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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2015년 추계학술발표회 논문집 (2015년 11월) 173건
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2015.11
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폐기물을 사용한 가스화 공정에서 발생되는 합성가스는 폐기물의 특성상 분진, 타르 외에도 HCl, HCN, NH3 등 다양한 종류의 가스상 물질을 함유하고 있어 이들 가스상 물질로 인해 생물체에 해를 주거나 환경의 정상적인 기능을 저해하는 대기오염문제를 야기할 수 있다. 따라서 폐기물 기반의 합성가스를 활용하기 위해 이러한 대기오염물질들을 제어할 수 있는 정제 과정이 필요하다. 본 연구에서는 폐기물에서 발생한 합성가스에서 가스상 대기오염물질을 포집하여 각 정제설비 후단에서의 농도를 확인하여 정제설비의 가스상 대기오염물질 제거 효율을 파악하였다. 본 연구에서의 합성가스 정제설비는 급속냉각탑, 벤츄리 스크러버, 중화세정탑, 탈황세정탑, 습식전기집진기를 사용하였으며, 가스상 대기오염물질은 가스화로 후단, 중화세정탑 후단, 습식전기집진기 후단에서 각각 포집하였다. 3종류(HCl, HCN, NH3)의 포집을 위해 HCl은 0.1 N-NaOH, HCN은 0.5 N-NaOH, NH3는 0.5wt%의 H3BO3을 사용하였으며, 분당 2L의 유량으로 20분간 포집하였다. 폐기물 기반 합성가스의 가스상 대기오염물질 정제설비의 총괄 제거 효율은 HCl이 98.58%, HCN은 87.30%, NH3 는 99.68%로 나타났다. 또한, 급속냉각탑, 벤츄리스크러버, 중화세정탑의 가스상 대기오염물질 제거 효율은 HCl 92.13%, HCN 66.02%, NH3 91.40%로 나타났다.
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2015.11
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폐기물을 이용한 가스화 공정을 통해 생성되는 합성가스는 적용하고자 하는 후단공정에 따라 적합한 품질을 얻기 위해 다양한 정제 설비를 거쳐 정제된다. 가스터빈을 가스화 시스템 후단 공정으로 적용할 경우 터빈의 블레이드가 마모되지 않기 위해서 합성가스 내 입자상 물질의 입자사이즈는 5 μm 이하까지 제거되어야 한다. 따라서 합성가스 내 입자상 물질들을 제어하기 위해서는 각 정제 설비에서 발생하는 입자상물질 또는 정제설비에서 제거된 입자상물질들의 입자 사이즈에 대한 분석이 필요하다. 본 연구에서는 pilot scale의 폐기물 가스화 시스템 내의 세정 설비에서 발생하는 폐수 내 존재하는 입자상물질의 입자사이즈를 비교함으로써 각 세정설비의 특징을 파악하고, 더 나아가 각 설비에서 제거된 입자상물질의 입도 거동을 통해 상용규모 단계까지 scale-up 하였을 때 세정설비에 대한 성능을 예측할 수 있다. 가스화공정에서 발생한 합성가스 내 입자상 물질은 분진제거탑, 중화세정탑 그리고 습식전기집진기를 통과하여 대부분의 입도가 큰 물질은 제거되었다. 입도분석 결과 가스화로에서 발생한 입자상 물질의 입자사이즈는 24.0 μm 이며, 분진세정탑에서는 23.0 μm, 중화세정탑은 14.2 μm 그리고 습식전기집진기에서는 12.8 μm의 입자상 물질을 제거하는 것으로 분석되었다. 이러한 분석 결과를 바탕으로 pilot 규모의 폐기물 가스화 시스템에서 생성된 합성가스는 사이즈가 큰 입자상 오염물질이 대부분 제거되어 가스터빈이나, IC engine에 후단공정으로 활용이 가능함을 확인할 수 있다.
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2015.11
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3 kg/hr급 소용량 down draft 방식의 고정층 가스화기에서의 산화제 공급방식에 따른 비성형 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel)의 공기가스화 특성을 파악하였다. 공기단독, 공기와 스팀 혼합 및 산소부화 세 조건에서의 산화제 종류에 따른 가스화 특성과 공기를 산화제로 하여 산화제 주입 위치에 따른 가스화 특성을 살펴보았다. 가스화 특성을 살펴보기 위한 지표로 합성가스 조성, 합성가스 발열량, 냉가스효율 및 탄소전환율을 산정하여 사용하였다. 산소부하 가스화의 경우 주입되는 산소량은 동일하고 상대적으로 질소량이 감소하기 때문에 합성가스에 포함된 질소함량의 감소로 합성가스 발열량은 증가하게 된다. 그리고 스팀을 혼합하여 사용할 경우 주입된 스팀과 탄화수소 가스의 수증기 개질반응(CnHm + H2O → H2 + CO)에 의해서 H2와 CO농도가 증가하고 합성가스 발열량도 증가하게 된다. 또한 탄화수소 계열인 타르와 반응함으로써 타르 제거 효과를 가지는 것으로 보고된다. 또한 보조산화제를 적절하게 사용할 경우 합성가스 품질을 유지한 상태에서 로내 타르 제거효과가 있는 것으로 보고된다. 공기가스화와 비교하여 산소부화 조건의 경우 합성가스 발열량은 증가되었지만 냉가스효율 및 탄소전환율은 감소된 결과를 보였다. 보조산화제를 사용한 경우 합성가스 유량과 H2, CH4, CO를 포함하는 가연성가스의 농도가 증가하였고 이로 인해 냉가스효율과 탄소전환율도 증가하는 결과를 보였다.
