간행물
한국폐기물자원순환학회 학술대회자료집
- 발행기관 한국폐기물자원순환학회
- 자료유형 학술대회
- 간기 부정기
- 수록기간 1984 ~ 2018
- 주제분류 공학 > 환경공학 공학 분류의 다른 간행물
- 십진분류KDC 539DDC 628
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2017년 추계학술발표회 논문집 (2017년 11월) 117건
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2017.11
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2016년 11월 4일 신기후체제인 파리협약이 발효되었다. 국내도 자체적으로 온실가스 감축을 위한 노력을 기울여 왔으나 2020년 이후 국제협약에 의해 감축을 이행한다는 점을 고려하면 구체적이고 신뢰성 있는 방안 마련이 필요하다. 산업이나 발전부문 이외에 폐기물부문도 감축을 위한 방안 마련이 필요하다. 제1차 기후변화대응 기본계획에 폐기물부문은 발생억제와 재활용 그리고 에너지화에 의한 감축 방안이 담겨있다. 그러나 실질적으로 어느 정도의 감축효과가 있는지 그리고 신뢰성이 있는지에 대해서는 객관적으로 검증한 바 없다. 이러한 점에서 앞서 교토의정서에 의해 온실가스 감축을 체계적으로 감축해 온 EU의 폐자원에너지가 온실가스 감축에 기여하는 정도와 역할에 대해 살펴보고자 한다. 앞으로 폐기물부문의 온실가스 감축 방안을 보다 신뢰성이 있는 방향으로 전개하기 위해서는 선도적으로 대응해 온 국가의 대응 방안을 살펴보는 것도 의미가 있기 때문이다. 한편 EU는 지속가능한 발전을 위해 자원효율(Resource Efficiency) 정책을 펼치고 있다. 그 동력원으로 순환경제를 추진하고 있는데 시책으로 2015년 12월 순환경제패키지를 책정하였다. 순환경제는 EU의 경제 성장을 유지하면서도 자원이용으로 인한 환경영향은 증가시키지 않기 위한 디커플링(Decoupling) 실현을 목표로 하고 있다. 순환경제에서 폐기물을 2차원료나 물질로 우선적으로 이용하고 재활용이 가능하지 않은 폐기물에 대해서는 최대한 에너지로 회수하기 위한 시책도 함께 이뤄지고 있다. 기후변화 대응과 순환경제로의 이행을 위한 폐자원에너지의 역할을 EU 중심으로 살펴본 결과, 국내도 기후변화 대응과 순환경제 사회를 구축하기 위해서는 폐기물관리 정책부문에서 폐자원에너지에 대한 역할을 조명하고 폐자원에너지 산업을 활성화하기 위한 방안마련이 필요함을 확인하였다.
22.
2017.11
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국제연합식량농업기구(FAO)는 2050년, 전 세계 인구 수가 약 90억에 이를 것으로 예측하였다. 이와 같은 인구 증가는 여러 식량 및 환경 문제들을 야기할 수 있다. 또한 식량 및 에너지원 생산과정에서 자연계에 과잉으로 배출되는 질소, 인은 토양 산성화 및 부영양화 등의 환경문제를 유발할 수 있다. 이에 대한 해결책으로 FAO에서는 ‘곤충’을 자원(식･약품, 사료, 비료 등)으로 활용하는 것을 제시하였다. 현재 국내 연구는 곤충의 이용가능성 여부 및 활용기술개발 위주의 연구에 치중되어있어 곤충활용에 따른 환경성 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 식용곤충으로 인정받은 곤충 6종 중 갈색거저리와 벼메뚜기를 선정하여 곤충의 활용방안에 따른 환경성 평가를 진행하였다. 갈색거저리는 최근 식량자원으로써 각광받고 있는 종이며 번데기까지 사용할 수 있는 완전변태 곤충이다. 벼메뚜기는 예로부터 식품으로 이용된 친숙한 종이며 대표적인 불완전변태 곤충이다. 본 연구의 목적은 곤충 분류(번데기의 유무)에 따른 활용방안의 환경성을 비교･평가하고 이를 기존 단백질원과 비교하는 것이다. 갈색거저리와 벼메뚜기의 환경성 평가는 질소, 인 흐름분석 및 전과정평가를 사용하였다. 이는 인간이 곤충을 단백질원으로 섭취하였을 경우와 곤충 사료로 키운 가축을 섭취하였을 경우로 나누어 분석하였다. 이를 토대로 물질흐름의 각 단계를 비료, 작물, 곤충, 가축, 사람으로 나누어 유입, 유출되는 질소와 인의 양을 산정하고 이에 따른 질소, 인 이용효율을 산정하였다. 또한 갈색거저리와 벼메뚜기 사육 시 발생하는 온실가스 량을 기존의 단백질원 생산과 비교 하였다.연구 결과 갈색거저리가 기존 단백질원인 한우와 벼메뚜기보다 질소, 인이용효율이 높았으며 온실가스 발생량이 적었다. 또한 갈색거저리는 번데기까지 사료로써 이용이 가능하기 때문에 활용범위가 넓을 것이라 생각한다.
23.
