급속한 경제 성장과 함께 국내 하수처리 시설의 수는 증가하여 왔으며, 이로 인해 하수처리 시설로부터 발생되는 하수슬러지의 양도 꾸준히 증가하여 왔다. 2014년 기준 연간 발생량이 3,651,029 톤에 이르는 하수슬러지는 국제협약과 국내 법제도로 인해 해양투기와 직매립이 금지됨에 따라 이를 처리하기 위한 적절한 방법의 개발이 요구된다. 최근 하수슬러지 처리 방법을 살펴보면 전체 재활용되는 양의 43.8% (w/w)인 상당량의 하수슬러지가 건조 및 탄화의 방법을 통해 연료화 되고 있다. 하지만 슬러지의 경우 높은 함수율로 인해 건조 및 탄화 공정에 많은 양의 에너지가 소모되는 문제점이 있다. 이를 극복하기 위한 수단으로 슬러지에 함유되어 있는 수분을 열분해 반응에 이용할 수 있으며 비교적 낮은 온도에서 바이오매스의 탄화가 가능한 수열탄화가 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 슬러지의 수열탄화를 실시하고 생성된 바이오차를 이용하여 고형연료로서의 특성을 분석하는 한편 연료특성 개선을 위한 타 바이오매스와의 혼합처리 가능성을 확인하였다. 연구결과 180-270 ℃의 온도조건에서 생성된 바이오차는 모두 국내 바이오고형연료제품의 기준 발열량인 3,000 kcal/kg 보다 높은 4,000 kcal/kg 이상의 발열량을 보였다. 하지만 바이오고형연료제품 기준 중 회분함량에 대한 항목을 살펴보면 원시료 기준 29.11% (w/w)로 관련 기준인 15% (w/w)와 비교할 때 높았던 슬러지내 회분함량이 수열탄화 과정을 거치며 처리 온도에 따라 32.75-47.64% (w/w)로 오히려 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 슬러지를 고형연료로 사용하기 위해서는 회분함량 개선을 위한 혼합물의 투입이 필요할 것으로 판단되었다. 이를 위하여 최근 대량 생산이 용이하여 차세대 에너지원으로 주목받고 있는 미세조류와의 혼합을 통한 연료특성 개선 가능성을 확인하였다. 미세조류의 경우 슬러지와 동일한 조건에서 수열탄화를 통하여 처리될 경우 회분함량이 1.29-2.96% (w/w)로 현저히 낮고, 발열량 또한 6,740 kcal/kg으로 높은 값을 보였다. 따라서 적절한 비율로 혼합된 슬러지와 미세조류의 수열탄화를 통한 처리 시 생성된 바이오차는 국내 바이오고형연료제품 기준을 만족할 수 있을 것으로 판단된다.

오늘날 인구밀도의 증가와 산업 활동의 증가로 하･폐수처리장이 급속하게 증가하였고, 이에 따라 하･폐수슬러지의 발생량이 많아지고 이를 감량 및 처리하기 위한 연구 및 개발도 증가하는 추세이다. 고함수(함수율 80%)의 특성을 가지고 있는 슬러지에 대한 처리 및 에너지화는 이전부터 많이 진행되고 있으나, 고형연료화에 있어서 높은 에너지 소비비용을 줄이기 위해 수열탄화의 공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 2012년부터 런던협약에 의해 유기성폐기물의 해양투기가 금지되면서 하수슬러지 뿐만 아니라 가축분뇨, 음식물류폐기물 등이 육상처리 및 에너지화의 방향으로 진행되어야 할 것이다. 이에 본 연구에서는 유기성폐기물 종류에 따른 수열탄화의 반응특성변화를 평가하고, 수열탄화 반응물의 탈수성, 고형연료 생산수율, 발열량, 탈리여액의 메탄포텐셜 등을 평가하여 종류별 최적의 수열탄화 반응온도를 평가해보았다. 또한, 유기성폐기물 종류별 수열탄화 적용에 따른 고형연료 생산성을 평가하여 유기성폐기물별 연료화 가치를 판단해 보았다.