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2015.11
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고정층 반응기에 산소를 산화제로 공급하는 고온 영역의 가스화 반응은 공기를 이용하는 가스화와는 달리 합성가스 중 질소가 존재하지 않기 때문에 70% 이상의 고농도 합성가스를 생산할 수 있다. 본 연구에서는 해외에서의 순산소 가스화 시스템의 운전 사례에서 합성가스의 조성과 가스상, 입자상 오염물질의 배출량을 확인하여 국내에서의 적용 가능성을 검토하였다. 독일의 THERMOSELECT社에서 이탈리아의 폰도토체(Fondotoce)에 설치한 100 톤/일급 가스화시스템의 사례를 검토하였으며 국내에서의 배출허용 기준과 비교하였다. 가스화 시스템에서 생산되는 합성가스의 조성과 가스상, 입자상 오염물질 뿐만 아니라 폐수, 슬래그, 비산재의 분석결과에 대한 분석을 수행하였다.
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2015.11
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폐기물은 이미 하나의 자원으로서 인식되고 있으며 여러 가지 기술들의 실용화를 위한 노력들이 해외뿐만 아니라 국내에서도 활발히 진행되고 있다. 음폐수의 바이오가스화, LFG를 이용한 에너지 생산, 일부 바이오매스의 퇴비화, 화력발전소에서의 SRF (Solid Refuse Fuel, 고형폐기물연료) 혼소, 고효율 열병합 발전, 가스화 등이 있다. 본 연구에서는 SRF를 가스화의 가능성에 주목하였으며 반응기의 온도와 폐기물의 품질에 따른 합성가스의 특성에 대하여 연구하였다. 반응기의 온도는 산화제의 종류와 공급량에 따라 제어될 수 있으며 공기나 증기를 이용한 가스화의 경우 주요 반응 영역의 온도는 700~1,000℃ 정도의 범위에서 유지될 수 있으며 순산소를 이용할 경우 1,300℃ 이상의 고온영역에서 합성가스를 생산하게 된다. 이와 같은 방법의 차이에 의한 가스화 특성을 관찰하였다.
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2015.11
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에너지의 90%이상을 수입에 의존하면서도 낮은 에너지 효율성과 에너지 다소비 산업위주의 경제구조를 갖고 있는 우리나라에서는 산업경쟁력 확보 및 대응을 위하여 에너지 효율을 향상시키고 에너지의 회수 및 재이용률의 증대가 절실하다. 또한 세계 경제가 향후 완만하게 회복되는 경우 석유, 가스 등 에너지원에 대한 가격은 지속적으로 상승할 전망이다. 지구온난화의 주범물질인 CO2 감축을 위해서는 미활용 폐열에 대한 이용이 절실히 요구되고 있는 실정이다. 이를 해결하기 위하여 독일, 일본, 미국에서는 이미 폐열 이용을 위한 열택배 기술개발이 이루어져 보급이 점차 확대되고 있다. 이에 따라 국내에서도 산업체에서 발생하는 미활용 폐열을 활용하여 석유, 가스 등의 에너지원을 절약하는 기술개발 및 사업화가 시급히 요구되고 있다. 특히 충남 당진지역의 경우 에너지 다소비 업체가 다수이며, 동시에 폐열을 다량으로 발생하고 있는 공장과 발전소 등이 다수있으며, 산업단지 내 중소기업과 산업단지에서 불과 20여km 이내로 떨어진 곳에서 개별난방을 하고 있는 아파트 단지, 온수 및 냉난방을 필요로 하는 주택단지 및 비닐하우스 농가, 화훼단지, 공공시설 등 열을 필요로 하는 열수요처가 많은 편이다. 이 같이 많은 에너지를 필요로 하고, 에너지 사용 후 많은 열을 방출하고, 이 폐열을 활용하고자 하는 지역적인 특성을 감안하면 열택배 사업에 대한 기술개발이 성공하면 산업단지 내 미활용 폐열을 전술하였던 열수요처로 운송하여 전기난방, 열풍생산, 온수생산, 냉난방 등에 적용하여 에너지를 획기적으로 절감할 수 있을 것이다. 열택배 기술은 산업시설에서 발생하는 중･저온 및 고온의 폐열을 활용하기 위한 기술로서 공장이나 소각로 등에서 발생하는 폐열을 축열하고 사용 목적지까지 운반하여 방열하는 기술이다. 또한, 열택배 기술은 기존의 열수송 기술의 근본적 문제점인 열수요처와의 거리가 먼 경우 발생하는 배관매설시의 고비용 발생 및 관리에 대한 부담 등에 관한 문제를 해결할 수 있는 기술이다.
