본 연구는 시특법에 따른 비탈면 상태평가에 활용되는 절리암면비탈면의 가중치에 대한 수정안을 제안했다. 일반적으로 평가 항목 수정 및 각 항목별 가중치 부여와 항목별 평가 기준에 대한 연구는 Delphi 방법 및 AHP 방법 등 전문가의 경험에 의존하는 의사결정기법으로 결정되어 왔다. 본 연구에서는 보다 합리적인 결과를 얻기 위하여 기존의 주관적인 방법뿐만 아니라 비탈면의 점검 및 진단 데이터를 활용한 통계적 기법을 함께 활용하여 객관적인 가중치를 제시하고자 하였다. 본 연구에서는 절리암반 비탈면의 점검 데이터를 활용하여 엔트로피의 개념을 적용한 객관적인 가중치를 산정하고, AHP 기법에 의한 주관적 가중치는 전문가의 의견을 토대로 산정하였다. 그리고 두 가지를 결합하여 수정가중치가 제안하였으며, 그 결과, 도출된 절리암반 비탈면의 수정 가중치는 인위적 요인과 손상상태 항목들이 높은 가중치를 갖는 것으로 나타났다. 수정된 평가 기준을 향후 비탈면 세부지침 개정 등에 반영되면 보다 합리적인 절리암반 비탈면의 상태안정성 파악이 가능할것으로 판단된다.

Over the past two decades, the options for solid waste management have been changing from land disposal to recycling, waste-to-energy, and incineration due to growing attention for resource and energy recovery. In addition, the reduction of greenhouse gas (GHG) emission has become an issue of concern in the waste sector because such gases often released into the atmosphere during the waste management processes (e.g., biodegradation in landfills and combustion by incineration) can contribute to climate change. In this study, the emission and reduction rates of GHGs by the municipal solid waste (MSW) management options in D city have been studied for the years 1996-2016. The emissions and reduction rates were calculated according to the Intergovernmental Panel on Climate Change guidelines and the EU Prognos method, respectively. A dramatic decrease in the waste landfilled was observed between 1996 and 2004, after which its amount has been relatively constant. Waste recycling and incineration have been increased over the decades, leading to a peak in the GHG emissions from landfills of approximately 63,323 tCO2 eq/yr in 2005, while the lowest value of 35,962 tCO2 eq/ yr was observed in 2016. In 2016, the estimated emission rate of GHGs from incineration was 59,199 tCO2 eq/yr. The reduction rate by material recycling was the highest (-164,487 tCO2 eq/yr) in 2016, followed by the rates by heat recovery with incineration (-59,242 tCO2 eq/yr) and landfill gas recovery (-23,922 tCO2 eq/yr). Moreover, the cumulative GHG reduction rate between 1996 and 2016 was -3.46 MtCO2 eq, implying a very positive impact on future CO2 reduction achieved by waste recycling as well as heat recovery of incineration and landfill gas recovery. This study clearly demonstrates that improved MSW management systems are positive for GHGs reduction and energy savings. These results could help the waste management decision-makers supporting the MSW recycling and energy recovery policies as well as the climate change mitigation efforts at local government level.