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.

Solid refuse fuel (SRF), which is made of combustible waste, has to pass the government’s rigid standards. The Korean government plans to enhance the ratio of biomass energy to total energy use from 3.17% in 2013 to 4.16% in 2020. In particular, the Korean government aims to raise the ratio of combustible waste converted into SRF from 16% in 2014 to 100% in 2020 by increasing the number of facilities manufacturing and utilizing SRF. We attempt to analyze the external benefits of the expansion using the data obtained from a survey of 1,000 randomly selected households. A choice experiment, an economic technique, is employed here. The attributes considered in the study are ‘improvement of energy security’, ‘reduction of greenhouse gases emissions’, ‘extension of landfill life expectancy’, ‘job creation’, and ‘price’ measured as an additional amount of monthly electricity and heating bills per household. The multinomial logit model, which requires the assumption of the ‘independence of irrelevant alternatives’, is applied. However, the assumption could not be satisfied in our data. Thus, we finally utilized a nested logit model that does not require the assumption. All the parameter estimates, except for ‘improvement of energy security’, in the utility function are statistically significant at the 5% level. The estimation results show that the marginal willingness to pay (MWTP) for one year increase in landfill life expectancy is estimated to be 218.8 won per household per year. MWTP for 100,000 tCO2 decrease in greenhouse gases emission is calculated to be 171.9 won per household per year. MWTP for the creation of a new job is computed to be 10.7 won per household per year.

지속적인 화석 연료의 사용으로 인해 발생하는 환경오염 때문에 대체에너지를 찾는데 많은 연구가 진행되고 있다. 국내에서 발생되는 폐기물은 가연분 함량이 높아 폐기물 고형연료로 생산할 경우 화석원료의 대체제로 사용 가능성이 크다. 이러한 SRF는 최근 주목 받기 시작한 기술로 폐기물을 선별･파쇄 및 건조를 거쳐 생산되며, 국내 SRF의 발열량 기준은 약 3,500kcal/kg 으로 화석연료 및 바이오매스와 비교했을 때 연료로 사용하는데 문제가 없을 정도의 품질기준을 만족시키고 있다. 하지만 SRF의 생산 효율이 60%이하로 낮은 실정에 있어, 연료로 사용가능한 폐기물들이 버려지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 극복하기 위한 방안으로 SRF를 생산하고 남은 잔재물(저품위 폐기물)을 다시 고형연료로 생산하여 열처리 시설에서 에너지 회수 시설에 적용하기 위한 실험의 하나로 저품위 폐기물의 기초특성분과 본 폐기물의 연소특성에 대해서 평가하였다. 실험결과 비록 MBT(Mechanical Biological Treatment) 처리를 거친 저품위 폐기물을 사용했지만 기존 SRF 연소특성과 비교했을 때 좋은 연소특성을 보였으며, 대기배출허용기준 또한 만족하였다. 본 연구에서는 SRF를 이용하여 에너지화 기술 중 하나인 가스화기술을 적용해 실험을 진행하였다. 실험조건으로는 고정층 반응기에서 공기 산화제를 사용하였으며 반응온도와 시료투입량을 900℃와 1g/min으로 고정하였다. 최적 ER(Equivalent ratio)을 찾기 위하여 0.2,0.4,0.6으로 변화를 주었다. 또한, 가스특성을 평가하기 위하여 Micro-GC를 통해 합성가스의 조성을 파악하였으며, 건조가스수율, 냉가스 효율, 탄소 전환율을 가스화특성 평가 인자로 사용하였다.