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2015.11
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장래 화석연료의 고갈 및 지구온난화에 대비한 대체에너지의 개발･보급이 시급함에 따라, 이제 폐기물은 새로운 자원으로 인식되고 활용하는 단계에 이르렀다. 우리나라는 세계 10위의 에너지 소비국으로써 97%를 수입에 의존하고 있는 실정이다. 국내 폐기물 관리는 매립, 소각 등의 처리방식에서 폐기물을 자원화 할 수 있는 자원순환형 폐기물 관리로 변화되고 있으며, 이러한 상황에서 생활폐기물의 다양한 처리기술을 통해 고부가가치의 에너지로 활용이 가능하며, 이 중 폐기물 가스화 기술은 열적처리 기술 중 진보적인 기술이다. 본 연구에서는 전처리된 생활폐기물을 고정층 pilot 공기가스화 시스템에서 가스화하여 합성가스를 생산하였으며, 고부가가치 에너지로 활용하기 위해 습식정제 장치를 구축하여 실험을 진행하였으며, 실험에서 발생된 정제폐수를 채취하여 폐기물관리법과 수질 및 수생태계 관련 법률에서 명시하는 40종의 항목에 대한 분석을 진행하였다. 분석결과 배출 허용 기준에 근접하거나 초과되는 주요 분석 항목은 수소이온농도, 부유물질, COD, BOD, 노말핵산 추출물질, 페놀류, 시안, 총질소, 벤젠, 생태독성(TU), DEHP(디에틸헥실프탈레이트), 아크로니트릴이 있으며 이에 대한 화학적·생물학적 처리 방법의 검토가 필요할 것으로 예상된다.
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2015.11
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우리나라는 생활수준 향상과 에너지 소비의 증가로 인해 범세계적으로 에너지 수요가 급격히 증가 되었으며 과거 국내에 설치된 폐기물처리시설의 경우 폐기물의 성상 불균형 현상과 낮은 발열량으로 인해 에너지 생산 및 활용 부분을 고려할 수 없었으나 현재 폐기물에 대한 인식변화와 체계적인 분리수거체계로 인하여 고발열량의 연료 확보가 가능하다. 폐기물처리 기술 중 하나인 소각처리 기술은 쓰레기 발전 등의 여열 이용을 충실히 하는 것에 의해 화석연료 사용량 감소를 실현 가능하며 2013년 ‘자원순환사회촉진법에 관한 법률’ 의 개정으로 폐기물은 바이오매스 연료발전으로 자리매김 되고 있다. 신재생에너지의 중요성이 대두되면서 폐자원에너지화를 위한 가연성 폐기물 고형연료화, 소각폐열 회수로 인하여 지역난방이나 전력생산 등에 많은 투자가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 소각시설의 효율적 폐열회수를 위한 조건을 도출하고자 국내･외 소각시설의 폐열회수 및 전력생산에 대한 사례 조사를 토대로 국내에서 현재 설치되어 있는 공공자원회수시설 및 민간 고형연료 시설 중 모범적으로 운영 중인 사례를 찾아 온도 및 압력 범위를 조사하여 이를 기초로 소각폐열 발전량에 따른 실제 스팀생산 가능성을 확인할 수 있었으며 온도 및 압력 변화에 따른 모델링을 통하여 효율 향상을 위한 최적 설계의 근거치를 산출 제시할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 국내 소각처리 시설 운영 비용절감 및 에너지 회수율 향상을 위한 최적 설계에 필요한 방법론 도출과 데이터 산출의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.
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2015.11
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산업이 가속화됨에 따라 범지구적 환경문제인 지구온난화에 대한 관심이 나날로 증가하고 있다. 온난화의 원인으로는 온실가스로 밝혀졌으며, 그 중 이산화탄소는 산업 활동에 의해 대량으로 배출되므로 온난화의 주범으로 꼽히고 있다. 광물탄산화 기술은 칼슘과 마그네슘 등의 금속산화물과 이산화탄소를 반응시켜 안정하게 저장하는 기술로 천연광물, 알칼리성 산업부산물 등이 주로 사용된다. 알칼리성 산업부산물 중의 하나인 제지슬러지소각재(Paper Sludge Ash, PSA)는 칼슘 함량이 25-70%로 높고, 입자크기가 10-100㎛로 미세하여 광물탄산화에 유리하다. 본 연구에서는 PSA의 칼슘을 구연산나트륨(Na3C6H5O7)으로 용출한 뒤 그 용출액에 이산화탄소를 저장하고자 하였다. 실험은 PSA의 성분을 분석한 후 칼슘 용출반응과 탄산화반응으로 나누어 실시하였고, 칼슘 용출반응은 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 1.5M의 용제농도와 1, 2, 5g/50mL의 고액비(Solid to Liquid ratio) 조건에서 진행되었다. 탄산화 반응은 용출반응에서 도출한 용제 농도 0.3M, 고액비 1g/50mL에서 1L의 용출액을 제조하여 이산화탄소 유량 0.1L/min으로 30분 동안 이루어졌고, 일정한 시간 간격으로 용액을 채취하여 칼슘농도 및 pH 변화를 관찰하였다. 이산화탄소를 주입하는 동안 pH가 초기 약 13.4에서 20분 이내에 9.38까지 서서히 감소하였다. 그리고 칼슘 농도가 초기 4283mg/L에서 10분 이내에 2713mg/L로 감소하면서 흰색 고체가 생성되었다. 그러나 탄산화반응 시간이 10분보다 길어지면서 생성된 고체가 모두 재 용해되어 회수할 수 없었다. 따라서 고체의 용해를 방지하기 위해 용액의 칼슘 농도가 증가하는 시점에서 이산화탄소 주입을 중지한 후 일정 시간 동안 방치하고, 생성된 고체를 회수하여 X-선 회절분석을 통해 확인하였다. 결과적으로 10분 동안 이산화탄소를 주입한 후 30분간 방치했을 때 약 7.33g의 고체를 회수하였고, 대부분의 고체는 calcite 형태의 탄산칼슘임을 확인하였다. PSA와 구연산나트륨을 이용하여 저장한 이산화탄소의 양은 약 161.3kg CO2/ton PSA이었다. 실험에 사용된 추출 용제인 구연산나트륨은 칼슘과 반응하여 다음과 같은 착물을 형성할 수 있다.