유엔기후변화협약(UNFCC)은 온실가스 배출통계의 중요성을 강조함에 따라 모든 당사국들은 국가 온실가스 인벤토리 산정 보고서를 제출할 의무를 명시하고 있다. 국가 온실가스 인벤토리 분야에는 폐기물 분야도 포함되어 있으며, 특히 메탄배출량의 상당량을 차지하는 폐기물매립지에 대한 온실가스 배출량 산정은 매우 중요시되고 있다. 그럼에도 불구하고 국내 폐기물매립지는 아직까지 GPG(Good practice guidance) 2000에 기반하여 온실가스 배출량을 산정하고 있어 2006 IPCC 가이드라인을 기준으로 매립지 온실가스 배출량을 산정하고 있는 미국과 EU 국가 등과 비교하여 배출량 산정의 정확도가 낮은 문제점을 나타내고 있다. 이에 본 연구에서는 GPG 2000과 2006 IPCC 가이드라인(Tier 1, 2)을 기반으로 국내 폐기물매립지의 온실가스 배출량을 산정 및 비교함으로써 폐기물매립지 온실가스 배출량 산정방법의 문제점 및 개선방향을 제시하고자 하였다. 각 방법별 폐기물매립지의 국가 온실가스 배출량 산정 결과, 2015년 기준으로 2006 IPCC Tier 1의 배출량은 10,885 Gg CO2eq,로 가장 높게 나타났으며, 다음으로 2006 IPCC Tier 2(9,443 Gg CO2eq,), GPG 2000(7,727Gg CO2eq)순으로 나타났다. GPG 2000과 2006 IPCC 가이드라인 모두 FOD 모델을 기반으로 하고 있기 때문에 연도별 배출량 증감은 비슷하였으나 GPG 2000은 매립폐기물 전부를 하나의 단일 성상으로 가정한 반면 2006 IPCC에서는 폐기물 성상별로 배출계수를 적용하도록 하고 있어 배출량의 차이가 발생하였다. 다만 2006 IPCC에서는 국가 배출계수의 적용을 권고하고 있어 향후 이에 대한 지속적 개발 및 검증이 이루어져야 할 것이다.

소각시설에서의 폐기물 저위발열량은 소각로의 연소성능 및 특성 파악 측면에서 핵심적 요소로 작용하는 인자이다. 기존 저위발열량 측정 방법은 시료 채취를 통하여 발열량계 측정, 원소분석법 등을 적용하도록 규정하였으며, 소량의 시료를 바탕으로 함에 따라 폐기물의 불균질성 등을 충분히 반영하지 못하여 결과의 객관성이 부족한 문제점을 야기하여 왔다. 이에 환경부는 저위발열량 산정 관련 지침의 개정을 통하여 산정방법의 객관화를 추진하였다. 그러나 개정된 지침의 생활폐기물 저위발열량 산정식은 일반･고온 소각시설에 적용되는 산정 방법이다. 현재 국내에는 17개소의 열분해(가스화)･고온용융 소각시설이 운영되고 있으며 투입 보조연료, 연소로 운전 온도, 잔재물 배출 특성 등 일반소각방식과 달리 열분해･용융 처리방식의 공정 특성을 반영한 산정식의 필요성이 제기되었다. 이에 본 연구에서는 국내 열분해･고온용융 소각시설에서의 열정산을 통하여 열분해･고온용융 처리방식의 특성이 반영된 저위발열량 산정방법의 산정계수와 최종 산정식을 도출하였다. 또한 도출된 산정식을 바탕으로 대상 시설에서의 투입 폐기물에 대한 저위발열량을 산정･평가하였다. 입･출열 특성 분석결과 출열에너지 중 증기 흡수열이 약 77.1%로 가장 많은 비율을 차지하였으며, 배출가스 보유열은 약 15.3%, 그 밖의 기타 출열에너지는 약 7.6% 수준으로 나타났다. 이러한 열정산 결과를 바탕으로 저위발열량 산정식의 상수값과 최종 산정식을 도출하였으며, 미연 및 방열손실 계수(α)는 1.098, 부가 입열량 계수(β)는 1.189, 배출가스 열손실 계수(γ)는 0.002의 상수값을 도출하였다. 아울러 도출된 열분해･고온용융 시설 LHVw 산정식을 적용을 적용한 저위발열량 산정 결과 11개호기 평균 약 2,160.8 kcal/kg 수준으로 나타났다. 산정식 도출결과는 현재 운영 중인 시설에서의 실측데이터를 적용한 결과로, 국내 열분해･용융 시설에 적용가능한 객관적이고 정형화된 저위발열량 산정방법일 것으로 사료된다. 또한 본 연구의 결과는 향후 저위발열량 산정방법 개정 등을 위한 소각시설에서의 주요 모니터링 인자 도출 및 관리방안 마련을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

