문제점이 대두되었다. 음식물류 폐기물의 처리 실태 파악을 위하여 퇴비화, 사료화, 바이오가스화 등의 음식물류 폐기물 자원화 업체를 대상으로 방문 및 설문 조사를 실시하였다. 현재 음식물류 폐기물의 처리 실태를 파악하였다. 음식물류 폐기물 자원화 적격업체 심사 기준으로 음식물류 폐기물 자원화 업체를 관리 감독하고 있지만, 미부숙 퇴비 유통, 자원화 제품의 이물질 과다 포함 등의 문제로 자원화 제품 이용에 부정적 영향을 주는 것으로 나타났다. 따라서 음식물류 폐기물 자원화 건전성 확보를 위하여 본 연구에서는 음식물류 폐기물 자원화 업체에 대한 관리감독 개선 방안과 음식물류 폐기물 처리 선진화, 자원화 제품의 부정적 인식 등의 개선방안을 마련하였다.

2005년부터 음식물류 폐기물 분리배출제도 도입을 비롯하여 음식물류 폐기물의 자원화 방안에 대해 여러 가지 방법이 강구되고 있다. 이러한 자원화 노력으로 되어왔지만, 조리 전 생 쓰레기 형태의 음식물류 폐기물에 대해 구체적인 재활용 방안이 없는 실정이다. 과채류의 유통경로에 따라 생산현장 및 가공현장에서 발생하는 세척, 다듬기 후 발생하는 부산물은 사료의 원료로 활용가능하나, 그 동안 적절한 유통체계 없이 사료로 활용되거나 퇴비화 또는 소각처리 하고 있다. 본 연구에서는 과채류 부산물의 정의를 세우고, 농림축산식품부의 농수축산물 표준코드 및 기타 관련 논문을 통해 과채류 부산물의 분류 기준을 마련하였다. 전국 공영도매시장의 과채류 부산물 처리 현황을 조사하고, 시장 유형에 따라 대표 지역을 선정하여 과채류 부산물의 유통구조와 과채류 부산물 발생량을 추정하였다. 전국 4개 시장과 N 대형마트의 물류센터를 대상으로 과채류 부산물을 구분하고, 삼성분, 발열량, 원소분석 등을 측정하였고, 시장 내 중도매인 180여명을 대상으로 과채류 종류별 부산물 발생량 설문 조사를 실시하였다.

혐기성소화 공정은 기본적으로 가수분해단계(Hydrolysis), 산생성 단계(Acidogenesis), 메탄생성단계(Methanogenesis) 총 3단계로 구분지울 수 있으며, 메탄생성단계에서 아세트산(Acetic acid)과 수소 등의 유기물이 메탄으로 전환되면서 혐기발효의 안정화가 이루어진다. 유기성 폐기물의 혐기성 소화는 유기성 폐기물을 기질로 하여 가수분해와 산발효 및 메탄발효 과정을 통하여 메탄으로 생성된다. 혐기 발효 시 유기산과 pH 변화는 혐기발효의 중요한 영향인자 중 하나이며, 혐기 발효의 안정성을 판단할 수 있는 지표가 된다. 본 연구에서는 보편적으로 사용되는 단상 혐기 발효조를 이용하여 투입되는 유기물(VS)농도, 원료배합(돈분 중 분 성분이 30%, 뇨 성분이 70%) 등 운전조건의 변화에 따라 유기성 폐기물의 혐기성 발효가 진행되는 과정을 분석하였으며, 발효 과정 중 생성되는 아세트산, 프로피온산, 부틸산 등 총 9종류의 유기산 분석과 이에 따른 바이오가스 생산량과 메탄발생량을 분석하였다. 혐기성 발효조는 호기성 산화열을 이용하여 혐기성 소화조를 간접적으로 가온하였으며, 중온 혐기성 소화를 진행하였다. 음식물류 폐기물과 돈분뇨 혼합비에 따라 CASE 1, CASE 2, CASE 3로 분류하였으며, CASE 1의 비율은 음식물류 폐기물 8kg과 돈분뇨 20L, CASE 2 음식물류 폐기물 10kg과 돈분뇨 20L, CASE 3는 음식물류 폐기물 8kg과 물 20L의 조건으로 실험을 진행하였다. 본 실험에서 혐기성 소화조의 pH는 평균 8.17로 나타내어 안정적인 혐기 소화 효율을 나타내었다. 혐기성 소화조의 온도는 평균적으로 38℃로 중온소화가 가능한 것으로 확인되었다. 혐기성 발효 과정 중 생성된 유기산의 농도는 33.67∼1,452.81mg/L로 분석되었다. 일반적으로 혐기발효시 안정적인 VFA의 농도는 500mg/L 이하이며, 운전기간 동안 전체 유기산 농도는 432.86mg/L로 분석되어 안정적인 혐기 발효가 진행되었다고 판단하였다. 바이오가스 발생량의 경우 CASE 1에서 0.29~0.31㎥/day로 나타났으며, CASE 2는 0.325㎥/day로 나타났다. 본 연구를 통하여 혐기 발효시 발생되는 유기산 농도와 pH 변화에 따라 유기성 폐기물의 혐기 발효 시 안정성을 판단한 결과 운전기간 동안 혐기발효는 안정적으로 이루어 졌다고 판단되었다.