2Na3C6H5O7 + 3CaO + 3H2O → Ca3(C6H5O7)2 + 6NaOH
위 반응식에 따라 PSA로부터 효과적으로 칼슘이 용출될 뿐만 아니라 용출액의 pH가 높아 추가적인 알칼리물질 주입이 없더라도 탄산화 반응에 매우 유리하다.
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2015.11
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미분탄을 연료로 사용하고 있는 발전소는 지구온난화 문제에 따른 이산화탄소를 비롯한 여러 가지 오염물질 배출저감에 대한 압박과 석탄연료 가격 상승 등의 여러 가지 문제에 직면하고 있다. 그래서 석탄청정 기술에 대한 전 세계적인 관심과 더불어 석탄 연소 및 가스화에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 석탄연소과정의 연구가 지속적으로 이루어져 왔지만 아직 모든 종류의 석탄에 대한 특정 석탄연소과정의 메카니즘을 일반적으로 적용할 수 있는 모델이 없기 때문에 오늘날도 많은 연구자들이 연구를 하고 있다. 본 연구에서는 미분탄 연소에 대한 이전 일련의 연구결과를 토대로 하여 일차적으로 수치 해석적 방법을 활용하여 실험결과와의 비교 및 모델 검증을 수행하고, 더불어 본 연구실에서 다양한 연소시설에 접목을 시도하고 있는 물 전기분해 가스와의 혼소에 따른 오염물질, 특히 CO2의 배출농도 변화 및 연소로 내부의 열유동 분포 등을 검토하고자 한다. 본 연구에서는 상용 해석 프로그램 STAR-CCM+와 In-house 코드를 이용하여 IFRF(International Flame Research Foundation) 다양한 형상의 보일러에 대하여 일련의 실험데이터와 비교검증을 수행하였다. 실험결과와의 비교를 통한 전산해석 결과의 타당성을 검증한 후 연료중의 석탄 양을 감소시키고 대신 물 전기분해 가스를 일부 사용하여 연료 변화에 따른 연소특성을 평가하고 배출가스 중 CO2의 농도 변화를 관찰하였다. 수치해석 결과를 살펴보면 In house 코드를 활용한 계산 결과는 실험결과와 매우 유사한 온도 분포를 나타내어 수치해석에서 사용한 모델에 대하여 비교적 성공적으로 검증할 수 있었으며, 이를 바탕으로 연료의 성상을 변화시켜 수치해석을 수행하여 의미 있는 결과를 도출할 수 있었다.
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2015.11
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본 연구는 전북산단내 높은 입주율을 차지하는 중소사업장 대상으로 최적의 온실가스 저감기술을 적용하여, 영세 중소사업장에서 발생되는 온실가스에 대한 관리방안 수립하기 위한 효율성평가 연구이다. 전라북도의 총 온실가스 배출량 중 산업에서의 기여도가 38%를 나타내어 온실가스에 대한 관리가 필요하며, 연도별로 온실가스가 지속적으로 증가하는 경향을 보여주고 있으므로 영세 중소사업장에서 발생되는 온실가스에 대한 관리방안을 위한 효율성평가 수립이 필요하다. 온실가스 효율성평가에서 양호로 조사된 차세대건조기, 정동기술, 열교환기술, 연소기기, 히트펌프 등의 기술을 중소사업장 적용 활성화를 위한 맞춤형으로 선정된 기술은 히트펌프기술, 폐열활용공급 기술을 선정하였다. 이 중 폐열활용공급 기술에 의하여 재생된 에너지를 공급할 수 있는 업체는 온도 70℃ 이상, 유량 500 m³/min 이상의 배출가스를 배출하는 업체를 대상으로 선정하였다. 효율성평가 원칙은 부합성, 수월성, 추진가능성, 구체성, 연계통합성을 고려하여 온실가스 네트워크에 따른 효율성평가 결과, 군산산단은 대규모의 금속제품제조업 또는 식품제품제조업은 소규모의 화학제품제조업과의 폐열 재이용기술을 적용하였을 경우에 양호한 기술로 평가되었으며, 익산산단은 대규모의 화학제품 제조업이 소규모의 전자제품 제조업과의 폐열 재이용기술을 적용하였을 경우에 양호한 기술로 평가되었다.
