현재 정부에서는 폐자원 에너지의 회수･사용을 촉진하기 위해 정책적인 움직임을 보이고 있다. 폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법이 2015년에 확정되었고, 이를 반영한 자원순환기본법이 2018년 1월 1일부터 시행될 계획이다. 이에 따라, 국내 폐기물 소각시설의 에너지 회수･사용률을 증가시키기 위해 열에너지 회수를 통한 전기나 열원 생산의 효율을 측정하고 평가하는 것이 필요하다. 폐기물 소각시설 공정에서의 방열손실은 열에너지 회수의 효율을 저하시키는 원인 중 한가지이다. 이를 평가하기 위하여 소각시설의 벽면온도를 측정하여야 하며, 현재의 소각시설 벽면 온도 측정 방법은 환경부 고시 ‘폐기물 처리시설의 세부검사방법에 관한 규정’의 별표1 ‘폐기물 소각시설의 세부 검사방법’에 따른 지점측정 방식이다. 하지만 지점측정 방식의 온도 측정은 접촉식 온도계를 이용한 측정법으로, 대상의 접촉 지점에 따라 온도가 다르게 측정될 수 있으며 대상 시설의 평균 표면온도를 정확하게 측정하는 것에 한계를 가진다. 적외선 열화상 카메라는 대상의 넓은 면적을 동시에 촬영하여 온도를 측정하는 방식으로, 시설의 평균 표면온도를 비교적 정확하게 측정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 실제 가동 중인 폐기물 소각시설의 벽면 온도를 비접촉 온도 측정 방식의 적외선 열화상 카메라를 이용하여 측정하고, 기존에 수행되었던 연구를 통해 정립된 방열손실 산정식을 이용하여 방열손실을 계산하였다. 또한 폐기물의 소각 온도, 소각 용량, 소각로 표면적 크기 등 여러 가지 요인에 의한 방열손실을 고려하기 위하여 소각시설의 입열과 출열 항목을 측정하여 투입된 에너지 대비 손실량인 방열손실률을 산정하여 평가하였다.

현행 폐기물 소각시설에서의 에너지회수 관련 규정으로는 ｢폐기물관리법 시행규칙｣ 제3조에 명시되어 있으며, 에너지 회수기준 및 검사방법, 검사기관 등에 대하여 규정하고 있다. 에너지 회수기준으로는 75 % 이상(생산량 기준)으로써 회수된 열에너지를 스스로 이용하거나 다른 사람에게 공급할 것으로 규정하고 있다. 그러나 현행 에너지회수 기준마련에 대한 근거가 미비하며, 생산된 에너지를 기준으로 산정하고 있어 실질적으로 유효이용에 대한 평가가 곤란하다. 또한, 폐기물 소각시설에서의 연소 성능 및 경제성에 가장 큰 영향을 미치는 저위발열량은 연료가 완전히 연소될 때 단위질량당 발생하는 열량(수증기 잠열 제외)으로써 에너지 시장에 대한 분석을 위해서는 기본적으로 필요하다. 저위발열량 산정방법으로는 원소분석에 의한 저위발열량, 단열열량계에 의한 저위발열량 등을 이용하여 측정하고 있으나 폐기물공정시험 기준에 따라 시료를 분할 채취하여 균일화하여도 폐기물의 대표성을 확보하기에는 어려움이 따른다. 또한 현행 산정방법으로는 지역적 특성 및 계절적 영향 등 소각로에 투입되는 폐기물의 특성을 반영하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내 생활폐기물 소각시설(4개소)에서의 폐기물 투입량, 증기 생산량 및 사용량 등의 실제 계측기 측정데이터와 배출가스 보유에너지, 방열손실, 바닥재 배출열 등의 현장측정 결과를 바탕으로 저위발열량(Lower Heating Value) 및 에너지 회수효율(Energy Recovery)을 산정하였다. 산정결과를 바탕으로 ｢자원순환기본법｣ 시행(2018년 1월 1일부터)에 앞서 생활폐기물 소각시설에서의 에너지 회수기준 및 산정방법에 대한 제도적 검토와 에너지회수율 기준 및 법적･제도적 정비 방향 등의 기초자료로 활용하고자 한다.