Recently, the concept of “sustainable resource circulation society” has become a global issue and a key part of waste management policy. For resource circulation, Korea has established the primary foundation via the enactment of the “Framework act on resource circulation.” Waste energy recovery is attracting considerable attention because of such policy changes, and efforts are being made to maximize the use of heat at incineration facilities. Moreover, to ensure the objectivity and validity of the estimation method’s results, the ministry of environment has recently revised the guidelines for the energy recovery rate estimation method and lower heating value (LHV) of waste at incineration facilities. In the revised guidelines, for estimating the LHV of waste, a formal formula is presented at general incineration facilities for municipal solid waste (MSW). However, generally, the LHV-formula at incineration facilities is difficult to apply to pyrolysis-melting facilities because it does not reflect characteristics of the pyrolysis-melting treatment method. Thus, in this study, the actual condition of pyrolysis-melting facilities was investigated, and the LHV-formula for pyrolysis-melting facilities was derived using the derivation method of the EU’s NCV-formula.

In this research, we present a new methodology to indirectly assess the concentration levels of the biochemical oxygen demand (BOD) and total nitrogen (T-N) of dewatered cake by evaluating the amounts of the volatile solids (VS) and total solids (TS). Information regarding the BOD and T-N concentrations of dewatered cake could then be used to estimate the Greenhouse Gas (GHG) emissions caused by sewage treatment. To this end, regression equations were derived by considering the relationship between the product of two solid terms: (TS × VS) and BOD/T-N levels of digested sludge. The optimal regression equations for BOD and T-N were computed as y = 152425x (R2= 0.969, p < 0.05) and y = 128378x (R2= 0.970, p < 0.05), respectively. For the purposes of verification, the applicability of the regression equations was tested using the data for other periods not considered in the regression analysis. Accordingly, the differences between the measured and estimated concentration data (derived using the regression equations) were within the standard deviation of the measured concentrations. However, the concentrations estimated by regression equations were quite different from those obtained by conventional methods. Nonetheless, such differences did not significantly change GHG emissions, thus we conclude that the plant specific regression equations can be derived from the methods presented in this study, although more efforts are needed for its validation in various respects.

본 연구에서는 SC-PDSI를 이용하여 잠재증발산량 산정 방법이 가뭄지수 산정 결과에 미치는 영향을 평가하였다. 잠재증발산량 산정 방법으로 월열지수법, Penman-Monteith 방법, Hargreaves 공식 등 세 가지 방법을 이용하였으며, 기상청 56개 지점을 대상으로 세 가지 잠재증발산량 산정 방법에 따른 SC-PDSI를 산정하고 그 결과를 비교하였다. 분석 결과, Penman-Monteith 방법에 의한 결과와 Hargreaves 공식에 의한 결과는 월별로 큰 차이 없이 유사한 가뭄지수 산정 결과를 나타내고 있음을 확인하였으며, 월열지수법에 의한 결과는 상대적으로 큰 차이를 보이고 있음을 알 수 있었다. 월별로는 봄철과 겨울철 기간에 대해 산정된 가뭄지수와 가뭄상황 판단 결과가 차이를 보이고 있음을 확인하였다. 결론적으로 우리 나라에서 PDSI를 산정하고자 할 경우에는 Penman-Monteith 방법이나 Hargreaves 공식을 이용하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.

본 연구에서는 우리나라 56개 연구지역에 대해서 증발량 산정방법 중에 하나인 공기동력학적 방법의 적용성을 검토하였다. 이를 위해 과거 연구 자들에 의해서 제안된 공기동력학적 증발량 산정식들을 7가지 형식으로 구분하고 일반화하여 증발량 산정모델을 유도하였다. 또한, 공기동력학적 방법 적용에 필요한 기상요소자료들(풍속, 포화미흡량, 기온, 대기압)을 이용하여 4가지의 다변량 선형회귀모델을 유도하고 그 적용성을 검토하였다. 기상자료들의 자기상관의 영향을 고려하기 위해 변수들을 차분시켜 회귀분석을 실시하고 자기상관을 고려하지 않은 경우와 비교한 결과 결정 계수 값에 큰 차이가 없음을 확인하였다. 연구결과에 의하면 공기동력학적 모델이나 다변량 선형회귀모델 모두에서 산정된 월 증발량과 관측된 월 증발량 사이에 매우 높은 상관성이 있는 것으로 나타났다. 하지만 대부분의 증발량 산정모델에서 8, 9, 10, 11, 12월에 증발량을 과다 산정하고 있는 것으로 나타났다. 다변량 선형회귀모델들에 사용된 기상요소자료들은 모두 증발량 산정에 유의한 영향력이 있는 것으로 나타났으며, 특히 포화 미흡량이 가장 중요한 기상요소이며, 두 번째로는 기온, 세 번째로는 풍속, 그리고 마지막으로 대기압인 것으로 나타났다.