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본 연구는 전북산단내 경제력이 취약한 에너지 다소비 중소기업이 많이 입주해 있어 여러 측면에서 온실가스 저감을 위한 지원이 필요하며, 산업단지 내 미활용에너지 등의 에너지 재사용으로 인한 온실가스 저감과 생태산업단지 에너지네트워크 최적화를 위한 에너지실태평가 수립이 필요하다. 산업단지별 업종별 업체수, 대기 및 수질배출사업장, 폐기물 발생량 조사결과, 전주산단 업종별 업체 수는 기계/금속/비금속, 전기/전자, 섬유/의복, 석유/화학업종 순으로 조사되었으며, 대기배출사업장은 기계/금속/비금속업종에서 높게 나타났으며, 수질배출사업장은 음식료업종에서 높게 조사되었다. 폐기물발생량 부문에서는 목재/종이업종에서 사업체수에 비하여 일반폐기물발생량이 많은 것으로 조사되었다. 최적의 에너지네트워크 형성을 위한 전북지역 주요산단은 전주에 2개, 익산에 2개, 군산에 3개, 정읍에 2개, 완주에 1개 산단이 입주해있으며, 에너지실태평가를 위하여 산단 내 에너지 다소비 중소업체의 현황 을 평가하였다. 생태산업단지 네트워크 최적화를 위한 전북지역 내 각 산단별 에너지사용실태 분석결과, 전주산단은 갈탄이, 완주산단은 LNG, 익산산단과 군산산단은 전기가 주요 에너지원 이였으며, 특히, 전주산단의 경우는 온실가스 배출계수가 높은 갈탄에서 배출계수가 낮은 천연가스 및 전기, 또는 재생에너지로의 전환을 통한 에너지네트워크 최적화에 기대된다.
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2015.11
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2012년도 ‘전국 생활폐기물 자원회수시설 현황’ 에 따르면 소각장에 약 582,178톤/년의 생활폐기물이 반입되어, 바닥재 465,087톤/년, 비산재 117,091톤/년이 발생된 것으로 나타났다. 소각시설에서 배출되는 소각재는 그레이트 상에 남아있는 재(grate ash)와 그레이트 하단으로 떨어지는 재(grate siftings)가 포함된 바닥재(bottom ash) 그리고 폐열 보일러 재와 배출가스 비산재 및 부산물을 포함하는 비산재로 분류된다. 소각재에는 많은 양의 용해성 염과 구리, 납 등의 중금속을 함유하고 있어 환경의 변화에 따라 2차적으로 높은 중금속의 용출가능성을 초래할 수 있으므로 매립 및 재활용 시 주의가 요구되고 있다. 한편 생활폐기물 소각장에서 발생되는 바닥재는 주로 철, 유리, 도자기 등 재활용 가능한 성분으로 구성되어 있지만 일반폐기물로 분류되어 매립되고 있는 실정이다. 반면에 유럽의 독일, 덴마크, 네덜란드 등은 고형화, 세척, 숙성 등의 처리를 통해 바닥재를 도로 건설의 경량 골재로서 이용하거나 아스팔트 또는 콘크리트에 사용하는 등 발생된 바닥재의 60 ~ 90%를 재이용하고 있다. 본 연구에서는 ‘한국 지질자원 연구원 프론티어 무기성 폐기물의 복합처리를 통한 토건 재료화 연구’ 의 내용을 바탕으로 바닥재로부터의 중금속 용출 저감 등 환경적 안정성을 증진시키기 위한 방법으로서 CO2가스 주입을 통한 바닥재의 안정화 처리를 사용하였다. 이에 따른 중금속의 용출 결과 변화를 우리나라 폐기물 공정법상의 용출 시험법 KSLT(Korea Standard Leaching Test)와 미국 EPA의 TCLP(Toxicity Characteristic Leaching Procedure)에 의해 비교 하였으며, 바닥재 재활용에 의한 토양으로의 중금속 용출 영향을 기존 연구에 추가하여 실시하였다. 또한 온실가스인 CO2가스가 바닥재에 고용되는 효과를 실험에 의해 측정하였으며, 이에 따른 부가가치 가능성을 평가하였다.
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2015.11
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K시의 소각장은 2000년 5월 시험가동으로 2기(연속식 스토커방식) 처리시설로 160ton/day*2기, 320ton/day의 생활쓰레기를 처리하면, 소각시설 공정도는 Fig. 1과 같다. 소각과정에서 생성되는 폐열을 회수, 증기를 발생시켜 이 증기를 이용해서 시설내 열원 및 소비전력을 보충하는 설비시설을 갖추고 있다. 그러나 Fig. 2와 같이 사용 후 4 ~ 5년 후 부터는 O2농도가 증가하고 있는 추세이며 2호기의 산소농도가 1호기 보다 높아지고 있어 배기가스 중 CO, SOx, HCl, NOx의 농도는 증가 하는 것으로 나타나고 있다. 본 연구는 2기 소각로에 O2농도에 맞게 송풍량을 적정주입하는 방법으로 개선하여 대기배출가스 농도를 저감하기 위한 연구이다. 대기배출가스농도는 전년도 대비 NOx 5.5%, HCl 17.4%, SOx 38.5%로 저감, CO 5.7%, 먼지(Dust) 15.0% 증가 되었고, 초과횟수는 저감 중점항목을 선정하여 실시한 결과 2011년 107회에서 2012년 9월까지 62회로 전년도 대비 42.1%가 감소하고, 약품사용량은 전년도 소각량 대비 11.2% 증가한, 반면 소석회는 3.8%, 암모니아 4.5%, 활성탄은 4.4% 감소하였다. 연구결과 DCS프로그램 적용하여 O2농도 조절로 대기배출가스농도와 비례관계를 나타냈으며, MSW로 보일러에 O2농도 조절을 하므로 대기가스배출농도가 법적기준 이내로 유지함을 알수 있다.