This research examined the possibility of the temperature maintenance of an anaerobic digestion reactor without external heating by the oxidation heat generated in an aerobic fermenter, considering the difficulties of anaerobic digestion because of the winter season in Korea. For the experiment, an anaerobic digestion chamber was installed inside, the device with aerobic fermentation installed outside was used, the anaerobic digestion chamber was covered, and the raw material was used in the perspective of handling livestock excretion and food waste. During 230 days of operation in total, normal operation was started after about 120 days, and during that operating time, the temperature change, degradation behavior of organisms, and digestion yield were analyzed; the results are shown below. In the situation excluding the aerobic reactor in the summer season, maintaining the temperature of the digestion chamber at 30°C was possible through heat storage within the house, but the temperature decreased to about 20°C because of the outside temperature in the winter season, and maintaining the temperature of the digestion chamber at 25°C was possible as long as the aerobic fermentation chamber maintained its temperature of more than 50°C. Regarding the results for the effects of the inside and outside temperature of the house on the aerobic reactor chamber temperature, a significant effect was not examined, and it was identified that the aerobic reactor temperature relied on the degree of aerobic microorganism vitalization. When using a hot-water system with solar heat, the possibility of usage as complementary energy in the unstable winter season was checked. Even in the winter season, maintaining the temperature of the anaerobic digestion chamber without external heating was possible, and even during the time of operation, although the temperature changed from 25°C to 38°C, methane gas was stably produced.