2017.11
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세계 인구가 증가하면서 식량문제가 발생하며 이러한 식량을 생산하는 과정에서 발생하는 온실가스는 기후 변화문제를 유발하고 있다. 질소는 단백질의 주요 요소로 동물이나 식물에게 필수적인 성분이나 과잉 공급되어 주변 수계로 배출되어 부영양화문제가 발생하고 있다. 또한 인은 계속 수요가 증가하는데 한정적인 인광석양으로 인해 자원고갈문제가 발생하고 있다. 따라서 질소와 인의 손실을 예방하고 효율적으로 이용하기 위한 흐름 파악이 필요하며 질소와 인을 효과적으로 순환시키는 것이 필요하다. 이러한 문제를 해결할 대책으로 국제연합 식량농업기구(FAO)는 곤충을 적극 권장하고 있다. 누에는 다른 곤충들과 달리 오래전부터 우리나라에서 많이 길러왔으며 최근 양잠산업을 웰빙･친환경･기능성 산업으로 육성하기 위한 제2차 양잠산업 육성 5개년 계획이 확정되어 양잠산업의 규모는 점점 커질 것으로 보인다. 누에는 식품으로 이용할 수 있을 뿐 아니라 잠용박을 이용하여 사료를 만들 수도 있다. 또한 잠분은 유기질 비료로 사용할 수 있다. 최근 원유가 상승 및 원유 자원의 고갈문제가 대두되고 자연 상태에서 분해되지 않는 물질을 소각하거나 매립하면서 발생하는 환경문제가 증가하면서 원유로부터 추출한 물질로 합성하여 만든 플라스틱을 대체할 수 있는 누에의 산물인 실크 피브로인을 이용한 생분해성소재(biomaterial)개발이 활발히 이루어지고 있다. 따라서 본 연구는 누에의 활용에 따른 질소, 인 흐름을 분석하여 질소, 인 이용 효율을 평가하고 온실가스 배출량을 평가하였다. 온실가스 배출량은 전과정평가를 통해 산정하였다. 질소, 인 이용 효율은 유출량을 유입량으로 나누어 구하였다. 누에를 식용으로 사용하는 경우는 누에5령3일을 이용하여 누에가루를 만들었을 경우와 번데기를 식품으로 섭취하는 경우 모두 고려하였다. 식용으로 사용하는 경우 소, 돼지, 닭, 대두와 비교하였으며 사료로 사용하는 경우 대두박과 비교하였다. 실크의 경우 나일론, wool과 비교하였다. 누에를 활용한 질소, 인 이용효율과 온실가스배출량은 소보다 좋은 결과를 보였다.
24.
2017.11
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국제연합식량농업기구(FAO, United Nations Food and Agriculture Organization)의 보고서에 따르면 21세기 전 세계의 인구는 2050년 약 90억에 달할 것으로 예측되며, 이러한 인구팽창으로 인한 식량부족 및 사료공급의 문제는 생산 시 야기되는 자원고갈 및 환경영향에 대한 우려와 함께 전 세계의 큰 관심사로 화두되었다. 이렇듯 현대사회가 직면한 복합적인 문제점을 해결하기 위해 전 세계적으로 새로운 미래자원에 대한 탐색이 이루어졌으며, 곤충이 하나의 유망자원으로서 새롭게 각광받기 시작하였다. 특히 목질을 섭식하는 흰개미의 경우 난분해성 물질인 리그닌과 셀룰로오스의 분해능력으로 인해 해외에서는 이미 오래전부터 흰개미의 장내 미생물을 이용하여 목질계 바이오매스로부터 바이오에탄올을 생산하는 방법에 대해 연구가 진행되어왔다. 하지만 국내에서는 흰개미를 목조 문화재를 가해하는 해충으로 분류하여 흰개미의 방제에 초점을 맞추어 연구가 많이 진행되어왔을 뿐 유용자원으로서의 흰개미의 잠재성에 대한 관심과 연구가 미흡한 실정이다. 또한, 흰개미는 우수한 단백질 공급원으로서 일부 국가에서는 식용 및 사료로서 활용하고 있지만 이에 따른 환경영향 및 효율에 관한 연구 역시 미흡하다. 따라서 본 연구는 국내에 분포하는 일본흰개미(Reticulitermes speratus kyushuensis Morimoto)를 대상으로 흰개미가 주로 섭식하는 폐목재를 먹이로 주어 사육하였을 때, 생산되는 식용과 사료의 온실가스 발생량(LCA, Life cycle assessment)과 질소의 순환효율(ROI, Return on Investment)을 정량화하여 환경적･경제적 이점을 도출하고자 하였다.정량화된 온실가스 발생량과 질소의 순환효율은 식용으로 활용할 경우 기존의 단백질원인 한우, 양돈, 육계, 대두와 비교하고, 사료의 경우 대두박과 비교하였다. 그 결과 흰개미를 식용과 사료로 이용할 경우 온실가스 발생량 측면에서 비교적 높은 값을 나타내었으며, 질소의 순환효율에서는 상대적으로 우수한 결과를 나타내었다. 미래 유망자원으로서 보다 다양한 곤충에 대한 탐색이 이루어질 필요성이 있으며, 곤충활용에 따른 환경적⋅경제적 이점의 정량화는 향후 곤충산업의 발전방향을 제시하고 활성화하는데 이바지할 수 있을 것으로 예상한다.
25.