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2015.11
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석유화학원료의 공급 불안정 및 기후환경변화 대처가 절실한 상황으로 최근 신재생에너지 분야에 관한 관심이 증대 되고 있다. 더불어 2012년부터 발효된 RPS(Renewable Portfolio Standard) 규제에 따라 국내 발전사들의 신재생에너지원으로 부터의 전기 생산 의무가 본격화되고 있다. 특히 폐자원 및 폐바이오매스를 이용한 에너지 생산 분야는 원료의 안정적인 공급 가능성과 기존 처리 방법의 제한적 이용으로 열화학적 전환 기술을 이용한 에너지 생산기술이 각광받고 있다. 대표적인 열화학적 전환 기술들 중 열분해 기술은 폐바이오매스에 적용을 통하여 기존 석탄 에너지 전환 시설의 대체 자원으로의 이용이 가능하며, 원료의 수급성 측면 및 다양한 원료 특성에 대응하기 위해 반탄화(Torrefaction) 기술이 제시되고 있다. 반탄화 기술은 폐바이오매스를 에너지원으로 적극 활용하기 위한 전처리 공정으로, 무산소 조건에서 낮은 온도영역인 200~300℃에서 가열하여 원료 내 함유된 휘발분 및 수분 제거를 통해 연료로 전환된다. 생성된 반탄화물은 소수성 및 낮은 함수율에 따라 운송성이 확대되며, 고정탄소 성분의 증가로 인한 높은 에너지밀도로, 석탄과 유사한 특성을 지니게 된다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 발생되는 폐바이오매스의 에너지원으로의 적용성 평가를 위해 농산물에서 주로 발생되는 왕겨 및 볏짚을 이용한 반탄화 반응 특성을 분석하였다. 반탄화물은 특정 반응시간에서의 반응 온도에 따라 생성하였으며, 에너지수율 및 질량 수율을 고려한 최적의 반탄화 조건을 모색하였다. 본 실험 결과 왕겨 및 볏짚을 이용한 최적의 탄화물 생산조건은 반응 온도 250~300℃ 및 반응 시간 20~30분 경우로 나타났으나, 각각의 탄화물 수율 및 발열량의 차이가 확연하게 나타났다. 왕겨의 경우 약 73.5%의 탄화물 수율 및 약 4,320.0 kcal/kg의 탄화물 발열량이 분석되었으나, 볏짚의 경우의 탄화물의 수율 및 발열량은 각각 68.2% 및 약 4,547.7 kcal/kg으로 나타났다. 이러한 탄화물 생산 특성의 차이는 바이오매스 원료의 Lignocellulose 특성과 주로 관련된 것으로 예상되고 있으며, 이러한 연구 결과를 통해 폐바이오매스의 석탄발전 설비에서의 혼합 연소 방식으로 적용될 것으로 기대 된다.
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2015.11
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임산 폐기물인 폐목재를 포함한 바이오매스(Biomass)는 대체에너지의 한 분야로 전 세계적으로 활발히 연구가 진행되고 있다. 그 중 바이오매스 열분해를 통한 바이오오일이 주목받고 있다. 그러나 매우 높은 산소비율 및 산성을 띄고, 강한 부식성에 화학적으로 불안정한 특징들을 가지고 있다. 석유 대체자원으로서의 단점들을 보완하기 위해 바이오 오일의 고품질화를 통한 원하는 케미컬 물질 향상에 대한 연구가 필요하다. 이에 대한 연구로 촉매적 고품질화가 있으며, 촉매로는 제올라이트가 있다. 하지만 낮은 hydrothermal stability와 높은 가격으로 경제적인 면으로 떨어진다. 이에 metal oxides에 대한 연구를 통해 단점들을 보완 연구가 필요하다. 본 실험은 Semi-batch reactor를 사용한 저속 열분해(slow pyrolysis)공정이며, 이는 낮은 승온률(10℃/min)과 긴 반응시간(40min)반응이다. 실험 전 Feedstock을 65℃, 5일 오븐에 건조시켰으며, 입자크기는 1 mm 내외이다. 고정된 실험조건은 500℃에서 촉매와 폐목재(1:100)를 섞어서 실험하였다. 선정된 촉매는 MeO(Me=Ca, Mg)이며, 바이오오일의 화학적 성분분석을 위해 GC-MS를 이용하였다. 분석 전 전처리 용매(Ethyl acetate)를 사용하였으며, 수분제거는 Na2SO4로 충분히 제거하였다. 실험 결과 회수된 바이오오일의 수득률은 무촉매에서 42 g, 각각 촉매 41 g(Ca), 38 g(Mg)이다. 각 촉매의 영향으로 Phenolic compounds, Furan 등을 분석하여, 바이오 오일의 화학적 질적향상을 평가한다.