연료연소에 의한 이산화탄소 배출량은 대부분 국가에서 온실가스 배출량의 90% 이상을 차지하고 있고, 경제상황이 호황일수록 그리고 선진국보다는 중국, 인도 같은 개도국에서의 온실가스 발생량이 증가하고 있다, 우리나라의 경우 1990년 대비 2014년 연료연소에 의한 이산화탄소 배출량 증감률은 153%로 OECD회원국 중 칠레 다음으로 증가폭이 컸으며, 2013년 대비 2014년 연료연소에 의한 이산화탄소 배출량 증감률은 -1.2%로 소폭감소세를 보여주고 있다. 또한 파리협정을 통하여 2020년 이후 새로운 기후변화 대응체제를 대비하여 선진국과 개도국 모두 온실가스 발생량 감축을 위하여 지역이나 국가단위의 총체적 관리가 요구되는 시점에서 에너지사용 절감과 신･재생에너지 확대 뿐 만아니라 에너지의 효율적인 활용이 매우 중요한 사안이 되었다. 본 연구에서는 신･재생에너지의 확대와 미활용 에너지원의 효율적인 활용 측면에서 집단에너지사업(특히 지역 냉･난방사업)에서의 소각수열 활용에 대한 현황과 전망을 살펴보았다. 2014년 기준 생활폐기물 소각시설에서 발생된 에너지량은 9,184,399Gcal로 2010년(7,643,474Gcal) 대비 120% 증가한 양으로 향후 고효율 소각시설 도입과 자원순환기본법 시행을 앞두고 에너지회수시설에 대한 투자가 확대되어 생산되는 에너지양은 더욱 증가할 것으로 예상된다. 현행 지역 냉･난방사업자의 소각수열 매입단가(수도권의 경우)는 수도권내 열병합발전소(분당, 안양, 부천, 고양)의 사용량 요금을 평균하여 분기별로 적용하여 산출하는데 통상 열 사용요금의 23~27%수준으로 산정하여 왔는데, 최근 지자체별로 열요금 매입단가에 대하여 상향 조정으로 요구하고 있는 실정이다. 더욱이 신규 소각시설이나 대보수되는 소각시설의 경우 생산되는 열에너지를 인근 제조공장에 지역 냉･난방 보다 높은 가격으로 판매하는 사례가 생기고 있다. 따라서 환경기초시설인 소각시설의 단순 수익성확보 보다는 국가나 지역차원의 효율적인 에너지관리를 위한 경제성과 온실가스 발생량 감축이라는 목표를 달성하기 위한 추가적인 검토가 필요할 것으로 사료된다. 또한 일부 지자체에서는 건물단위로 신･재생에너지 확보 의무비율을 조례로 지정하는 등 단순히 신･재생에너지 목표치 달성이라는 정책적 한계를 보이고 있어 향후 지역차원의 경제적이고 안정적인 에너지원 확보와 에너지 생산시설 설치비용 절감과 효율적인 에너지관리를 위한 에너지공급방식 선정 등 보다 세부적인 ‘지역 에너지이용계획’ 수립이 요구되고 있다. 특히 국가나 지역차원에서 화석연료사용 절감과 온실가스 발생량 감축을 위하여 소각수열과 같은 저렴하고 안정적인 폐기물에너지원의 적극적인 개발이 필요하며 제도적으로도 에너지원별 목표관리에만 치중되어 있는 현재의 정책에서 지역 내에서 경제성과 안정성을 평가하여 에너지원별 사용 우선순위를 결정하고 결정된 에너지원의 공급방식(개별공급or집단공급)을 선정하는 등의 전환이 필요한 시점이라고 판단된다.

2016년 제정된 ｢자원순환기본법｣에서는 폐기물의 발생을 최대한 억제하고 발생된 폐기물을 순환이용 및 적정 처분하도록 하며, 자원순환사회로의 전환을 위한 기본적인 사항들을 규정하고 있다. 이에 따라 물질재활용 뿐만 아니라 에너지재활용을 극대화하기 위한 정책의 필요성이 부각되고 있으며, 폐기물 적정처리 및 에너지자원의 재활용 측면에서 소각처리 및 소각열 회수의 중요성이 더욱 대두되고 있다. 그러나 기존의 소각시설 에너지회수효율 산정 방법은 유효하게 사용된 에너지가 아닌 생산에너지를 기준으로 산정함으로써 에너지 회수율 증진을 위한 제도 도입 취지와 목적 구현에 한계를 나타냈다. 이에, 개정된 에너지 회수효율 산정방법에서는 에너지 회수를 위한 기술력 향상 및 회수 에너지 활용도 증진을 위하여 생산된 에너지 중 유효 사용량을 기준으로 산정하도록 제시하고 있다. 또한 에너지 회수효율 및 폐기물 저위발열량 산정을 위한 모든 인자를 계측장비를 통한 계측 데이터 및 현장 측정･분석 결과를 적용하도록 하여 데이터 및 산정 결과의 신뢰성과 객관성을 확보하도록 하였다. 이에, 본 연구에서는 개정된 에너지 회수효율 산정방법을 바탕으로 국내 사업장폐기물 소각시설에서의 폐기물 저위발열량과 에너지 회수효율을 산정하였다. 대상시설은 스토커소각로 5기, 로터리킬른-스토커 병합식 소각로 1기, 로터리킬른 소각로 2기, 유동층 소각로 2기로 선정하였으며 산정 인자는 업체 내 실제 계측기기 측정값과 현장 측정･분석 결과 값을 적용하였다. 폐기물 저위발열량 산정결과 평균 약 3,350.5kcal/kg의 저위발열량을 나타냈으며, 에너지 회수효율 산정결과 에너지 생산량 기준 평균 약 58.6%, 에너지 사용량 기준 평균 약 49.0%로 산정되었다. 에너지 유효 사용량 기준과 생산량 기준의 에너지 회수효율 산정 결과는 약 10%의 차이를 나타냈으며, 이는 외부 공급 및 공정 내유효 사용 등을 통하여 잠재적으로 활용 가능한 양으로 판단된다. 아울러 소각시설에서는 보다 높은 에너지 회수효율 제고를 위하여 안정적 운영･관리, 소내 사용 에너지 절감, 터빈 발전 방식의 개선 등 다양한 에너지 회수 방안을 강구할 필요가 있을 것으로 판단된다.