2017.11
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IEA의 에너지 전망 시나리오에 따르면 세계의 에너지 수요는 점차 증가할 것으로 나타나고 있다. 이에 따라 세계적으로 에너지 수요 증가에 따른 이산화탄소 배출량 증가를 제한하기 위한 에너지와 기후 정책이 시행 되고 있다. 파리협정은 2020년 만료 예정인 교토의정서를 대체하기 위해 2015년 채택 된 신기후체제로, 적극적인 온실가스 감축을 목표로 한다. 이에, 유럽에서는 이미 폐기물을 이용한 재생연료의 바이오매스 함량을 측정하여 이를 온실가스 배출량에서 차감하는 정책을 수행하고 있다. 국내에서도 신재생에너지를 사용하여 온실가스를 감축하기 위한 정책이 시행 중이다. 산업통상자원부의 제4차 신재생에너지 기본계획에 따르면, ‘35년까지 1차 에너지의 11.0%를 신재생에너지로 공급하여 전체 전력량의 13.4%를 신재생에너지로 공급하는 것이 목표이다. 신재생에너지로서 폐기물에너지의 정책 목표 비중은 14년 67%에서 25년 38.8%, 35년 29.2%로 점차 줄어들지만, 신재생에너지의 전체 공급 목표량이 증가하므로 폐기물에너지의 연평균 증가율은 2%를 목표로 하고 있다. 2016년 신재생에너지 백서에 따르면 폐기물에너지의 이론적 잠재량은 2013년 기준 13,977,173 toe/yr 에 이른다. 따라서 본 연구에서는 국내외의 신재생에너지로서 폐기물에너지의 가치를 평가하고 효과적인 활용을 위한 정책 개선 방향에 대하여 검토하였다.
26.
2017.11
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인류의 문명이 점점 고화됨에 따라 부수적으로 폐기물 또한 증가 하고 있는 실정이다. 최근 이러한 폐기물의 발생억제(reduce), 재사용(reuse), 재활용(recycle), 에너지자원화(recovery)에 국내를 비롯한 전 세계적인 노력이 활성화 되고 있다. 폐기물 에너지화(Waste to Energy, WTE) 기술이란 폐기물을 에너지 공급에 사용할 수 있는 다양한 연료로 전환시키는 기술이다. 도시고형폐기물(Municipal Solid Waste, MSW)을 활용한 발전보일러는 폐기물의 매립을 최소화하고, 환경 오염물질 배출을 감소시킬 뿐만 아니라, 전기나 증기와 같은 열에너지를 얻을 수 있어 각광 받고 있다. 하지만 MSW는 일반적으로 종이류, 플라스틱류, 고무류, 섬유, 가죽, 나무, 음식물 및 금속류 등 다양한 재료로 구성되어 있으며, 지역에 따라 구성요소 또한 차이가 난다. 이러한 다양 구성요소로 이루어진 MSW는 염소(Cl)등의 여러 가지 부식성 물질과 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn), 비소(As)등의 물질을 함유하고 있다. 이들 물질들은 연소 중에 서로 반응하여 염화물을 형성하여 탄소강 또는 Cr-Mo의 저합금강으로 제작된 폐라이트계 보일러 튜브의 심각한 부식을 야기시킨다. WTE 보일러의 열교환 튜브(Water Wall Panel & Super Heater Tube)를 염화물과 같은 부식성 물질로부터 보호하기 위하여 주로 사용되는 기술이 클래딩 기술이다. 클래딩이란 강재의 한 면에 다른 금속을 중합시켜 완전히 결합시켜 복합 금속 층을 형성하는 것을 의미한다. WTE 보일러의 경우 인코넬 625와 같은 Ni-Cr-Mo로 구성된 합금을 주로 사용한다. 인코넬 625는 고온에서 기계적 성질이 우수하고, 내식성이 우수한 특징이 있다. WTE 보일러에서는 인코넬 625합금을 이용한 오버레이 용접기술이 주로 적용되며, 부식성 염화물로부터 부식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 연소 중 발생하는 고온의 연소 유동에 의한 유동 회분(Fly Ash) 및 슈트 블로어(Shot Blower)에 의한 튜브의 침식/부식 또한 방지 할 수 있다. 이러한 인코넬 625 오버레이 용접 클래딩은 자동 GMA용접으로 이루어지며, 오버레이 두께와 Fe 희석율(Dilution Rate)을 제어하기 위하여 수직 하진(3G-Vertical Down)으로 용접한다. 이에 본 연구에서는 WTE 보일러 열교환 튜브의 내 부식성을 향상시키기 위해 오버레이 용접 클래딩 전용 JIG 및 용접자동화 장비를 개발하여 GMAW 자동 용접에 따른 열교환 튜브 제작의 여러 가지 문제점에 관하여 알아보았다.
27.
2017.11
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앞으로 다가올 자원고갈 사회를 대비하기 위한 국내 정책으로 폐기물의 발생을 억제하고 발생된 폐기물을 적정하게 재활용, 회수, 처리하는 자원순환사회의 형성을 목표로 하고 있으며, 폐기물로부터 에너지를 회수하는 방안에 관한 연구가 적극적으로 진행되고 있다. 폐기물의 에너지화 기술 중에서 폐기물 가스화 공정은 폐기물의 열적처리 공정 중 하나로서 H2와 CO로 이루어진 합성가스를 생산하는 기술로 단순소각을 통한 열에너지의 회수가 아닌 청정연료로의 전환을 통해 고부가가치 에너지원으로 활용이 가능하다는 장점이 있어 높은 관심을 받고 있다. 그러나 가스화 공정에 의해 배출되는 바닥재는 공정특성상 소각공정을 통해 배출되는 바닥재에 비해 미연분 수치가 높게 나타난다. 이러한 미연분 함량은 폐기물관리법 시행규칙에서 강열감량 수치로 규정하고 있다. 본 연구에서는 비성형 SRF(Solid Refuse Fuel)를 활용한 Pilot scale 가스화 공정을 통해 배출된 바닥재의 재활용 방안을 마련하기 위해 강열감량 및 기초특성분석을 진행하였다. 재활용 방안으로 Lab scale의 고정층 가스화 공정을 적용하였다. 바닥재는 800 ℃에서 분당 10g씩 투입되었으며, 공기비 조건에 변화를 주어 생성된 합성가스의 특성분석을 진행하여 바닥재의 에너지회수 가능성을 알아보았다. 또한, 최종으로 배출된 바닥재의 감열감량을 측정하여 최적 감량조건을 도출하였다.