정부의 지속적인 음식물 처리 및 감량에 대한 정책추진으로 ’08년부터 음식물류폐기물 발생량 연평균 3% 이상 감량 성과를 달성하였으나 통계청에 따르면 우리나라 인구는 2020년까지 연평균 0.32%씩 증가가 예상되고 1인 가구 증가, 외식문화의 발달로 인한 음식물류폐기물에 대한 지속적인 대책 마련이 필요한 실정이다. 또한, 음식물류폐기물은 분리배출 기준 및 단지별 종량제 등으로 인한 주민불편과 자원화 시설의 기술 및 법･제도상의 문제, 제품의 유통 관리 미비로 인하여 음식물류폐기물의 체계적 관리방안의 필요성이 대두되고 있다. 이에 본 연구에서는 주민 편의 증대 및 자발적 자가 감량 유도와 지역별 맞춤형 지원 순한 사회 구현을 목적으로 음식물류폐기물의 문제점을 도출하고 개선사항을 검토하고자 한다. 본 연구에서는 음식물류폐기물의 문제점 및 개선사항 검토를 위해 배출부터 이용까지의 물질흐름 분석, 주민 설문 및 문헌조사를 통한 민원 발생･신고 현황, 해외 우수사례 현황, 과거 음식물류폐기물 관련 종합대책 세부추진 비교･분석, 자원화 업체 현장조사, 각종 포럼 참석을 통한 현황 파악, 관련 법 및 제도의 물질흐름 작성 등을 시행하였다. 이를 통해 발생원 관리, 수집･운반 체계 관리 및 선진화, 지역별 맞춤형 자원화 방법 도입, 자원화 시설 관리, 자원화 제품의 이용 촉진에 대한 개선사항과 각각의 세부사항을 검토하였다. 각 단계별로 도출된 대표적인 문제점은 다음과 같다. 배출단계에서는 종량제 봉투 내 이물질 혼입 문제, 낮은 주민부담률로 인한 지자체 청소행정비용의 부담 문제, 음식물류폐기물의 분리배출 기준에 대한 주민 불편 문제 등이 도출되었다. 수집･운반 단계에서는 양질과 저질의 음식물류폐기물이 혼합되어 수거되는 문제, 종량제 방식(종량제 봉투, RFID, 납부필증, 전용용기)별 문제, 공동주택 단지별 종량제(공동용기 배출)로 인한 비용부담의 형평성 문제, 수집･운반 차량으로 인한 악취, 침출수 등의 미관 저해 및 환경문제, 수집･운반 대행자 선정 기준의 공정성 문제 등이 도출 되었다. 또한 자원화(처리) 및 이용단계에서 도출된 가장 큰 문제점으로는 시설의 문제와 음식물류폐기물을 이용하여 생산된 자원화 제품의 유통과 수요창출 등의 문제가 도출되었다. 본 연구에서는 음식물류폐기물의 종합관리체계 구축을 위해 첫째, 발생원 관리를 통한 자가감량 유도대책 추진(분리 배출기준 확대, 가정 내 간이 탈수기 사용 장려, RFID 종량제 확장 및 다양화, 주민부담률 현실화 등) 둘째, 수집･운반 개선을 통한 무게 종량제 확대 및 수거체계 다양화(단독주택 거점 수거 확대, 수거차량 현대화 및 다양화 등) 셋째, 처리 다각화를 통한 지역별, 폐기물특성별 맞춤형 대책 추진(지역별 맞춤형 자원화 방법도입, 바이오 가스화 시설 병합처리 유도, 수분 감량기기 부산물의 이용 확대 등) 넷째, 자원화 제품 관리를 통한 인식제고 및 관리 강화(재활용 사료･퇴비에 대한 인식 개선 홍보 추진, 생산･유통 추적 시스템 구축 등)를 개선사항으로 검토하였다. 향후 연구 진행에 있어서는 중앙정부, 지자체, 관련업체, 주민들의 의견을 수렴하여 음식물류폐기물의 발생억제와 관리체계 선진화, 재활용 다각화 및 활성화를 위한 연구를 진행해야할 것으로 사료된다.

2005년도부터 전국적으로 음식물류폐기물이 분리･배출됨에 따라 음식물류폐기물의 발생억제 및 감량, 분리 배출 및 수거, 자원화를 위한 다양한 제도 및 정책이 시행되었고, 대부분의 국내 음식물류폐기물은 퇴비화, 사료화, 바이오가스화 등의 방법으로 자원화되고 있다. 그러나 배출에서 자원화까지 소요되는 높은 비용 부담률은 음식물류 폐기물 배출자 및 재활용 종사자들의 편익 저해 요인으로 꼽히고 있는 상황이며 도시 외지, 도서 및 산간 지역에 위치한 가정 및 상업시설 (펜션, 요식업소 등) 의 경우 지정학적 위치로 인한 수집운반 비용이 높게 형성되어 있어 음식물류 분리수거 환경 조성을 어렵게 하고 있다. 이러한 문제점들을 해결하고자, 본 연구에서는 도시 외곽 및 산간지역에 위치한 가정 및 상업시설의 음식물류폐기물을 ‘자가 재활용형 도시 음식물 류폐기물 발효소멸 퇴비화장치’ (이하 소형퇴비화장치)를 개발하여 해결하고자 하였다. 본 연구에서는 5kg 내외의 음식물류폐기물을 발효･소멸화시켜 퇴비를 생산하는 장치를 제작하고, 이에 대한 최적 운영조건 도출과, 사용자의 편의를 위한 무인자동화운전 시스템의 운영 가능성을 살펴보았다. 소형 퇴비화 장치는 약 180L의 용적을 가진 밀폐형 육각원통으로 제작하였으며, 구동모터를 설치하여 육각원통을 360°회전시켜 교반작업을 수행할 수 있도록 제작하였고, 내부에 블로워 설치를 통해 1.3L/min의 공기를 주입･배출하는 공기주입구를 제작하여 호기성 반응에 필요한 공기량을 조절 할 수 있도록 제작하였다. 장치운영에 필요한 전력은 단결정 태양광 패널로써 충당하였다. 