급격한 산업화와 인구 증가 등은 국내 폐기물 발생량이 해마다 증가하는 요인으로 작용하고 있으며 이에 따른 다양한 폐기물 처리방법이 수행되고 있다. 대표적인 폐기물 처리 방법 중 하나는 소각에 의한 폐기물 처리이며 다량의 폐기물 처리가 가능하고 특히 폐기물의 부피와 무게를 10~20% 정도로 감량할 수 있으며 소각열에너지를 회수하여 폐기물의 자원순환에 일조하고 있다. 이러한 장점으로 인해 국내 폐기물의 소각처리 비율은 꾸준히 증가하고 있는 추세이다. 그럼에도 불구하고 폐기물 소각처리 중 발생하여 배출되는 다양한 오염물질은 환경에 큰 단점으로 작용할 수 있다. 따라서 소각시설에서 배출되는 오염물질의 모니터링은 환경보전 문제에 있어 매우 중요한 과제이다. 본 연구에서는 소각로에서 배출되는 오염물질의 특성을 파악하기 위해 의료 폐기물 소각로 44개소와 소형 폐기물 소각로 28개소, 총 72개의 가스 샘플을 채취하고 분석하여 주 대기오염 물질인 이산화탄소, 질소산화물, 황산화물, 다이옥신을 측정하였고 배출허용기준과 비교하였다. 또한 주성분분석을 통해 오염물질 배출을 6개 그룹과 6개 샘플로 나누어 각각의 배출특성을 분석하였다. 분석 결과, 다이옥신의 경우 배출허용기준을 초과한 시설은 의료 폐기물 소각로 7개소, 소형 폐기물 소각로 9개소로 나타난 반면, 이산화탄소, 질소산화물, 황산화물의 경우 소형 폐기물 소각로 10개소에서만 배출허용기준을 초과한 것으로 나타났다. 이 결과를 통해 의료 폐기물 소각시설보다 소형 폐기물 소각시설의 오염물질 배출이 심각한 것으로 확인되었으며 방지시설과 운전 조건의 개선이 필요할 것으로 판단된다.

전 세계적으로 지속적인 화석연료의 사용으로 인하여 화석 연료가 고갈되고 있을 뿐만 아니라 화석 연료를 사용하면서 발생하는 환경오염 때문에 대체에너지를 찾는데 많은 연구가 진행되고 있다. 이와 더불어 정부는 신재생에너지 보급을 늘리기 위하여 노력하고 있으며, 국내 연간 신재생에너지 생산량 중 폐기물 및 바이오매스에 의한 신재생 에너지 보급률이 약 70% 이상을 차지하고 있다. 특히, 국내에서 발생되는 폐기물은 높은 재활용률 덕분에 가연분 함량이 높아 열 회수 시설에 적용 시 화석원료의 대체제로 사용 가능성이 크다고 할 수 있다. 그러나 폐기물 고형 연료화 시설의 경우 반입량 대비 30 ~ 45%의 비율로 잔재물이 배출되어 매립되거나 일부는 소각시설에 의해 처리되고 있는 실정이다. 특히 이를 그대로 매립 하였을 경우 오염부하를 증가시킬 수 있으며, 매립에 의한 처분비용으로 전체 시설 운영비의 약 20%가 소요되는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구는 폐기물 고형 연료 잔재물을 이용한 소각 공정에서 적용하였으며 이러한 공정에서 발생한 바닥재를 보도나 광장의 포장에 사용되는 인터로킹 블록으로 활용하는 방안을 마련하였다. 이에 바닥재에 대한 기초특성분석을 하고 혼합된 벽돌의 흡수율, 휨강도, 압축강도, 치수 등을 분석하여 바닥재 혼합비에 따른 블록 특성 변화를 관찰하였다.