우리나라는 자원이 부족하여 총 공급에너지의 95.8 %를 수입에 의존하고 있어 신재생에너지의 개발과 합리적인 이용방안이 절실하다. 폐기물 에너지는 재생에너지 종류 중 하나로 가정이나 사업장에서 배출되는 폐기물을 열분해를 통해 고형연료, 폐유 정제유, 플라스틱 열분해 연료유, 폐기물 소각열 등의 에너지를 생산할 수 있어 활용가치가 매우 높다. 그 중 고형연료는 ｢자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률｣에 따라 인정된 생활폐기물(음식물류 제외), 폐합성수지, 폐지 등 가연성물질만을 선별･분리하여 제조한 연료로 현재 SRF(Solid Refuse Fuels) 와 BioSRF(Biomass Solid Refuse fuel)로 관리되고 있다. 폐기물 연료는 화석연료뿐만 아니라 바이오매스도 포함하고 있기 때문에 부분적인 이산화탄소 중립연료로 간주될 수 있다. 특히 혼합된 폐기물연료를 소각하는 곳에서 배출되는 가스 중에는 바이오매스 기원물질을 제외 할 때에 비로소 순 온실가스 배출량을 산정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 폐기물에너지 중 가연성폐기물을 원료로 한 고형연료제품 종류별 사용시설에서 배출되는 가스를 포집하여 CO2 중의 생물학적 기원물질의 바이오매스를 14C 방법으로 분석하였다. 또한 고형연료에 대한 분석을 SDM(Selective Dissolution Method)방법과 14C 방법으로 분석하여 비교하였고 배출가스에서의 측정․분석을 수행함으로서 폐기물에너지 사용시설에 적용 가능한 가장 적합한 측정․분석방법을 고찰해보았다.

국내 폐기물 소각시설의 에너지 회수효율 관련 규정으로는 ｢폐기물관리법 시행규칙｣ 제3조(에너지 회수 기준 등)에 명시되어 있으며, 에너지 회수효율 기준으로는 75 % 이상(생산량 기준) 회수된 열에너지를 스스로 이용하거나 다른 사람에게 공급할 것으로 규정하고 있다. 또한, 2016년 5월 제정된 ｢자원순환기본법｣ 내 제21조에서는 폐기물을 순환이용할 수 있음에도 불구하고 소각･매립방법으로 처분하는 경우 폐기물처분부담금을 부과하도록 명시하였으며, 동법 제24조에 따르면 소각열에너지를 50 % 이상 회수하여 이용하는 경우 폐기물처분부담금을 감면할 수 있도록 규정하고 있다. 그러나 현행 에너지 회수효율 기준은 생산에너지를 기준으로 산정하고 있어 실제 유효하게 이용된 에너지의 평가가 곤란하며, 에너지원으로는 전력에너지가 반영되지 못하여 에너지 회수효율 증진을 위한 유인방안이 부족한 실정이다. 국내의 폐기물 소각시설의 저위발열량 산정방법으로는 원소분석법(Dulong, Steuer 등), 단열 열량계(Bomb Calorimeter)를 이용하여 측정･분석하고 있으나 소량의 시료 채취를 통하여 폐기물의 대표성을 확보하기에는 많은 어려움이 따른다. 또한, 소각로에 투입되는 폐기물의 특성(성상의 다양성, 계절적 영향 등) 및 시설의 특성 등을 반영하지 못하고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 지역적 특성 및 소각로･보일러의 형태(stoker, Rotary Kiln, FBC )등을 고려하여 현재 운영 중인 폐기물 소각시설(생활, 사업장) 11개소(17호기)를 대상시설로 선정하여 계측기 측정데이터 및 현장측정(배출가스 조성, 바닥재 배출온도 및 강열감량, 소각로 및 보일러 방열손실)을 통하여 해당 시설의 저위발열량 및 에너지 회수효율을 산정하였다. 이와 같은 산정결과를 바탕으로 향후 에너지 회수효율 향상 제고를 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