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2015.11
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폐기물 가스화는 폐기물 내에 포함되어있는 C, H 성분을 CO, H2가 주성분인 합성가스로 전환하는 기술이다. 가스화로부터 생산된 합성가스는 수성가스전이반응 (Water Gas Shift, CO + H2O → CO2 + H2, ΔH = -41.1 kJ mol-1) 공정을 통해 고순도 수소로 전환이 가능하다. 최근 연구 결과 보고에서 바이메탈 형태의 Ni-Cu-CeO2 촉매는 고온 수성가스전이반응에 매우 높은 활성과 선택도를 보였다. 본 연구에서는 Ni-Cu-CeO2 촉매의 제조방법 최적화를 위해 Ni-Cu-CeO2 촉매를 함침법, 공침법, 졸-겔법, 수열합성법으로 제조하고 활성을 비교 평가 하였다. 다양한 제조방법 중 졸-겔법으로 제조한 Ni-Cu-CeO2 촉매가 가장 높은 CO 전환율을 나타내었다. 이는 졸-겔법으로 제조한 촉매의 높은 표면적과 활성물질-담체간 강한 상호작용에 기인한 결과이다.
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2015.11
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지구온난화가 빠르게 진행됨에 따라 이산화탄소(CO2)의 포집과 저장기술(CCS, Carbon dioxide capture and storage)은 전세계적으로 관심이 집중되고 있다. 전문가들은 CCS기술이 2050년 50%의 CO2감축량 중 20% 정도를 차지할 것으로 전망하고 있다. 우리나라 역시 국가 중기(2020) 온실가스 감축 시나리오에서 CCS기술을 핵심포인트 기술의 하나로 선정하고 있다. CCS 기술은 화석연료 사용에 따라 발생된 CO2를 분리하고 회수하는 포집과 포집된 CO2를 저장소까지 이동하는 수송기술 및 수송된 CO2를 지중 또는 해양에 주입하여 격리시키고 감시하는 과정으로 구분할 수 있다. CCS 처리의 전체 비용 중에서 CO2포집비용이 75∼85%를 차지하고 있어, 저비용 포집공정이 CCS 기술 상용화에 매우 중요한 과제가 되고 있다. CO2포집기술 중, 연소 후 포집기술은 상용화 단계에 근접한 수준까지 발전할 정도로 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다. 특히 액상 흡수제를 이용한 화학흡수법은 대량의 가스를 처리할 수 있다는 장점으로 인해 다양한 기술 개발이 이루어지고 있다. 현재 상용화되어 있는 화학흡수제로는 MEA(monoethanol amine)와 같은 아민(amine) 계열의 용매가 대표적이며, 이들은 CO2와 결합력이 매우 강하여 빠른 흡수속도를 가지는 장점이 있지만 흡수된 CO2를 분리하기 위하여 많은 에너지가 소비되고, 화학 부반응에 의한 흡수제의 손실, 흡수제에 의한 장치부식 등의 단점도 있다. 따라서 이를 보완할 수 있는 흡수제의 개발이 필요하다. 현재 차세대 흡수제로서 페놀레이트(phenolate)계, 설포네이트(sulfonate)계 및 이미다졸(imidazol)계 등을 바탕으로 하는 이온성 액체에 대한 연구가 폭넓게 수행되고 있다. 이와 함께 포집된 CO2를 메탄올, 포름산, CO, 에틸렌 등으로 전환시켜 재활용하고자 하는 연구도 활발하게 진행되고 있지만 포집된 CO2의 처분 또는 재활용에 대한 연구는 여전히 초보적인 수준에 머물고 있다. 본 연구에서는 고농도의 나트륨 이온(Na+)을 함유하는 알카리 폐액이나 농축해수를 포집을 위한 액상흡수제로 활용하는 자원회수형 화학흡수법의 적정 조건과 효율성을 검토하였다. 본 연구의 핵심기술은 Na+이온과 CO2를 반응시켜 중탄산나트륨(NaHCO3)으로 회수하는 암모니아-소다법(솔베이법)으로, 다음 반응식에 따라 CO2를 흡수하고 흡수된 CO2를 NaHCO3로 전환시켜 침전시킨다.
CO2(g) + NH4OH(aq) → NH4HCO3(aq) (1)
Na+(aq) + NH4HCO3(aq) → NaHCO3(s) + NH4+ (2)
솔베이반응은 반응촉매인 암모니아 농도(반응식 1)와 흡수액 중의 Na 농도(반응식 2)에 전적으로 지배를 받았다. 암모니아 농도가 높을수록 반응 (1)에 의한 CO2 흡수속도가 빨라져 NH4HCO3 농도가 높아졌으며, 이로 인해 반응 (2)가 촉진되어 흡수된 CO2가 NaHCO3로 변환, 침전되는 속도 및 양이 증가하였다. 최적의 암모니아 촉매농도는 5% 정도였으며, NaHCO3 침전반응을 일으킬 수 있는 Na 최소농도는 23,000 mg/L였다. 흡수액 중의 Na 농도가 증가할수록 CO2 흡수율과 NaHCO3 침전량은 증가하였다. 이 공정에서 회수된 NaHCO3 침전물은 정제과정을 거칠 경우 탈황제 등으로 활용할 수 있다.