우리나라는 반도체, 철강, 자동차, 선박 등의 제조업을 토대로 경제규모를 성장시켜왔으며, 성장에 비례하여 에너지 수입 의존도 또한 증가했다. 현재 우리나라는 에너지의 95% 이상을 수입하여 사용하고 있는 에너지 다소비 국가로써 2013년 기준 제조업 원자재의 전체 수입량은 하루 평균 약 1조원에 이르는 것으로 집계되었다. 하지만 국내에서 발생되는 폐기물의 약 50% 이상이 에너지 회수에 이용될 수 있음에도 불구하고 단순히 소각 및 매립으로 처리가 되고 있어 에너지 다소비 국가의 현실과는 대조적인 폐기물처리가 이루어지고 있음을 알 수 있다. 이에 환경부는 ｢자원순환기본법(2018.01.01. 시행)｣을 마련하여 폐기물의 에너지화를 계획하고 있으며, 이와 관련해 소각으로부터 발생되는 열원, 온수, 증기 등의 에너지를 최대한 활용하여 그 효율에 따라 폐기물처분부담금을 감면해주는 방안을 구상하고 있다. 따라서 소각시설의 열에너지 회수효율 산정 및 산정을 위한 주요인자들의 과학적인 접근방법이 요구되었으며, 이에 본 연구에서는 열에너지 회수효율의 주요인자인 저위발열량 및 출열항목에 대하여 산정하고, 산정된 저위발열량 결과와 각 시설의 저위발열량 설계 값 및 발열량계측정값을 비교하여 타당성에 대하여 검토하고자 한다. 본 연구는 1차(2016.05.09.~2016.08.31.) 7개 시설(8호기), 2차(2016.09.05.~2016.10.30.) 4개 시설(9호기)로 진행하였으며, 대상 시설의 선정은 폐기물의 종류, 보일러의 설치형태, 소각로의 형태를 고려하여 선정하였다. 열에너지 회수효율의 산정을 위한 계측항목에 관련한 데이터를 일별로 수집하였으며, 계측 외 항목은 직접 측정하여 저위발열량 및 출열항목 등을 산정하였다. 대상 시설의 저위발열량 산정결과는 1차의 경우 2,776.6~3,881.4kcal/kg, 2차의 경우 1,921.5~5928.7kcal/kg으로 분포되는 것으로 나타났으며, 2차 대상시설 중 저위발열량 결과 값이 5928.7kcal/kg으로 산정된 시설의 경우 사업장폐기물 소각시설로 지정폐기물 투입비율이 100%인 것으로 나타났다. 연구결과, 지속적인 데이터 수집을 통해 출열항목을 산정하여 열에너지 회수효율을 극대화 시킬 방안을 마련해야 하며, 또한 과학적 근거를 수반한 저위발열량 산정방법을 마련해야 할 것으로 판단된다.

자원순환기본법 시행과 기후변화협약 이행으로 지금까지 안정적으로 처분해왔던 폐기물관리에 변화를 가져올 수밖에 없는 상황이다. 감량 목적의 단순 소각처분이 아닌 자원이 순환하고 온실가스 감축을 위해 에너지를 최대한 회수하기 위한 방안 마련이 필요하다. 우리나라는 선진화된 폐기물정책 시행으로 인해 폐기물 감량이나 재활용에 있어서는 선도적 역할을 담당해오고 있으나 소각에너지 회수에 있어서는 미흡한 면이 있다. 자원순환 기본법 시행과 신기후체제로 인해 3R(Reduce, Reuse, Recycle)뿐 아니라 에너지회수(Recovery)를 포함하는 4R 체제가 정착되어야만 하는 상황이기에 관련 동향을 살펴볼 필요가 있다. 이에 본 연구는 기후변화협약(교토의 정서)을 이행해온 국가와 자원순환사회를 선도적으로 추진해 온 국가를 중심으로 폐기물처분에 대한 변화를 살펴보고자 한다. 또한 폐기물 처분시 소각에 의한 처분률 변화와 소각에너지 회수와의 관계를 살펴보고 앞으로 자원순환 정책과 기후변화협약에 대응할 수 있는 방향성을 살펴보고자 한다. 연구결과에 의하면 앞으로 우리나라는 폐기물처분시 소각에 의한 처분률이 높아질 것으로 예상되는 바, 소각시설의 집적화와 대형화로 안정적 처분뿐 아니라 소각에너지 회수증대를 위한 세부적인 이행방안 마련이 필요하다. 이때 소각시설에 대한 양적 증대뿐 아니라 질적으로도 소각에너지 회수를 증대하고 회수한 에너지를 유효하게 이용할 수 있는 방안 마련도 함께 이뤄질 필요가 있음을 확인하였다.