지속적인 경제 성장으로 인한 생활 패턴 및 소비구조의 변화에 의해 폐기물 발생량은 급격히 증가하였으며, 발생 및 특성에 따른 적정처리에 대한 어려움을 겪고 있다. 특히, 유기성 폐기물은 2012년 해양 투기의 전면금지에 따라서 대체할 수 있는 처리 방안에 대해 지속적으로 방법을 강구하고 있는 실정이다. 음식물 폐기물의 경우 높은 유기물 함량과 높은 수분함량으로 직접적인 연료화보다는 퇴비화 및 사료화 등으로 처리하고 있으나, 악취 및 폐수 처리문제 등이 야기되고 있다. 본 연구에서는 수열탄화를 이용하여 Biochar를 생산하고, 생산한 Biochar 특성변화에 대한 연구를 진행하였다. 수열탄화의 온도변화에 따라서 음식물퓨 폐기물의 유기물의 특성 변화 및 연료 특성 변화에 대한 상관관계와 적용성에 대한 평가하였으며, 실험조건은 180-240℃에서 1시간동안 반응하였다. Biochar의 특성분석을 위행원소분석, 공업분석, 발열량 및 유기물 변화 등을 분석하였다. 수열탄화를 통해 발열량이 증가하였으며, 탈수성이 향상되는 결과를 얻었다. 음식물의 유기물의 용해에 의해 Product yield는 낮아지는 결과를 보였다. 화학적으로는 탄소함량의 증가를 통해 발열량이 증가하였다고 판단되며, 높은 온도에서는 분해율이 높아서 고형물 및 탄소 함량이 낮아지는 결과를 알수있었다. 수열탄화를 통해 얻어진 Biochar는 국내 Bio-SRF 기준에 적합한 결과를 보였으며, 수열처리는 음식물류 폐기물 처리의 한 방법으로 제시가능하다고 판단된다.

In this study, hydrothermal carbonization is used to recover energy from sludge. This hydrothermal carbonization is a feasible sustainable energy conversion technology to produce biofuel for renewable energy. The experiments were conducted at 170oC up to 220oC for a 30-min holding period to determine the optimum conditions for hydrothermal carbonization in a lab-scale reactor to apply to a scale-up reactor (1 ton/day). The biochars from sludge were assessed in terms of dewaterability characteristics and fuel properties. The results showed that the optimum temperature of labscale hydrothermal carbonization was 190oC. The 1 ton/day hydrothermal carbonization pilot plant operated at 190oC. The biochar had higher energy content but the char yield sharply decreased. Therefore, an energy of about 49% could effectively be converted from sludge biomass. This sludge from municipal wastewater treatment is a potential energy resource because sludge is composed of organic substances.

It is projected that swine manure solids can be used for heating agricultural facilities. Therefore, this study focused on the possibilities of using swine manure as a solid fuel instead of composting it. Moisture content, ash content, volatile content, calorific value, TGA (thermogravimetric analysis), and elements in the swine manure were determined. After dehydrating the manure completely in a drying oven, its calorific value and ash content were measured. They appeared to be 3,517 kcal/kg and 16.6%, respectively, which satisfies the standard value of livestock solid fuel: heating value of 3,000 kcal/kg or above and ash content of 30% or below. Based on this result, it is concluded that using swine manure solids as a solid fuel is possible. Furthermore, when the chemical elements of C, H, O, N, S, Cl, etc. in the manure were analyzed, there was 33.75 ~ 45.98% of carbon and 31.55 ~ 41.20% of oxygen, which indicates that most of the manure was composed of combustible materials. However, there were cases where the percentage of water content in the manure exceeded 70%, implying that costs for dehydration would become expensive because it needs to be lowered to 20% in order to be used for energy source. Therefore, in order to use the swine manure as an energy source, minimizing the manure’s percentage of water content at the farm without any outside financial input is the biggest task to be solved.