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.

폐기물매립지에서 온실가스 발생량 예측을 위하여 사용되는 1차 반응모델(First-order decay, FOD)에 적용되는 중요한 변수 중 하나는 메탄발생잠재량(Methane generation potential, L0)이다. L0는 메탄생성에 가장 이상적인 조건에서 폐기물 중량단위 당 발생할 수 있는 메탄의 양으로 일반적으로 메탄수율이라고 나타내기도 한다. 그러나 폐기물매립지에서의 L0는 매립지 내부의 수분, 온도 등의 환경적 조건과 폐기물 크기 등의 물리적 특성에 의해 메탄발생이 영향을 받기 때문에 일반적으로 정의되는 L0와 혼동을 나타낼 수 있다. 이러한 물리적 및 환경적 요인 때문에 폐기물매립지에서의 L0는 실내실험 결과보다 낮게 나타나며, 따라서 폐기물매립지에서의 사용되는 L0 용어에 대한 기본적 가정은 메탄발생을 위한 이상적 조건이 아닌 실제 매립지 조건으로 고려되어야 한다. 이에 본 연구에서는 앞에서 나타낸 용어의 정의를 기준으로 기존 연구문헌에서 폐기물매립지의 L0산정을 위해 적용한 방법들을 고찰하여 향후 L0 산정 및 방법론 개발에 기초자료로 활용되고자 하였다. L0 산정방법을 크게 구분하면 화학양론적 방법(Stoichiometric method), 실내실험 방법, 모델일치(Model fitting) 및 회귀분석, IPCC(Intergovernmental panel on climate change) 방법론으로 구분할 수 있다. 화학양론적 방법은 폐기물의 원소조성에 기초한 Buswell 식 또는 폐기물의 탄수화물(Carbohydrates), 단백질(Proteins), 지질(Lipid)의 함량에 기초하여 이론적인 L0값을 산정 후 생분해가능 비율(Biodegradable portion, BF)을 곱하여 L0값을 계산할 수 있으나 BF 산정에 어려움이 있다. 실내실험은 일반적으로 폐기물 성상별 L0에 폐기물 조성 가중치를 적용하여 L0값을 산정하고 있다. 성상별 L0값을 산정하기 위해서는 일반적으로 BMP(Biochemical methane potential) 실험이 사용되나 BMP 결과를 L0로 나타내기에는 문제점이 있다. 이는 BMP 결과는 혐기성 분해의 이상적 조건에서 도출되었기 때문에 L0 보다는 DOC(Degradable organic carbon)와 의미가 매우 유사하며, 모의매립조(Lysimeter) 또는 현장 실험보다 높은 값을 나타내기 때문에 조정계수를 적용하여 L0값을 산정하여야 한다. 모의매립조 실험의 경우에는 수리전도도(Hydraulic conductivity)와 연관되어 실제 매립지보다 짧은 수리학적 체류시간을 가지게 되는 문제점이 있다. 이는 매립지에서 침출수로 유출되는 DOC 비율은 2% 미만으로 보고되고 있으나 모의매립조는 상당비율의 DOC가 침출수로 유출되기 때문에 L0 산정 시 침출수로 유출되는 DOC비율을 고려하여야 한다. 모델 일치 및 회귀분석은 실제 매립지에서의 측정 데이터를 기초하기 때문에 가장 정확하나 데이터 확보를 위한 장기간의 시간이 소요된다. IPCC 방법론의 경우 DOC 및 DOCf를 산정하여 L0를 산정할 수 있으며, DOC 산정을 위해서는 BMP 실험을 이용한 방법과 폐기물의 방사성 탄소함유량(Radiocarbon content)에 기초한 생물학적 기원 탄소량 산정방법이 있다. DOCf는 셀룰로오스(Cellulose)와 헤미셀룰로오스(Hemi-cellulose)가 전부 메탄으로 전환된다는 가정 하에 측정된 메탄수율로 나누어 계산할 수 있다.