우리나라는 2030년까지 모든 경제분야에 걸쳐 온실가스 배출을 약 37% 감축할 계획을 UNFCCC에 제출하였으며 이에 따라 보다 정확한 온실가스 배출량을 산정하는 것이 중요하다. 국내 발생되는 폐기물의 매립 억제정책으로 인해 폐기물의 재활용율은 향상되고 있지만 소각비율 또한 증가될 수 있다. 따라서 소각시설에서 배출되는 가스물질의 안정적인 관리가 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 국내 생활폐기물 소각시설 3개소(4호기) 및 사업장폐기물 소각시설 6개소(8호기)를 대상으로 연소 후 최종 배출되는 가스성분을 분석･포집하였다. 가스상 물질을 안정적으로 포집하기 위하여 가스샘플링장치를 설계･제작하여 적용하였으며, 보다 신뢰성 있는 시료채취를 위하여 3시간, 6시간, 24시간 단위로 각각 포집하여 결과값을 비교하였다. 분석대상 물질은 CO, NOx, SOx 그리고 CO2 였으며 포집한 기체시료 중 14C 분석을 통해 바이오매스량을 구하였다. 명확한 바이오매스량을 분석하기 위하여 탄소동위원소를 이용한 가속기 질량분석기(Accelerator Mass Spectrometry)를 이용하였으며 바이오매스량을 제외한 총 온실가스배출량을 구하였다.

Among the unintentional persistent organic pollutants (UPOPs), polychlorinated dibenzo-p-dioxins and polychlorinated dibenzofurans (PCDDs/PCDFs) were measured from a stack of 28 small-scale waste incinerators (SWIs) from 2013 to 2015. The emissions of PCDDs/PCDFs ranged from N.D. to 208.3 ng-TEQ/Sm3 with an average of 21.1 ng-TEQ/Sm3 based on the International Toxicity Equivalency Factor (I-TEF). The 28 stack gas samples were categorized into four types and evaluated by the score plot of principal component analysis (PCA). Furthermore, 17 PCDD/PCDF congeners were divided with the number of chlorine substitutions by a loading plot. The correlations between PCDDs and PCDFs were also estimated. The emissions of PCDDs/PCDFs from 19 SWIs were below the emission standards, while nine SWIs significantly exceeded them in this study.

Recently, the concept of “waste minimization and a sustainable resource circulation society” has become a global issue as the key term waste management policy, the effective use of waste, has been emphasized. Research that converts wastes from incinerators into energy is actively underway as a countermeasure for this issue. The most important factor, the lower heating value (LHV), is the amount of heat (excepting the latent heat of water vapor) generated when the fuel is completely burned, and it is necessary to analyze the combustion performance and economic efficiency of waste incineration facilities. The current LHV estimation methods of the Dulong equation and calorimeter through sampling cannot produce results that reflect the operation status of the incineration facility and the waste characteristics. Consequently, an objective and quantitative LHV formula (LHVKorea) was derived based on the operating data from the domestic municipal solid waste incineration facilities in this study. Additionally, by comparing LHVKorea and LHVEU, the error range of the two formulas is analyzed. The average result of LHVKorea is 2,318kcal/kg (1,788 ~ 2,734 kcal/kg), and an error range of 5% appears between LHVKorea and LHVEU.

Recently, domestic waste policy has focused on resource circulation. In accordance with Article 3, Paragraph 2 of the “Enforcement Rules of Wastes Control Act”, which is targeted at waste incineration facilities, we established and announced methods for calculating the recovery and utilization rates of incineration-sourced heat in 2015. The lower heating value is important to energy recovery and utilization rate calculations. Hence, the lower heating values of the waste incineration facilities were estimated using the thermal method from KS B 6205. Heat loss decreases the heat recovery efficiency, and should be measured and evaluated. The surface temperatures of the incinerator and boiler are required to determine heat loss. Presently, the contact point temperature method is used to measure the surface temperature. It is difficult to apply this method to the average surface temperature of an incineration facility. In this study, 20 Korean waste incineration facilities were selected for heat loss estimates based on waste incineration temperature, incinerator type, and incineration capacity. Infrared thermal cameras were used to measure the surface temperatures of the waste incineration facilities.