In recent years, waste-to-energy conversion using municipal solid waste (MSW) has been gaining attention in municipalities. Such conversion can reduce the dependency of non-renewable energy such as fossil fuels by generating solid refuse fuel (SRF) and diverting landfilling of the waste, although there is debate over the efficiency and economic aspect of the practice. With a growing interest in the conversion, D city is trying to adopt all possible measures towards achieving a material-cycle society by constructing a waste-to-energy town by 2018. The waste-to-energy town will be comprised of energy recovery facilities such as a mechanical treatment facility for fluff-type SRF with a power generation plant, and anaerobic digestion of food waste for biogas recovery. In this paper, we focus on estimating the energy recovery potentials and greenhouse gas (GHG) reduction of MSW by waste-to-energy conversion under three different scenarios. The data required for this study were obtained from available national statistics and reports, a literature review, and interviews with local authorities and industry experts. The lower heating value was calculated using the modified Dulong equation. Based on the results of this study, the energy recovery potential of MSW was calculated to be approximately 14,201-51,122 TOE/y, 12,426-44,732 TOE/y, and 8,520-30,673 TOE/y for Scenarios 1, 2, and 3, respectively. The reduction of GHG by such conversion was estimated to range from 10,074-36,938 tonCO2eq/y, depending on scenario. This study would help determine the production rate of fluff-type SRF to be converted into a form of energy. In addition, this study would aid waste management decision-makers to clarify the effectiveness of recycling of MSW and their corresponding energy recovery potentials, as well as to understand GHG reduction by the conversion.

The ocean dumping of organic waste as food waste has been prohibited since 2012 and so it is necessary to find alternative methods for its treatment and disposal. The purpose of this study was to treat food waste via hydrothermal carbonization (HTC) that has advantages such as no pre-treatment as drying feedstock and low energy consumption. Additionally, feasibility study for Bio-SRF (Solid Refused Fuel) was conducted to produce hydrochar via HTC. As results from quality standards experiments based on 「Solid Fuel Product Quality Testing Method in Korean」, the optimal condition of 220oC as reaction temperature and 4 hr as reaction time have been selected. Since 2012, the ocean dumping of organic waste as food waste has been prohibited, it is necessary to replace its treatment and disposal. This study applied to treat of food waste via hydrothermal carbonization (HTC) which the method has advantages such as no pre-treatment as drying feedstock and low energy consumption. Moreover, feasibility study for Bio-SRF (Solid Refused Fuel) conducted to producted hydrochar via HTC. As a results from quality standards experiments based「Solid Fuel Product Quality Testing Method in Korean」, the optimal condition of 220oC as reaction temperature and 4 hr as reaction time has been selected.

Recently many research and investment have been made for waste biomass to bio solid fuel development in Korea. In this study, monte-carlo simulation is applied to estimate the bio solid fuel product quality made from various biomass as raw materials. Commercial biomass and waste biomass raw material samples were collected to investigate the basic properties and to predict mixed effect to solid bio-fuel product. The results show that predicted subject properties about applying a single quality items was reasonable, but for mixed biomass raw material, correlations and logical relevance of several items will be need to assume that require additional consideration for it. The stochastic techniques established through this study will be applicable to bio-solid fuel product development with a variety of waste biomass.

국내 RDF(Refuse Derived Fuel)와 관련한 ‘자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률이 2013년 1월 개정되면서 국내에서는 RDF가 SRF로 종류가 변경되었으며, 이와 더불어 종전 RPF(Refuse Plastic Fuel), RDF, TDF(Tire Derived Fuel), WCF(Wood Chip Fuel)로 구분되던 것이 SRF와 BIO-SRF로 개정되었으며, 고형연료 제품에서도 성형과 비성형제품으로 구분되게 되었다. 이에 따라 기존 성형SRF제품들에 비해서 비성형 SRF제품의 수분함량의 기준이 15%차이가 나게 되었다. 본 연구에서는 생활폐기물로 생산되는 비성형 SRF의 가스화 반응을 활용하여 고부가 가치의 연료 및 원료를 생산하기 위한 고정층 및 유동층에서의 가스화 특성을 파악하고자 한다. 실험조건은 운전온도 900℃, ER(Equivalent Ratio)조건 0.2, 0.4, 0.6에서의 가스화 반응을 실시하였으며, 고정층반응기에서는 ER비가 증가함에 따라 수소비율이 감소하는 것으로 나타났으나, 유동층반응기에서는 ER 0.4일 때 수소비율이 최저로 나타났다.