28.
2017.11
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2014년 기준 13,698톤/일의 음식물쓰레기 발생량 중 공동주택과 감량의무사업장이 차지하는 비율은 각각 38%, 30%이고 계절평균 음식물쓰레기 함수율은 각각 81.5%, 76.2%로 높아 수증기로 증발시키는 건조공정에서의 열원소요비용을 높이는 원인이 된다. 건조 에너지의 주요 공급열원으로는 전기, 가스 및 기름 등의 화석연료이며, 이 중 전기 열원 사용이 가장 간편하고 적용성이 우수하지만 가스 열원에 비해 온실가스 배출량은 단위열량당 2.3배로 상대적으로 높다. 그리고 기름(Light oil, Heavy oil) 열원의 경우 연소 후 연관에 Soot와 같은 입자상물질의 누적에 의한 열전달속도 감소로 열회수 효율을 저감시킨다. 가스(LNG) 열원의 경우 가스유입 배관, 가스보일러 및 연소실이 추가로 필요하지만 연소 시 매연이나 미세분진 발생량이 적고, 일산화탄소와 질소산화물 배출량이 적고, 오존을 생성하는 탄화수소 배출량이 적고, 천연가스 정제비용이 낮고, 누설 시 공기보다 가벼워 대기 중으로 쉽게 확산되어 안전성이 높은 장점과 천연가스액화기술 발전으로 운송과 보관이 용이할 뿐만 아니라 전 세계적으로 약 100년 이상 사용 가능할 정도로 매장량이 풍부하다. 반면 가스 열원을 건조공정에 사용할 경우 연소 후 폐열의 대기 배출로 열회수 효율을 감소시켜 가스소비량 증가에 의한 운영비용 상승의 단점이 있다. 이를 보완하기 위해서는 기존의 단순 시간종료에서 최종부산물의 목표함수율에 도달할 경우 건조공정 자동종료로 가스소비량을 최소화 할 수 있는 방안도 적절한 대안이 될 수 있다. 건조공정 종료시간 자동화를 위해서는 제어시스템을 개발해야 하며, 종료시점은 폐쇄회로(Closed-loop recirculation system) 건조공정에서 수증기 배출량이 가장 높은 열교환기의 유입과 배출 온도차(⊿T)와 건조기의 배출과 유입 온도차(⊿T)로 설정이 가능하다. 이 중 열교환기 유입, 배출온도 변화가 짧은 시간에 크게 변화함에 따라 종료시점 범위 설정이 용이하지 않음에 비해 건조기 배출, 유입온도 변화는 상대적으로 안정적인 변화폭인 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 최종부산물의 목표함수율에 근접할 수 있는 건조 공정을 모니터링하여 적절한 운전종료시점을 설정할 수 있는 방안을 제시하기 위해 건조기 배출, 유입 온도차(⊿T)를 적용하였다.
29.
2017.11
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미세조류로부터 지질을 추출하고 바이오디젤로 전환하는 대체연료 생산 공정은 미세조류의 높은 성장속도, 바이오매스 생산에 사용되는 부지면적 확보의 경제성, 높은 지질함량, 그리고 배양 중 이산화탄소 흡수능력 등 다양한 장점을 갖는다. 하지만 지질 추출 이후 미세조류 찌꺼기는 해당 공정으로부터 불가피하게 발생되는 폐기물로서, 폐기물의 처리와 탄소원의 최대 활용 측면에서 적절한 처리 방법이 고려되어야 한다. 수열탄화는 일반적으로 유기성물질을 높은 온도(180-350℃)와 온도 상승에 따른 압력변화 조건(2-10 MPa)에서 열화학적분해 과정을 통해 차(Char) 형태의 고형물로 변환시키는 공정을 말한다. 수열탄화를 거쳐 생성된 차는 탄화과정을 통해 바이오매스 내부의 결합수가 제거되고 고정탄소의 비율이 증가됨에 따라 고형연료로서 활용 가치를 갖는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 바이오디젤 생산 공정에서 발생되는 지질 추출 미세조류를 250℃ 이하의 온도(180, 200, 220, 240℃)에서 수열탄화 방법으로 탄화하여 차를 생산하였다. 생산된 차는 열중량분석(TGA, Thermogravimetric analysis)을 실시함으로써 연소형태를 통한 연료특성 개선효과를 평가하였다. 이와 함께 적외분광 분석 (FTIR, Fourier Transform Infrared Spectrometry)을 실시하고 수열탄화 처리에 따른 차 생성물 내 작용기의 변화를 관찰하였다. 연구결과 180과 200℃ 처리온도 조건에서 수열탄화를 실시한 경우 탈수능의 향상과 고정탄소의 상대적인 함량 증가에 따른 착화온도 상승효과가 관찰되었다. 반면 이를 초과하는 처리온도(220, 240℃)에서는 고정탄소 함량 감소와 휘발분 함량 증가로 인해 착화온도가 낮아지는 것이 관찰되었는데, 비교적 고온의 처리온도에서 재중합반응을 통한 휘발성 저분자 물질의 생성에 기인하는 결과로 판단된다. FTIR 분석 결과에서도 180과 200℃의 처리온도에서 수산화기(-OH)의 탈락으로 인한 탈수반응과 석탄화도 향상에 따른 고형연료로서의 특성 개선이 관찰되었다. 본 연구결과를 통해 지질 추출 미세조류의 특정 온도범위(180-200℃) 내에서 수열탄화를 통한 처리 시 생산되는 차는 연료특성 측면에서 고형연료로서의 활용 가치가 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다.