The paper industry requires continuous automation of processes ranging from injection of raw materials to initial paper processes and final processing. Thus, it is a capital- and equipment-intensive industry that requires large investments in facilities and consumes significant amounts of energy for production. Since the concept of a 'Waste Minimization and Sustainable Resource Circulation Society' is key waste management policy, the effective use of waste has been emphasized. To this end, there is significant research on energy conversion in waste incineration plants. Domestically, there is a desire to review and improve sustainable technology development systems in order to maximize thermal energy recovery in waste incineration plants. Therefore, this study compared the energy recovery rate calculation methods currently used in eight paper industry incineration plants. The lower heating value and energy recovery & use rate calculation methods were applied in accordance with the “waste resource energy recovery & use calculation method” located in Paragraph 2 of Article 3 in the Enforcement Decree of the “Wastes Control Act” of 2015. Calculations made using the current method (on the basis of output) showed an average energy recovery rate of 78.6% (75.5 ~ 82.8%), whereas the waste resource energy recovery & use rate calculation method (based on volume used) produced an energy recovery rate of 53.3% (42.5 ~ 74.8%).

Response measures to the resource circulation society and the new climate plan must be prepared by the central government in conjunction with local governments. The future directions of such measures can be established by investigating and evaluating trends in waste disposal currently in use by various cities and provinces. Against this backdrop, the current status of municipal waste generation and disposal in 16 Korean cities and provinces was examined. Although the percentage of waste recycled has increased, the rate of increase is declining. The percentage of waste disposed of in landfills has declined over time, but some landfills have already reached their limits. The amount of waste incinerated has grown more than the amounts recycled or disposed of in landfills. It will soon be necessary to develop measures that further increase the percentage of waste disposed of via incineration and improve the recovery of incineration-related energy. All cities and provinces should strive to improve the operating performance of their incineration facilities while reducing operating costs.

This study examined how OECD countries treat municipal solid waste (MSW) and how their methods of recovering energy after waste incineration changed as leaders prepared to resource circulation and reduce greenhouse gas emissions. The results showed that Korea, with its per capita MSW of 350 kg and recycling rate of 59%, was the most efficient among the 14 countries studied in regards to waste management. In Korea, the rate of waste reclamation dropped from 71% in 1995 to 15.7% in 2014. However, the rate of waste incineration is expected to increase, allowing the rate of waste reclamation to decrease to less than 1%. In addition, the study showed that the average rate of waste incineration was 49.8% in the OECD-EU countries and Japan, where reclamation rates are relatively low, and this average rate was higher than Korea’s rate of 25.3%. Therefore, Korea needs to identify ways to increase the rate of waste incineration and recover more energy from existing and future incineration plants. Such measures, along with the 3Rs of municipal solid waste and energy recovery, would help Korea become a society of both low carbon and resource circulation.

지금껏 안정적으로 폐기물을 처분해왔던 방법에 변화를 가져올 정책과 국제협정이 최근 제정 및 체결되었다. 첫 번째는 2016년 5월 29일 자원순환기본법이 제정･공포되어 2018년 1월 1일부터 시행될 예정으로 자원순환사회 기반을 구축하기 위한 제도적 기틀을 마련한 것이다. 지금까지 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률에 의해 추진해오던 것에 비하면 자원순환에 관해서는 다른 법률에 우선하기에 폐기물 처분방법에 있어 변화가 있을 것으로 본다. 두 번째는 2015년 12월 프랑스 파리에서 열린 2020년 이후의 신기후체제가 논의되어 모든 국가가 온실가스 감축에 참여하는 파리협정을 체결하였다. 이로 인해 폐기물부문도 온실가스 감축을 위한 방안과 실행계획 마련이 있을 것으로 본다. 이 같은 정책과 국제협정이 지금껏 안정적으로 처분해왔던 폐기물관리에 일정부분 변화를 가져올 수밖에 없는 상황이다. 감량 목적의 단순 소각처분이 아닌 자원이 순환하고 온실가스 감축을 위해 에너지를 최대한 회수하기 위한 방안 마련이 필요한 것이다. 우리나라는 선진화된 폐기물정책 시행으로 인해 폐기물 감량이나 재활용에 있어서는 선도적 역할을 담당해오고 있으나 소각에너지 회수에 있어서는 미흡한 면이 있다. 이에 본 연구에서는 우리나라의 시도별 도시폐기물의 발생 및 처분 그리고 소각시설에 대한 현황을 2000년 이후 2014년까지 5년 주기의 변화 추이를 살펴봄으로써 앞으로 자원순환 정책과 기후변화 협약에 대응할 수 있는 방향성을 제언하고자 한다.