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.

우리나라의 경우 건설폐기물이 100톤 이상 발생하는 공공 건설공사의 발주기관은 의무적으로 건설공사와 폐기물 처리용역을 분리 발주해야 한다. 발주자는 발생원단위 자료를 이용, 위탁처리용역의 발주물량을 산출 후 이에 따라 폐기물 처리용역을 계약한다. 그러나 현재 가장 많이 사용되는 건설표준품셈은 다양한 유형의 공사와 건설폐기물 종류를 포함하지 못하고 일부 공사 및 폐기물에 대한 원단위만 제공되고 있기 때문에 현실에 맞는 건설폐기물 발생량 산정 예측에 어려움이 있다. 건설폐기물은 업종의 특성에 따라 발생되는 폐기물의 종류와 발생량에 차이가 있어, 업종별 특성이 반영되고 건축 구조･종류별로 구분된 발생원단위가 산정되어야 한다. 발생원단위는 건설 폐기물 배출자가 자체적으로 건설공사의 성상별 건설폐기물 배출량을 예측하고 그에 적합한 처리 방법 및 예산을 산정하는데 이용할 수 있고. 건설폐기물 관리 규제기관에서 배출자 신고 자료에 대한 검증에 있어 정확도를 판단할 수 있는 근거로 활용될 수 있다. 현 건설폐기물 통계조사는 올바로 시스템에 데이터를 입력하는 사업체를 대상으로 사업장 폐기물의 발생 및 처리현황을 조사하며, 별도로 추가･수집된 경제데이터를 반영한 항목별 원단위 발생량을 산정한다. 본 연구에서는 올바로 시스템 건설폐기물 경제데이터에 발생원단위 산정에 필요한 항목을 반영, 설정하는 과정을 진행하였다. 기존통계자료들과 건설공사 표준품셈 자료, 선행연구보고서 및 학술 논문 등을 조사, 검토하는 현황분석을 거치고 전문가들의 의견을 반영, 발생원단위 산정방안 개선안을 도출하였다. 본 연구에서는 완공된 공사를 대상으로 총 발생량과 경제데이터를 조사하며, 공사유형을 분류하여 공사 종목별 건설폐기물 발생량을 파악할 수 있도록 제시하였다. 또 공사 전 해체여부를 파악하여 재건축 및 신규공사 등 해체폐기물의 여부에 따른 건설폐기물 발생량 오차를 줄이도록 하였다. 위의 내용을 반영된 데이터를 이용, 발생원단위를 산정한다면, 기존의 산정방법보다 더 정확한 건설폐기물 발생량 예측이 가능하고, 실제 현장에서 유용하게 활용 될 것으로 생각된다.