실험 방법은 퇴비화 장치 내 호기성 소화를 돕는 호기성매질(톱밥+호기성퇴비)을 최초 1회 생성 후 음식물류 폐기물을 5kg/day 투입하였으며, 장치운영 조건은 음식물류폐기물 1회 5kg/day 투입, 교반 작업 6h/1회, 블로워 작동주기 10~15min/h로 하여 소화조 내 호기성 산화 반응에 따른 온도 변화량 및 내부물질의 성분, pH, 염도 변화를 살펴보았다. 또한 장치 운행 중 사용자의 편의를 위한 음식물류폐기물 투입과정 이외의 교반작업, 공기주입 작업은 타이머를 설치하여 자동화 운영 가능성을 살펴보았다. 실험결과 생산된 퇴비의 VS와 FS의 평균 측정값은 각각 82.82%, 17.17%를 나타내었고, 함수율은 평균 56.87% 를 나타내었다. 염도의 평균값은 0.49%로 측정되었으며, pH 값은 7.23으로 확인되었다. 이 같은 결과는 비료 공정 규격에 명시되어있는 기준 항목인 함수율, 염도, pH 중 함수율을 제외한 모든 항목에서 적정수치를 나타냈으며, 함수율은 추후 공기투입량 조정을 통해 일부 개선할 수 있을 것으로 보인다. 블로워 작동주기를 12h/day 미만으로 하였을 시 장치의 전력부족 현상이 발생하지 않았다. 본 연구를 통해 소형퇴비화장치의 발생 재활용물의 퇴비화과정의 적정성을 확인하였으며, 추후 생산된 퇴비에 관한 중금속함량 검사를 통해 음식물퇴비로써의 사용가능성을 검토할 것이다. 또한 장치의 무인 자동화 운영 가능성을 확인 하였고 이를 통한 도시 외지, 도서 및 산간지역에 위치한 가정 및 상업시설에서 소형퇴비화 장치 운영이 가능할 것으로 보인다. 이에 따라 도시 외지에서 발생하는 음식물류폐기물의 효율적인 처리가 가능할 것으로 사료된다.

우리나라는 4계절이 뚜렷하여 안정적인 중온소화를 진행하기에 환경적 어려움이 있다. 혐기성 소화조의 안정적인 소화를 위하여 가온 에너지는 필수적인 요소이다. 이를 위해 본 연구에서는 이러한 환경에 적합한 소형 혐기성 시설의 개발을 위하여 고농도 유기성 폐기물인 돈분뇨와 음식물류폐기물을 전처리 과정 없이 고액분리만을 통하여 액상의 고농도유기물만을 혐기성소화조에서 에너지원인 바이오가스를 생산하는 Pilot Plant의 성능과 소화효율을 분석하였다. 혐기성 소화조의 가온을 위하여 겉에는 호기성 소화조를 설치하여 호기 발효열을 혐기성 소화 가온 에너지로 이용 가능하도록 설계하였다. 이 호기성 소화조에서는 음식물류폐기물을 이용, 호기성 분해를 통해 퇴비를 생산하였으며, 이 과정 중 발생한 분해열(최대 75℃)을 이용, 혐기성 소화조를 가온하였다. 혐기성 소화의 성분 변화에 따른 바이오가스를 분석하기 위하여 혐기성소화조에 투입되는 유기물(VS)농도, 원료배합(돈분뇨 중 분성분이 30%, 뇨성분이 70%) 등 운전조건의 변화에 따른 유기물(VS) 제거율, CODcr 제거율, 바이오가스 생산량 및 메탄농도, 유기물용적부하에 따른 바이오가스 발생량 등을 분석 하였다. 음식물류 폐기물과 돈분뇨 혼합비에 따라 CASE 1, CASE 2, CASE 3로 분류하였으며, CASE 1의 비율은 음식물류 폐기물 8kg과 돈분뇨 20L, CASE 2 음식물류 폐기물 10kg과 돈분뇨 20L로 진행하였다. 분석결과 호기성 발효조의 평균 온도는 계절에 관계없이 50℃~70℃로 나타났으며, 호기성 발효조의 발효열이 높을수록 혐기성 소화조의 온도 또한 증가하는 경향이 나타났다. 이 결과 혐기성 소화조의 온도는 평균적으로 38℃로 중온소화가 가능한 것으로 확인되었다. 혐기 소화의 경우 투입원료의 유기물(VS)량에 따른 바이오가스 발생량은 CASE1에서 유기물(VS)은 평균 6.09%으로 분석되었으며, 이에 따른 바이오가스 발생량은 0.29~0.31㎥/day로 나타났다. CASE 2는 유기물(VS)평균 농도가 7.7%, 바이오가스 발생량이 0.325㎥/day로 나타났다. CASE1, 2 각각의 CODcr, 유기물(VS) 평균 제거율은 CASE 1이 56%, 76.61%, CASE2가 62%, 81.86%로 분석되었다. 메탄 함유량 또한 60~77%로 측정되어 연료로써의 가치가 확인되었다. 본 연구를 통하여 호기성 산화열을 혐기성 소화의 가온 에너지로서 사용하는 방식의 상용화 가능성을 확인할 수 있었으며, 현재 운영하는 혐기성 소화 시설만이 아닌 마을단위의 유기성 폐기물을 처리할 수 있는 소규모 시설로서도 운영이 가능할 것으로 보이며, 이에 따라 좀 더 효율적인 유기성 폐기물의 처리를 가능하게 할 수 있을 것으로 기대된다.