30.
2017.11
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신기후체제에 대한 이행체계 구축을 위해 부문별 온실가스 감축 강화에서 폐자원에너지가 기여하는 역할에 대해 조명 받고 있다. 그 이유는 폐자원에너지가 다른 재생에너지 대비 비용 효율적이고 지역에너지로서 기능과 분산형 발전이 가능하다는 점이다. 뿐만 아니라 지속가능한 개발을 위해 추진 중인 EU의 자원효율 정책과 그 전략으로 전개되는 순환경제에서도 폐자원에너지가 물질재활용과 함께 중요하게 다뤄지고 있는 점을 고려한다면 앞으로 폐자원에너지를 보다 활성화하기 위한 시책(施策) 마련이 필요하다. 2018년부터 시행예정인 자원순환기본법에서 매립이나 소각시 폐기물처분부담금을 부과하도록 한 점은 제도적으로 폐자원에너지를 회수하고 유효 이용하도록 하는 유인책으로 역할을 담당하는 것은 자명하다. 그러나 제도적으로 부과금을 부과한다고 하여 폐자원에너지를 활성화하기에는 한계점이 있다. 이 같은 배경을 토대로 본 연구는 기후변화와 자원순환사회 구축에 선도적으로 대응해 온 EU나 일본의 사례를 살펴봄으로써 부과금 제도의 후속 조치로 폐자원에너지 활성화 요소 및 방안을 위한 토대를 마련하고자 한다. EU는 28개 회원국으로 구성되어 있기에 주로 유럽집행위원회(EC)에서 폐자원에너지를 회수하도록 하는 전략을 기후･에너지패키지 및 순환경제패키지 등을 연계하여 수립하고 있다. 일본은 폐자원에너지를 보다 많이 회수할 수 있도록 에너지 회수효율을 국고보조금 제도와 연계하여 집행하고 있는 점이 특징이다. 결론적으로 EU와 일본을 대상으로 폐자원에너지를 회수하고 유효 이용하도록 하는 정책적 활성화 방안을 살펴본 결과, 국내도 폐자원에너지를 활성화하기 위해서는 부과금 제도 이외에 다양한 시책을 마련할 필요가 있음을 확인하였다.
31.
2017.11
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최근 건설현장에서 작업자의 고령화 및 숙련공 부족 현상이 중요 문제로 부각되고 있으며, 또한 최근 건설구조물이 점차 고층화, 대형화됨에 따라 부재의 형상이 복잡해지고 있다. 이러한 건설 환경의 변화에 따라 국내 및 국외에서 고유동 콘크리트에 대한 연구 및 개발이 증대되고 있다. 고유동 콘크리트는 재료분리 없이 굳지 않은 콘크리트의 유동성을 개선시켜 다짐 작업 없이 자기 충전이 가능한 콘크리트를 말한다. 하지만 고유동 콘크리트는 인장 및 휨 강도의 저하와 균열 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 문제점을 해결하기 위하여 고유동 콘크리트에 양마섬유를 혼입하였다. 양마섬유의 경우 천연섬유로 친환경적이며 이산화탄소의 흡수량이 많아 콘크리트 생산과정에서 배출되는 이산화탄소의 양을 상쇄시킬 수 있을 것으로 보인다. 또한, 기존 콘크리트의 섬유 보강재로 사용되었던 황마와 유사한 특성을 지녔으며 짧은 생육 기간으로 대량생산이 가능하여 경제적이다. 양마섬유는 섬유 표면이 거칠어 콘크리트와의 부착력이 뛰어나고 섬유의 인장력이 우수하여 콘크리트의 인장강도 증진과 균열 저감 효과가 있을 것으로 사료된다. 또한, 산업부산물의 일종인 플라이애쉬와 고로슬래그를 혼입하여 탄소저감 효과와 폐기물의 처리로 환경적인 측면에서 긍정적인 효과가 기대된다. 따라서 본 연구에서는 이와 같은 재료로 시멘트의 일부를 대체하여 양마섬유를 혼입한 고유동 콘크리트의 강도 특성을 알아보고자 하였다.
32.