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2015.11
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사용후핵연료를 다루는 각종 공정에서는 열처리 온도, 분위기 가스 등에 따라 Cs 뿐만 아니라 I, Tc, Ru, Te 등의 다양한 준휘발성 핵분열 가스들이 발생된다. 이들 발생되는 핵분열가스들 중 고방사능, 고방열 핵종인 세슘을 환경으로 방출되지 않도록 선택적으로 안전하게 포집하는 기술 개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다. 최근 석탄회필터를 이용하여 이를 기체상 세슘과 반응시켜 세슘알루미노실리케이트를 형성시켜 세슘을 포집하는 방법이 개발되었다. 하지만, 석탄 화력발전소에서 이용되는 탄종의 변화에 따라 석탄회의 조성이 달라져 품질관리가 어려우며 석탄회에 포함된 CaO, MgO, TiO2, SO3, Na2O, K2O, BaO, PbO, MnO2 등 다양한 화학적 조성 때문에 선택적으로 세슘만 제거하기 어려운 문제가 제기되었다. 이를 해결하기 위하여 SiO2, Al2O3, Fe2O3를 기반으로 한 세라믹 다공성필터를 제조한 후 이를 이용하여 기체상 세슘을 포집하는 방법이 모색되고 있다. 본 연구는 OTS(Off-gas Trapping System) 장치를 이용하여 고온 하에서 알루미노실리케이트 필터의 세슘 포집특성을 분석하였다. 이를 위해 SEM-EDX, ICP를 이용하여 포집 전·후 필터의 미세구조의 변화 및 세슘의 농도를 분석하였다. 무게분석을 통해 알루미노실리케이트 필터의 세슘포집효율은 99% 이상이었다. 알루미노실리케이트 필터의 표면을 SEM으로 형상을 확인한 후 EDX로 화학적 성분을 분석한 결과 1단의 경우 세슘은 40.53 wt.%로 나타났고 후단은 세슘이 검출되지 않았다. 또한 ICP로 필터의 후단을 원소 분석한 결과 세슘은 검출되지 않았다. 또한 세슘 포집 후의 필터를 상분석 한 결과 세슘은 화학반응이 결합된 cesium aluminum silicate(Cs4Al4Si20O48) 및 pollucite(CsAlSi2O6) 로 나타났다.
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2015.11
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사용후핵연료의 고온 열처리공정 중에 발생되는 핵분열 가스는 세슘, 테크네튬, 요오드, 삼중수소, 크립톤, 제논 등이다. 이들 다양한 핵분열 가스를 단/장반감기/열발생 핵종별로 선택적으로 포집하여 고준위폐기물 발생량 최소화 및 최적화기술 개발은 시급한 문제로 다가오고 있다. 이들 핵종 중 방사성 기체상 세슘은 선택적 배기체 처리공정에서 석탄회 필터를 이용한 고온 흡착법으로 포집한다. 배기체 처리장치에서 기체상 세슘을 포집 후 발생되는 세슘 폐필터 고화방법은 밀도가 높고, 열적 안정성이 우수하며, 내침출성이 우수한 고화방법이 개발되어야 한다. 세슘 폐필터 고화방법 중 기체상 세슘을 포집한 세슘 폐필터 자체를 소결하여 안정한 고화체로 제조하는 방법이 시도되고 있다. 본 연구는 기체상 세슘이 포집된 세슘 폐필터(Cs 함량 : 6 ~ 24 wt%)를 분쇄, 혼합 후 소결시켜 세슘 폐필터 세라믹 고화체를 제조하여 이의 침출특성을 PCT-A 정적침출시험법 (ASTM Standard C1285-02)을 이용하여 평가하였다. 세슘 폐필터 자체만으로 대기 분위기하에서 각각 1,000℃부터 1,500℃까지 3시간 동안 열처리하여 얻어진 세라믹 고화체는 세슘함량이 감소할수록 고화체의 제조온도는 낮아졌다. 세슘함량이 6 ~ 24 wt%인 세슘폐필터를 단순 열처리만 하여도 밀도가 ~2.7 g/cm³ 으로서 일반적인 붕규산유리 고화체의 밀도인 ~2.5 g/cm³와 비슷하였다. 한편 세슘함량 12 ~ 24 wt.%인 세슘잉곳의 세슘 휘발율은 8wt.% 이하로 매우 우수한 열적 안정성을 나타내었다. 세슘잉곳의 Cs, Si, Al, Na의 mass loss [g/㎡] 값은 EA glass 이하의 값으로 나타났고, 특히 세슘의 mass loss 값은 10-2 ~ 10-1 g/m² 로서 PCT-A 침출률로 환산시 10-3 ~ 10-2 g/(m²·day) 로서 내침출성이 우수하였다.
