폐기물은 이제 단순한 처리대상 물질이 아니라 에너지를 회수할 수 있는 하나의 자원으로 인식되고 있으며 이에 대한 효율성 증대와 상용화를 위해 정부의 주도 하에 다양한 정책들이 계획되어 진행되고 있다. 이러한 정책의 요점은 가까운 미래에 에너지의 확보가 국가차원의 생존 및 경쟁력에 문제점을 가져올 수 있으며 이에 대한 새로운 재생 가능한 에너지의 수급방법에 대한 기술력 확보가 필요하다는 것이다. 에너지관리공단에서 발간한 신재생에너지 보급통계를 보면 다양한 신재생 에너지의 확보 경로 중 폐자원을 이용한 1차에너지의 대체는 다른 매체를 통한 수급에 비하여 그 성장 속도가 빠르고 발전 잠재적 에너지량이 큰 것을 확인할 수 있다. 본 연구에서는 N시에서 발생되는 생활폐기물이 전처리 시스템을 거쳐 폐자원으로 전환되는 과정의 Case Study 결과를 이용하여 공기를 이용한 고정층 가스화 공정모사를 수행하였다. 전처리 시스템의 Case는 불연물 제거효율과 전처리 후 폐자원의 함수율이며 각각의 Case에서 폐자원의 물리 화학적 조성을 예측하여 공기를 이용하는 고정층 가스화의 공정모사에 대한 연구를 수행하였다. 21개의 Case 중에서 전처리 시스템에서 생산된 폐자원의 습윤 저위발열량이 3,500 kcal/kg 이상인 조건에서 공정모사를 수행하였으며 가스화 시스템 공정모사 결과 합성가스(CO+H₂+CH₄)농도는 28.1 ~ 36.7 vol.%이며 합성가스의 습윤 저위발열량은 1,257 kcal/Nm³ ~ 1,648 kcal/Nm³로 분석되었다.

폐기물을 이용한 가스화 공정은 이론적으로 요구되는 산화제의 양보다 적은 양의 공기를 이용하여 환원분위기에서 흡열반응에 의해 합성가스를 생산하며 이와 동시에 폐기물의 열적처리 개념도 포함된다. 가스화 공정에서 발생되는 각종 오염물질은 후단 공정에 구성된 정제설비에 의해 제거되며 고품질 합성가스의 생산을 위해 가스화 반응기 후단의 정제설비는 벤츄리스크러버, 중화세정탑, 탈황세정탑, 습식전기집진기, 활성탄흡착탑으로 구성되었다. 전체 정제설비의 총괄효율을 분석하기 위해 시료 가스는 가스화 반응기 후단과 활성탄흡착탑 후단에서 채취되어 분석되었으며 시료 채취방법은 대기오염공정시험방법을 참조하였다. 본 연구에서는 환원성 가스상 오염물질 중에서도 맹독성 물질인 HCN과 악취물질인 NH₃에 대한 정제설비에서의 제거 효율을 분석하였으며 대기배출허용기준 초과 여부를 판단하였다. HCN의 대기배출허용기준은 모든 시설에서 10 ppm 이하이며 본 실험에서의 제거 효율은 99%, 배출농도는 2.5 ppm으로 나타났다. NH₃의 대기배출허용기준은 30 톤/일급 설비를 기준으로 30(12) ppm이며 실험결과에서 제거효율은 95%, 배출농도는 8.90(12) ppm으로 분석되어 Pilot 설비에 구성된 정제설비는 HCN과 NH₃의 제거에 적합한 것으로 나타났다.

폐기물의 열적 처리기술에는 소각, 가스화(용융), 열분해가 있으며 가스화(용융) 기술은 반응기의 종류 및 특징에 따라 고정층, 유동층, 분류층 반응기로 구분된다. 본 연구의 Pilot 설비는 공기를 산화제로 이용하여 합성가스를 생산하는 고정층 반응기이며 다른 형태의 반응기에 비해 공정이 단순하여 운전에 용이하고 초기투자비용이 경제적이라는 장점이 있다. 또한 폐기물 특성상 일정하지 않은 물리 화학적 특성에도 적용이 가능하며 가스엔진과 연계한 중소규모 설비로써 국내 소각처리기술을 대체할 수 있다. 이러한 설비의 상용화를 위해서는 다양한 조건에서의 실험과 실측도 중요하지만 공정모사와 같은 모델링을 통해 이론적인 연구 결과의 검토는 제한적인 재원과 시간의 여건에서 효율적인 연구의 수행을 가능하도록 할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 취지에 의해 세 종류의 각기 다른 생활폐기물을 이용한 가스화 공정에서 생산되는 합성가스의 조성을 실측하고 이에 대한 유사조건에서의 공정모사를 동시에 수행하여 상호 보완하는 방법을 검토하였다. 실험에 사용된 폐기물은 폐기물 전처리 설비를 거치면서 투입에 적절하도록 분쇄되었으며 폐기물의 물리 화학적 특성을 알아보기 위해 삼성분 분석, 원소분석, 발열량 분석을 수행하였다. 실험에 사용된 시료의 습윤 저위발열량은 3,935 kcal/kg, 3,978 kcal/kg, 3,114 kcal/kg으로 분석되었으며 실측된 합성가스의 발열량은 1,490 kcal/Nm³, 1,205 kcal/Nm³, 1,133 kcal/Nm³, 이론적 합성가스의 발열량은 1,521 kcal/Nm³, 1,178 kcal/Nm³, 1,080 kcal/Nm³로 분석되었다.