최근 급속한 경제 성장과 소비 수준의 상승으로 폐기물 배출량이 급격히 증가했고, 질적으로도 다양화 되고 있다. 우리나라 폐기물 처리정책의 주요내용은 자원을 효율적으로 이용함으로써 자연으로부터의 자원채취를 최소화함과 동시에 자연으로 되돌려지는 폐기물을 최소화함으로써 자연환경을 보호하고 사람의 건강을 보존하는 것이다. 선․후진국을 막론하고 폐기물관리정책의 변화과정은 비슷하다. 이러한 폐기물의 적정처리와 국가 에너지자원의 활용측면에 있어서 매우 중요한 역할을 담당하고 있는 소각시설은 현재 정부가 추진 중에 있는 ｢자원순환사회전환촉진법｣ 제정에 따라 적지 않은 변화가 있을 것으로 판단된다. ｢자원순환사회전환촉진법｣은 자원 및 에너지 소비량의 증가에 따라 계속적으로 폐기물 발생량이 증가하고 있는 국내의 사회적 구조를 고려할 때 폐기물의 발생억제 및 순환이용 촉진 등 자원순환사회 실현을 위한 기반 마련을 위하여 반드시 필요한 제도임에 틀림없다. 자원순환 성과관리제를 통하여 검토되고 있는 폐기물처분부담금(소각 또는 매립)은 에너지를 회수하지 않는 단순 소각시설의 경우 재활용비용에 버금가는 소각세를 부과한다. 그러나 일정기준 이상 에너지를 회수하여 사용하는 소각시설은 폐기물처분부담금의 감면혜택이 부여됨으로써 폐기물로부터 에너지를 회수하는 에너지회수시설과 단순 소각시설의 차별화가 뚜렷이 구분될 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 생활폐기물 소각처리 시설(2개소, 3호기)을 대상으로 2015년 ｢폐기물관리법｣ 시행규칙 제3조제2항에 따른 “폐자원에너지 회수･사용률 산정방법”에 따라 에너지회수율을 산정하였다. 각각의 저위발열량 및 에너지회수･사용률 산정인자(Ep, Ew, Ei, Ef)는 3개월 동안의 계측기 측정값과 현장측정(배출가스 조성, 방열손실, 바닥재 보유열 등)결과를 바탕으로 산출하였다. 폐자원에너지 회수･사용률 산정결과로는 A시설(1호기･2호기)의 경우 생산량 기준 98.6 %, 사용량 기준 26.9 %로 산정되었다. B시설(1호기)에서는 생산량 기준 99.0 %, 사용량 기준 81.9 %로서 생산량 및 사용량 모두 높은 비율을 나타났다. 반면, A시설에서는 생산량 대비 사용량 기준 27.3 %로서 낮은 유효사용률을 나타내었으며, 유효사용률을 높이기 위해서는 다양한 방안(소내 소비감소, 소각시설의 효율적 가동, 폐열보일러의 효율 향상, 안정적인 수요처 확보 등)을 강구할 필요가 있을 것으로 판단된다.

현재 국내의 주된 폐기물 처리 방식은 발생억제(Reduce), 재이용(Reuse), 재활용(Recycle)을 통한 물리적인 처리방식으로써 대량으로 발생하는 폐기물을 효율적으로 처리하기에는 한계가 있다. 이에 폐자원 에너지화(Recovery) 개념의 도입으로 폐기물의 단순한 처리가 아닌 효율적인 에너지 자원으로 활용함으로써 자원순환사회를 구축하기 위한 정책적 방안이 마련되었으며, 구체적인 방안의 하나로 2018년 1월 1일부터 시행되는 자원순환기본법을 통하여 소각시설에 발생되는 열에너지를 적극적으로 활용할 예정이다. 따라서 소각시설로부터 실질적으로 회수되어 사용되는 에너지의 정확한 수치화가 요구되었으며, 현재 국내에서 운영 중인 소각시설을 대상으로 시범사업을 진행하여 소각열에너지 회수･사용률의 실증에 노력을 기울이고 있다. 이에 본 연구에서는 폐자원에너지 회수･사용률 산정에서 가장 중요하게 작용되는 저위발열량을 도출하기 위한 핵심요소인 출열항목을 실측하여 소각열에너지 회수･사용률 산정을 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 본 연구에서는 현재 운영 중인 생활폐기물 소각시설 2곳(A, B 소각시설)의 3개 호기와 사업장폐기물 소각시설 5곳(C, D, E, F, G 소각시설)의 5개 호기를 대상으로 5월부터 16주 동안 TMS 데이터 수집과 현장측정 및 시료분석을 병행하였으며, 종합적인 결과 값을 환경부 고시 제 2015-251호 폐자원에너지 회수･사용률 산정방법에 대입하여 소각로에서 발생되는 각각의 출열항목을 산출하였다. 또한 산출된 결과를 종합하여 생활폐기물 소각장과 사업장폐기물 소각장의 출열분포를 비교하여 보았다. 소각시설의 출열항목의 산정결과, 생활폐기물 소각시설 3개 호기의 출열 총합은 A시설 1호기가 13.54GJ/ton, 2호기가 14.12GJ/ton으로 산정되었으며, B시설 1호기는 12.72GJ/ton으로 산정되었다. 이 중 가장 높은 비율을 차지하는 출열항목은 증기 흡수열로 A시설 1호기는 9.57GJ/ton, 2호기는 9.82GJ/ton, B시설 1호기는 9.77GJ/ton을 차지하여 평균 72%의 분포를 보이는 것으로 나타났다. 또한 사업장폐기물 소각시설의 출열 총합은 C시설 16.65GJ/ton, D시설 15.48GJ/ton, E시설 13.35GJ/ton, F시설 12.49GJ/ton, G시설 11.79GJ/ton으로 산정되었으며, 사업장폐기물 소각시설 또한 생활폐기물 소각시설과 동일하게 증기 흡수열이 평균 65%의 분포를 보여 가장 높은 비율을 차지하는 것으로 나타났다. 연구결과, 지속적인 시범사업을 통해 실측값을 축적하여 소각열에너지 회수･사용률 제고를 위한 연구 등의 기초자료로 활용하여야 할 것으로 판단된다.