폐기물매립지는 대기 중으로 배출되는 인위적인 메탄 배출량의 상당 비율을 차지하고 있으며, 메탄은 기후변화에 상당부분 기여하는 물질 중 하나로 잘 알려져 있다. 이에 폐기물매립지에서 발생되는 온실가스로 인한 주변 환경오염 저감과 온실가스 관리 등을 위해서는 먼저 정확한 온실가스 배출량 산정이 필요하다. 그러나 폐기물매립지에 매립되는 폐기물의 불균질성과 매립된 폐기물의 분해에 관여하는 인자가 많기 때문에 장기간에 걸쳐 물리화학적 및 생물학적 반응을 통해 발생되는 온실가스의 배출량을 정확히 측정한다는 것은 매우 어렵다. 지금까지 폐기물매립지에서의 온실가스 발생량 예측을 위하여 다양한 모델들이 제안되었는데, 대부분의 모델은 1차 반응모델(First-order decay, FOD)에 기초하고 있다. 1차 반응모델로 가장 대표적인 모델은 IPCC(Intergovernmental panel on climate change)에서 제시한 FOD 모델과 미국 EPA(Environmental protection agency)에서 개발한 LandGEM(Landfill gas emissions estimation model) 등이다. 1차 반응모델에 적용되는 모델 변수들은 일반적으로 2006 IPCC 가이드라인에서 제시하고 있는 기본값을 적용하고 있으나 모델 변수는 온실가스 배출량 산정의 정확성에 결정적 영향을 미치기 때문에 폐기물매립지에서 모델을 이용한 온실가스 배출량 산정 결과의 신뢰도를 향상시키기 위해서 해당 매립지 특성에 맞는 변수값을 산정할 수 있는 방법론이 우선적으로 개발되어야 한다. 이에 본 연구에서는 장기간 동안 S 폐기물매립지에서 발생하는 온실가스를 측정한 결과를 기초로 메탄 및 탄소 물질수지를 이용하여 1차 반응 모델의 주요 변수인 DOC(Degradable organic carbon), DOCf(Fraction of degradable organic carbon which decomposes), R(CH4 recovery efficiency), OX(Oxidation factor), k(CH4 generation rate constant), Lo(CH4 generation potential)를 산정하고 산정된 변수값을 검증하여 온실가스 모델변수 산정방법론을 개발하고자 하였다. 연구결과 BMP(Biochemical methane potential) 실험을 통해 산정된 메탄발생량값은 최적 조건에서 평가된 값이기 때문에 DOCf를 1.0로 가정하였을 경우 DOC를 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 본 연구에서 메탄 및 탄소 물질수지를 이용하여 도출된 주요 변수값들을 모델에 적용하여 평가된 온실가스 발생량과 기존에 측정된 온실가스 발생량을 비교하였을 때 매우 유사하게 나타나 탄소물질 수지를 이용하여 1찬 반응모델의 변수들을 매우 정확하게 산정할 수 있는 것으로 나타났다. 이외에도 1g의 폐기물(습윤기준) 중 매립지에 저장되는 DOC는 0.07g으로 분석되었으며, 침출수로 유출되는 DOC 비율은 전체 DOC 중 1.3%로 계산되었다. 따라서 본 연구를 통해 제안된 탄소 물질수지를 이용한 모델 변수 산정 방법은 폐기물매립지 온실가스 모델 적용에서 모델 변수들 및 예측값의 정확성을 향상시킬 수 있게 되었다.

우리나라는 2030년 까지 모든 경제분야에 걸쳐 온실가스 배출을 약 37% 감축할 계획을 UNFCCC에 제출하였다. 이에 따라 온실가스 감축목표를 설정하고 부문별･업종별 배출권 할당량을 결정하고 있다. 따라서 보다 정확한 온실가스 배출량을 산정하는 것이 중요하며 현재는 배출활동별 온실가스 배출량 세부산정방법과 기준을 Tier 1, 2, 3, 4로 마련하여 관리하고 있다. 활동자료와 배출계수로 계산하는 Tier 1~3 기준에는 화석탄소함량(FCF)을 적용하여 폐기물에 포함된 바이오매스의 비율이 제외될 수 있는 반면, 소각시설에서 발생하는 배출가스 중의 온실가스를 직접적으로 측정하는 Tier 4(연속측정법)에서는 총 CO2만 측정 가능하기 때문에 온실가스 중의 바이오매스량을 제외하기 위해서는 화석연료 기원물질에 의한 배출량과 바이오매스 기원물질에 의한 배출량 구분이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 생활폐기물 소각시설과 사업장폐기물 소각시설 각각에서 연소 후 배출되는 가스를 가스샘플링장치를 이용하여 포집하였으며, 포집한 가스성분과 CO2 중의 바이오매스 기원물질량을 확인하였다. 기체시료 중의 바이오매스량을 측정분석하기 위해서 탄소동위원소를 이용한 가속기 질량분석기(Accelerator Mass Spectrometry)를 이용하였으며 보다 명확한 온실가스배출량 산정을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