2017.11
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알루미늄은 낮은 비중을 가지는 금속으로 철에 비하여 상대적으로 가볍고 비강도가 크므로 건축물의 외장 재료로 많이 사용되고 있다. 알루미늄의 경우 다른 금속에 비해 산화되기 어렵고 낮은 융점으로 인해 사용이 끝난 알루미늄 재료의 경우 녹여서 재활용이 가능하다. 건축물 외장 재료로 사용되는 복합 패널의 경우 철, 동, 강 등의 금속과 알루미늄이 결합된 구조로 되어 있고 알루미늄을 분리할 경우 쉽게 재활용이 가능한 장점을 가지고 있다. 이러한 복합 패널에서 사용되고 있는 알루미늄을 재활용하기 위해서는 결합된 소재들을 분리하는 단계가 필요하다. 알루미늄 복합 패널은 건축물 철거 시 발생하는 폐자재로 일정한 형태가 없고 크기가 다르므로 일반적인 재활용 장비에서 처리하기에는 어려운 상황이다. 일반적으로 대부분의 재활용 업체에서는 가열하거나 수작업을 통해 알루미늄을 분리하고 있지만 가열방식에서는 유해가스 배출로 인한 환경 문제와 수작업을 통한 높은 인건비 비용에 대한 문제점이 나타나고 있다. 따라서 본 연구에서는 다양한 형태의 복합 패널 폐자재(스크랩)를 효율적으로 재활용할 수 있는 설비 및 방법을 개발하는 것을 목적으로 한다. 개발된 장비를 통해 복합 패널을 일정한 크기로 분쇄하고 파쇄된 복합물에서 알루미늄과 폴리에틸렌을 분리하여 최종적으로 분리된 알루미늄을 일정한 크기의 그래뉼 입자로 만들었다. 구조해석을 통해 장비의 안전성을 검증하고 일정한 크기 및 순도를 가진 알루미늄 그래뉼 입자가 생성되는지를 확인하였다. 최종적으로 생산된 알루미늄 그래뉼 입자의 순도 및 크기를 분석하여 건축용 복합 패널 스크랩의 알루미늄 재활용성에 대한 평가를 분석하였다.
33.
2017.11
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우리나라의 경우 1990년대부터 환경오염문제의 사회화가 배경이 되어 환경에 대한 관심이 높아짐에 따라 1998년부터 배기가스의 탈황공정이 가동되어 화학석고가 발생하기 시작하였는데 이것이 화력발전소에서 부산물로 나오는 배연탈황석고이다. 국내의 석탄화력 발전소에 설치된 탈황설비는 흡착재로 석회석 분말을 사용하고 부산물로 석고를 생성하는 습식공정으로서, 배연탈황석고는 이수석고(CaSO4⋅2H2O)로 생성되는데, 인산석고와 비교할 때 pH가 중성이며 높은 순도의 균일한 품질을 가지고 있어 발생 전량이 시멘트 및 석고보드 원료로서 재활용되고 있다. 한편 최근 그 수요가 증가하는 고강도콘크리트 혼화재, 슬래그 시멘트에 사용하기 위하여 년간 30만톤 이상 수입되고 있는 천연무수석고는 우리나라에 광물로 부존하지 않는다. 선진국과 마찬가지로 배연탈황 석고가 전량 수입되고 있는 천연석고를 대체할 수 있다는 장점에 대하여 충분히 인식함에도 불구하고, 아직까지 전반적인 기술 기반의 취약성 및 인력 부족으로 석고보드 제조 등 초보적인 수준에 머물러 있으나 최근 콘크리트 혼화재료 제조기업은 중국의 값싼 제품으로 인해 가격 경쟁력을 상실하고 있어 미래 경쟁력 있는 분야로의 전환을 위해 배연탈황 석고를 이용한 고부가성 건설재료 제조 기술에 관심을 가지기 시작하고 있다. 이에 본 연구에서는 지속가능 친환경-고성능 건설용 복합재료의 생산 및 이의 활용 기술을 적극적으로 개발하고자 인공신경망 모델을 활용한 배연탈황석고 모르타르의 배합조건과 물리적 결과값의 데이터를 다양한 알고리즘에 적용하여 이의 분석과 예측의 정확성을 판별하여 기초데이터로 제공하고자 한다.
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2017.11
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최근 소득 향상에 따른 레져 생활의 증가로 인해 해안가에 펜션, 리조트등 건축물을 많이 짓는 추세이다. 하지만 바닷가에 건물을 짓는다면 염분으로 인해 철근이 부식되어 건물의 내구성이 저하되기 때문에 이를 방지할 수 있는 새로운 콘크리트의 개발이 필요하다. 일반적으로 라텍스를 콘크리트에 혼입하게 되면 염분 및 수분의 침투에 대해 투수 저항성이 증가하고 수분증발 또는 흡수 등에 의한 건조수축 또는 팽창현상으로 인한 체적변화에 대해 안정성을 가지게 된다. 라텍스란 고무나무로부터 얻어지는 천연제품으로 반투명한 우유빛을 띠는 액체상태로서 콜로이드 같은 작은 구형의 유기체 폴리머입자가 물 속에 분산되어 있는 것을 말한다. 본 연구에 사용된 라텍스는 48%의 폴리머와 52%의 물로 구성된 Styrene-Butadiene계열이다. 라텍스는 유연성을 지니고 있고, 콘크리트 내부의 공극을 충진시켜주며 골재 주위에 필름막을 형성하지만 압축에 의한 파괴가 골재주위의 필름막에서 이루어져 라텍스 혼입률이 증가할수록 압축강도는 감소하는 것으로 판단된다. 이에 미세 강섬유를 보강 하면 콘크리트 내부에 국부적인 인장응력을 발생시켜 입자의 분산을 막아주기 때문에 압축강도가 개선된다. 따라서, 본 연구에서는 바닷가, 해안가에 사용이 가능하고 보통강도를 발현할 수 있는 콘크리트를 개발하고자 한다.