일본의 경우 전국에 약 1,300여 개의 폐기물소각로가 운전되고 있고 하루에 20만톤의 폐기물이 소각 처리되고 있으며, 그 중에서 약 900여개의 소각로에서 폐열 에너지를 회수하고 있고, 약 1,400 MW 규모의 발전 설비가 설치되어 있는 것으로 나타나고 있다. 유럽에서는 MSW 소각에너지를 회수하여 일차에너지로 이용하는 양은 2007년도에 6.1 Mtoe를 기록한 것으로 추정되며, 이는 전년도에 비해 약 6.3% (361.9 ktoe)가 증가한 것으로 조사되었다. 2012년 기준으로 국내 폐기물 발생량의 약 6.0 %는 소각으로 처리하고 있다. 2012년 기준 운영되고 있는 생활 및 사업장폐기물 소각시설은 총 552개소(시설용량 32,130 ton/day)이며, 환경 및 에너지 수급 측면에서 WTE 기술이 점점 중요해지고 있지만 관련 기술수준 측면에서 최고기술 보유국 대비 66~72%, 기술격차는 6~7년 정도가 존재하여 지속적인 연구개발 투자가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 폐기물소각시설 발전효율을 향상시키기 위해 열 회수능력 강화와 관련하여 급수예열 장치와 저공기비연소의 활용 및 증기의 효율적 이용과 관련하여 저온촉매탈질을 활용하여 발전효율 향상효과를 분석하였다. 급수예열장치 출구배기가스 온도를 300, 260, 230, 210, 190℃까지 저온화 함에 따라 기준 배기가스 온도인 250℃의 결과와 비교하면, 250℃ 이상에서는 보일러 효율이 약 5%가 감소하였으며, 250℃ 이하로 낮추어 보일러 효율을 산정한 결과 저위발열량 2,300 kcal/kg, 출구온도 190℃에서 약 6% 보일러 효율이 증가되는 것으로 나타났다. 연소 공기를 기존의 평균값 1.8에서 1.0까지 감소시키는 경우 저위발열량 값에 따라 차이는 있지만 보일러 효율의 경우 최대 6.2%까지 증가하는 것으로 나타났으며, 발전효율의 경우 최대 1.6%까지 증가가 가능한 것으로 나타났다. 탈질을 위해 저온촉매를 적용한 경우 저위발열량 2300 kcal/kg, 촉매탑 입구온도 200℃에서 180℃까지 10℃ 간격으로 변화시킨 결과, 최소 0.19%에서 최대 0.79% 발전효율을 증가시킬 수 있는 것으로 나타났다.

도시생활폐기물소각재(MSWI ash)을 매립하게 되면 장기적으로 중금속이 침출된다. 급속탄산화를 통하여 MSWI ash 내의 중금속을 탄산염 형태로 고정하여, 중장기적으로 침출을 방지할 수 있다. 본 연구에서는 급속 탄산화 방법을 통하여 소각재인 fly ash의 중금속 저감 및 이산화탄소 저감에 대해 수행하였다. NH4OH, NH4SCN, 및Ca(OH)2를 이용하여 test 하였으며, 소각재의 중금속을 탄산화 전, 후를 비교하여 중금속이 침출량을 비교 하였다. 추가적으로 이산화탄소가 fly ash에 포집된 이산화탄소 저감량을 나타내면서 이산화탄소 흡수제의 재사용 가능성을 확인하였다. 흡수제를 재생하는 과정에서 나온 CO32-이온에 의해 탄산화 된 금속염들의 성분 분석을 위해, XRD (X-ray diffraction analyzer(Ultima Ⅳ))를 사용하였다. 그리고 FE-SEM(Field emission scanning electron microscope, JEOL-7800)으로 filtering후 건조시킨 샘플과 fly ash의 표면구조를 촬영하고 비교하였다.