The purpose of this study is to analysis the materials flow of steel cans from producing to discarding, finding problems in materials flow diagram in performance recycling of steel cans, and improvement ways for relevant systems and policies. Through supply various statics in KECO, it was found that the amount of steel calculated in Korea is 80,555 thousand tons. This amounts is reused from steel scrap of 35,143 thousand tons. After that producing steel was manufactured to steel plate, and manufactured steel plate produced steel cans of 273 thousand tons. The steel cans of 103.2 thousand tons was released in Korea. The 89.5 thousand tons of wastes for recycling was 86.8% for total of 103.2 thousand tons for recycling. The amount of recycling was assumed that there is no loss in collection, sorting and packing stage. According to such studies, a materials flow diagram was drafted and the problems in recycling for each stage were reviewed. In consequence plan to improve consist of materials and structure in cans in production stage, plans to restrict inclusion of foreign particles in discardment and selection section, plan to provide different support in funding and granting quality ratings in the sorting and compression section was suggested.

본 연구에서는 국내 재활용 제도 개선을 위한 하나의 일환으로 철캔의 재활용 단계에서의 물질흐름을 분석하고, 해외사례를 검토하였다. 2013년도 기준으로 연간 철캔은 222천 톤 생산되었으며 생산된 양 중에 118.823천 톤이 수출되고 103.2천 톤이 출고된 것으로 나타났다. 재활용된 캔의 양은 89.5천 톤인 것으로 나타났으며, 이 수치는 출고된 철캔의 86.7%에 해당한다. 국내 철캔의 물질흐름을 분석한 결과 재활용단계의 수집, 운반 단계에서 민간 재활용품 선별장의 이물질 혼입량이 높아 선별장의 상태가 좋지 않은 것으로 나타났다. 이는 무게 당 판매단가를 늘리기 위하여 의도적으로 이물질을 투입하는 등의 행위도 일부 있는 것으로 판단되며, 재활용 선별과정 중 미세한 플라스틱 조각이나 기타 이물질의 혼입이 있는 것으로 나타났다. 해외사례 검토결과, 일본의 캔 재활용률 수치는 90%이상으로 조사되었다. 2013년 일본의 금속캔 통계정보에 따르면 일본의 재활용률은 92.9%로 집계되었다. 2000년 4월 금속캔 재활용의 의무화를 말하는 ‘용기 포장 재활용법’이 시행 되면서 금속캔 제조업체를 필두로 제조사, 유통업체들의 적극적인 재활용 정책 수용으로 재활용률의 상승을 실현할 수 있었으며, 음료캔 유통 지점에 설치된 분리수거 박스는 재활용률 상승의 크게 기여한 것으로 분석되었다. 미국 캘리포니아의 재활용 체계는 CRV(California Refund Value) 시스템을 통해 가정에서 직접 분리수거 및 좋은 금속캔 선별상태로 배출되어 선별단계에서의 예산 감축이 발생하는 것으로 조사되었다. 국내 철캔의 물질흐름 분석 및 해외사례를 분석한 결과, 국내 재활용 정책 개선을 위해서는 철캔의 포장재질에 대한 평가를 통한 재활용 분담금을 차등 지급 방안, 품질 선별 우수사업장을 선정하여 재정적 지원으로 선별사업자의 자발적 선별 환경 개선을 촉진, 폐캔 배출 시 적절한 배출요령에 대한 지속적 캠페인 및 교육 시행 그리고 선별 우수사업장을 지정하여 사업장별 평가 등급을 책정하는 방안 등이 필요할 것으로 판단된다.