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2017.11
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산업혁명 이후로 계속해서 문제가 되어왔던 이산화탄소를 저감하기 위한 노력이 전세계적으로 이루어지고 있다. 다양한 이산화탄소 저감 기술 중 이산화탄소를 안정적이고 대량으로 고정 및 재이용할 수 있는 기술 중 하나로 무기탄산화 기술이 있는데 이는 금속이온과 이산화탄소를 반응시켜 무기탄산염을 생성하는 기술이다. 따라서 금속이온 공급원 선택이 핵심 요소 중 하나인데 일반적으로 Mg2+, Ca2+, K+, Na+ 등을 포함한 다량의 금속 이온을 포함하고 있는 해수를 기반으로 한 폐기물의 사용에 대하여 고려하였다. 정제소금 생산 공정에서는 위에 언급된 해수를 사용하여 소금을 생산한다. 이러한 과정에서 Na+가 제거되면서 Mg2+ 및 Ca2+가 농축된다. 따라서 기존의 해수보다 높은 농도의 금속 이온을 가지고 있기 때문에 사용하기에 적합하며 폐수처리라는 장점 또한 가지고 있다. 먼저 해수 내의 Ca이온을 OH-이온을 사용한 pH조절을 통하여 Ca(OH)2로 분리한 후 CO2 포화 아민계 흡수제(Methyldiethanolamine, MDEA)를 사용하여 이산화탄소를 전달한다. 생성물을 여과한 후 고온에서 24시간 건조시킨 후에 XRD, SEM, TGA를 사용하여 결정구조, 모양 및 순도분석을 실시하였다. 또한 포화 아민계 흡수제 제조 과정에서 재이용 가능성을 확인하기 위하여 탈거 및 재흡수실험을 진행하였다.
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2017.11
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지금까지 개발된 대부분의 세라믹 담체의 재료는 크게 알루미나와 실리카의 두 부류로 나누어지는데 소다유리를 원료로 하는 실리카 담체는 800℃ 정도의 온도에서 소결시켜 제조하나, 알루미나 원료의 담체는 1,300℃이상의 고온에서 소결 제조하여 원재료 및 제조비용이 높아 상업적 이용에 있어 경제성이 비교적 낮다는 단점이 있다. 따라서 본 연구개발은 소성을 하지 않고 무소성으로 압축강도가 향상된 세라믹담체를 제조하고 오염물질을 제거할 수 있는 미생물을 담체 제조시에 같이 혼합 제조하여 미생물담체를 제조하는 것이 1차 목표이며 다음으로 담체를 이용하여 수질오염물질을 제거하는 장치를 개발하는 것이다. 세라믹 담체의 원료가 되는 천연재료에 대한 녹조저감성능에 대한 시간대별로 흡착성능실험을 실시하고 이를 통해 녹조저감에 가장 우수한 재료을 선택하여 무소성 미생물 세라믹 담체를 개발 및 제조하였으며 비표면적과 흡수율, 압축강도, 미생물 균밀도에 대한 성능을 검사하였다. 또한, 개발된 세라믹담체의 수처리 효율을 분석하기 위해 Lab scale과 Pilot plant의 규모로 T-N, T-P, Chl-a, BOD 제거효율을 수질오염공정시험기준에 의거하여 분석하였다. 향후 무소성 세라믹 담체의 제조원료로 하수처리장에서 나오는 슬러지 및 다른 폐기물 등을 활용할 경우 폐기물의 재자원화와 생산단가 절감 등의 효과를 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
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2017.11
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세계 제강산업의 연간 생산량은 약 1,600만 톤이며 이 중 약 40%가 폐철을 원료로 하는 전기제강로(Electric Arc Furnace)에서 생산된다. 이 전기로에서 발생하는 전기로 제강분진(Electric Arc Furnace Dust)은 카드뮴, 납 등의 유해중금속을 포함하고 있어 지정폐기물로 분류되어 고비용으로 처리하고 있다. 반면 철, 아연 등 재활용가능 금속 또한 30~60% 정도로 다량 함유하고 있어 재활용 공정에 대한 다양한 연구가 진행되어 왔다. EAFD는 원료의 특성 상 다양한 성상으로 존재하며, EAFD 내 원소의 광물학적 존재 형태에 따라 공정 변수가 달라진다. 따라서 최근은 EAFD 성상을 고려하여 아연과 철의 회수율을 높이는 다 단계 습식공정에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 전기로 제강분진 내 아연과 철의 분리 회수를 위한 다단계 공정 중 산 용출을 통해 아연을 회수한 후 남은 잔여물(residues)을 대상으로 자석을 이용하여 철 성분의 선택 분리 효과에 미치는 영향을 평가하였다. 아연 회수 후 잔여물의 철 함량을 높일 수 있다면 전기제강로로 재투입하여 제강원료로의 재사용이 가능하다. 자석분리 공정을 통하여 분리된 고체물질에는 고액비에 관계없이 85%의 철이 회수되는 것으로 나타났다. 이에 반해 칼슘은 고액비에 영향을 받았으며 고액비(kg/L)가 20일 때 약 85%의 칼슘이 분리되었다. 또한 자석분리공정은 황산칼슘 및 황산납의 분리에도 효과적임을 확인하였다. 이 공정을 통해 아연 회수 후 분진 잔여물의 철 순도를 높여 전기제강로로 재투입하여 아연 회수 뿐 아니라 분진 중 철의 재활용 또한 가능하게 할 것으로 보인다.