‘전국 폐기물 발생 및 처리현황’(환경부, 2014)에 따르면, 국내의 전국 폐기물 총 발생량은 매년 증가하는 추세이다. 건설 폐기물을 포함한 ‘14년도 총 폐기물 발생량은 388,486톤/일에 달하며, 지정폐기물을 포함하면 폐기물 발생량은 더 증가한다. 이렇게 발생한 폐기물은 매립, 소각, 재활용, 해역배출로 처리되었다. 하지만 국내의 육상 폐기물 해역배출은 런던협약에 ‘16년부터는 전면 금지되었으며, 매립과 재활용을 통한 폐기물의 처리는 한계가 있다. 지속적으로 발생량이 증가하는 폐기물의 처리와 지정폐기물, 재활용 금지 및 제한대상 폐기물을 처리하기 위하여 폐기물의 소각처리가 필수적으로 요구된다. 국내에서는 정책적으로 폐기물 소각시설의 폐자원에너지 회수와 사용에 대해 집중하고 있으며, 2015년에 폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법을 확정하여 2018년 1월 1일부터 자원순환기본법을 통해 시행할 것을 예고하였다. 사업장폐기물 소각시설의 소각열에너지 회수･사용률 산정방법에 따르면 열정산법을 이용해 입열과 출열을 산출하여 소각시설의 효율을 계산한다. 소각로의 방열손실은 에너지의 회수 효율을 낮추는 출열 항목 중 한가지로 각 시설마다 측정하여 평가되어야 한다. 현재 방열손실 평가를 위한 소각로의 벽면 온도 측정은 지점측정법을 이용하여 실측되고 있다. 하지만 접촉식 온도 측정은 대상의 접촉 지점마다 온도가 다르게 측정 될 수 있으므로 대상 시설의 평균 표면온도를 정확하게 측정하는 것이 어렵다. 비접촉 방식으로 온도를 측정하는 적외선 열화상 카메라는 넓은 면적의 온도를 동시에 측정 가능하며 대상 시설의 평균 온도를 비교적 정확하게 측정 할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 폐기물 소각시설의 출열 항목 중 방열손실의 측정 및 평가를 위해 적외선 열화상 카메라를 이용하였으며, 소각로 표면 온도 측정방법과 소각시설의 방열손실 산정 방법을 정립하였다.

The lower heating value is the basic unit to calculate annual energy in estimating an energy gain factor. Reliability of an energy gain factor depends on the accuracy of the lower heating value. However, the deviation of heating value is large, and there is no common standard. Thus, the present methods of estimating the lower heating value (calorimeter method, ultimate analysis method, etc.) are inferior in accuracy. Besides, the conventional estimation method cannot reflect the waste's inhomogenous properties or seasonal effect. Hence, this study estimated the lower heating value on the basis of relation between heat input and heat output in equilibrium state by using the law of conservation of energy and the first law of thermodynamics for industrial waste incineration facilities (57 facilities) currently in operation. In the case of self-contained boilers, the lower heating value was an average of kcal/kg (1,984-6,476 kcal/ kg), and in case of separable boilers, the lower heating value was estimated to be an average of 3,787 kcal/kg (1,621- 486 kcal/kg).

As shown in the analysis of energy recovery management policies and energy recovery rate calculation methods in Europe and Japan, it is necessary to achieve sustainable technical development and review and supplement relevant systems in Korea to maximize the thermal energy recovery rate of waste incineration facilities. By taking into account the energy (heat or power) sold in high-demand places and the energy that is independently generated and used for other processes (sludge-drying facilities, convenient facilities for local residents, etc.), it is necessary to devise criteria for a reasonable energy recovery rate. Additionally, in calculating a lower heating value of the total waste injected in an incinerator, it is necessary to review an objective and scientific lower heating-value calculation formula and calculation method that exclude policy factors following the example of the EU.