The hydrothermal carbonization is one of attractive thermo-chemical method to upgrade biomass to produce biochar with benefit method from the use of no chemical catalytic. Hydrothermal carbonization improved that the upgrading and dewatering algal biomass, microalga as Chlorella vulgaris, which is conducted at temperatures ranging from 180 to 350℃ with a reaction time of 30 min. These characteristic changes in algal biomass were similar to those of coalification reactions due to dehydration and decarboxylation with increase of hydrothermal reaction temperature. The biochar became a solid fuel substance, the characteristics of which corresponded with fuel between lignite and sub-bituminous coal. The results of this study indicate that hydrothermal treatment can be used as an effective means to generate highly energy-efficient renewable fuel resources using algal biomass.

In this study those currently operating SRF (Solid Refuse Fuel) combustion plant were selected for the investigation. The SRF component analysis, and the reaction time to collect contaminants collected and analyzed. As the result, the average caloric value of the SRF was about 8,114 kcal/kg and the result of the analysis was satisfied with the Fuel standard. The SRF could be used as an alternative Coal fuel. However CO, NOx and Dust analysis result was exceeded the emission standard. In case of Hydrogen chloride, high concentration of emission from the facilities was observed. Although normal operation was performed, ineffective the operational management causedt, incomplete blockage of drug injection facilities and personnel management system. To prevent such problems, a regular maintenance of facilities is need to be installed. At the moment applied to the monitoring system (TMS) are installed in waste incinerators with the medium to large capacities, However such as a periodically monitoring system is needed to manage a small solid fuel boliers as well.

Analyzing results of exhaust gas of solid fuel burning are investigated with measuring position in a pilot scale MILD(Moderate and Intense Low oxygen Dilution) combustor using high temperature exhaust gas recirculation. Flue gas hasbeen measured at exit of combustion chamber and stack, especially. Oxygen concentration measured at stack is higherand carbon dioxide concentration is lower than that measured at exit of combustion chamber, because air flows into theflue gas from the post-treatment facilities, such as gas cooler and bag filter, due to negative pressure caused by inducedblower. Low carbon dioxide concentration can cause an error which estimates higher air ratio than actual air flow rateneeded for complete combustion. Average calculated concentration of measured nitric oxide and carbon monoxide forreference concentration of 6% oxygen have no notable difference with measuring position. But, time resolution of thedata measured at exit of combustion chamber is better than that measured at stack. It is confirmed that MILD combustionof solid fuel of pulverized coal using high temperature exhaust gas recirculation can reduce dramatically nitric oxideemission.

MILD (Moderate and Intense Low oxygen Dilution) combustion using high temperature exhaust gas recirculation is applied to solid fuels of dried sewage sludge and pulverized coal combustion to investigate the effect of reduction of NOx emission in a pilot scale combustor. High temperature exhaust gas recirculation is accomplished by entraining high temperature exhaust gas to air jets at just exit of the combustion chamber without a heat exchanger. High temperature exhaust gas recirculation makes the solid fuel flame stable and extremely uniform color and uniform temperature distribution. NOx concentration at the combustor exit was 62% and 40% less in the high temperature exhaust recirculation MILD combustion compared with the conventional combustion using air jet only for sewage sludge and pulverized coal respectively.

In the present study, MILD (Moderate and Intense Low oxygen Dilution) combustion technology is adopted as one of the most effective tool for reduction of NOx emission in solid fuel combustion. We tried to achieve MILD combustion using the high temperature exhaust recirculation without any heat exchanger for preheating air. High temperature exhaust recirculation is accomplished by entraining the high temperature exhaust gas to air jets at just exit of the combustion chamber. This high temperature exhaust recirculation could recirculate heat and inert exhaust gas simultaneously. MILD combustion using the recirculation of the high temperature exhaust gas is experimented to investigate the effect of low NOx emission for the recycled solid fuel of the dried sewage sludge and pulverized coal. NOx emission could be reduced drastically by using this advanced combustion technique. Maximum 68% and 57% of NOx reduction was achieved for sewage sludge and pulverized coal respectively, in the high temperature exhaust recirculation MILD combustion compared with the conventional combustion using air jet only. This type of MILD combustion makes the apparent flames of both solid fuels extremely uniform without high temperature flamelet.