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2017.11
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소형가전은 다양한 종류의 유용자원을 포함하며 대형가전에 비해 플라스틱의 함유량이 높다. 생활수준의 향상으로 인하여 편리하고 다양한 소형가전의 소비가 증가하고 있으며, 사용자의 기호에 따라 다양한 형태의 밥솥이 사용되고 있다. 압력 밥솥의 경우 일반 밥솥에 비해 흑색 플라스틱의 함유량이 높을 뿐만 아니라 흑색 플라스틱의 재질이 다양하다. 최근 압력 밥솥의 소비증가로 향후 흑색 플라스틱의 발생량은 증가할 것으로 예측된다. 그러나, 현재의 폐소형가전 재활용 공정에 적용된 선별 기술로는 흑색 플라스틱의 정확한 선별이 어려운 실정이다. 따라서, 폐소형가전 재활용률 향상을 위한 흑색 플라스틱의 선별기술이 요구된다. 본 연구에서는 폐소형가전의 대표적인 품목 중 하나인 전기밥솥의 종류별 해체/선별하여 물리적 특성을 분석하였으며, 향후 폐소형가전의 효율적인 선별 기술 개발의 자료로 활용하고자 한다.
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2017.11
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원자력발전소가 폐로 단계에 도달하게 될 경우, 다량의 방사성물질 및 폐기물이 발생한다. 특히, 해체 시 발생되는 콘크리트 폐기물은 경제적, 환경적 측면을 고려해서 재사용, 재활용, 처분 등이 관리방법 중 가장 적합한 방법을 선정해야 한다. 원자력시설의 해체 시 발생하게 되는 콘크리트 폐기물은 80%이상을 차지하고 있으며, EC(European Commission)의 보고서에 의하면 2060년까지 원자력 시설의 해체에 따라 유럽에서만 약 500만 톤의 콘크리트 폐기물이 발생할 것으로 예상하고 있다. 이러한 막대한 양의 콘크리트 폐기물에 대해 프랑스, 일본, 벨기에 등에서는 이미 콘크리트 폐기물의 제염 및 저감에 대한 연구가 심도 있게 진행 중에 있으며 프랑스의 경우에는 실험적인 연구를 거쳐서 상용화 수준에 다다른 실정이다. 콘크리트 폐기물은 원자력시설에 제한적으로 재활용이 가능하며, 방사성 폐기물의 저장 및 기반시설의 건설, 방사성 폐기물 처리에 사용되는 콘크리트 고화체, shielding block, backfiller 등으로 사용되고 있다. 해체 콘크리트 폐기물은 용적오염과 표면 오염으로 이루어져 있으며 대부분 표면으로부터 약 1∼10mm 두께로 오염되어 있어 기계적 처리 방법을 통해 방사성 폐기물로서 처리되어야 한다. 방대한 양으로 발생되는 콘크리트 해체폐기물을 자체처분 하거나 재활용한다면 처분 대상 폐기물량의 감소로 인한 처분 비용의 절감 및 처분 안전성의 증대뿐만 아니라 자원의 재활용성을 증대시킨다는 점에서 매우 긍정적인 측면을 나타낸다. 원자력시설의 콘크리트 제염기술로는 물리적 방법을 사용한 제염기술이 주로 사용되며 이를 다시 세분화 하면 표면제염기술과 표면파쇄제염으로 구분된다. 방사성 콘크리트의 물리적 표면제염 공정 및 장치 선정시에는 오염확산 및 작업자의 방사능 피폭 최소화, 제염 폐기물의 최종 처리방법, 제염 작업 최적화를 위한 최단, 최소 작업과 장소, 대상, 목적 등을 고려하여 제염기술이 선정되어야 한다. 이는 곧바로 방사능 구역에서의 작업자의 안전성 향상 및 해체비용 절감과 직결되기 때문이다. 그러나 원자력이라는 특수한 상황에서는 최적의 기술 선정시 경제적인 측면 보다는 안전성에 바탕을 두고, 주위 환경이 오염을 최대한 억제하는 방법에 초점을 맞추어야 할 것이다.
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2017.11
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In this research, carbon dioxide is captured and chemically converted to high purity calcium carbonate salt which can be used for various industrial fields. Aqueous indirect inorganic carbonation methods were applied throughout the research and seawater-based industrial wastewater was utilized for metal ion supply. For CO2 capture, representative alkanolamine absorbent solutions in 30 wt% concentration were used, that is, monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), and methyldiethanolamine (MDEA). For high purity metal ion separation, calcium ion contained in the seawater-based industrial waster was separated in the form of gypsum followed by the carbonation reaction to form high purity calcium carbonate salt. Consiering the final products and their economic cost, the cycle using MEA will be proper. However, if MDEA can be used, the amount of carbon dioxide capture capacity per cycle would be great. Also, conceptual continuous cycle which produces calcium carbonate and magnesium carbonate was suggested. This research may help the nations such as European nations or east asian countries like Korea and Japan where no adequate CO2 storages exist and crust activities are in progress, if commercialized.
