최근 선진국을 중심으로 자원고갈 및 기후변화에 대응하기 위하여 신재생에너지의 개발 및 생산에 많은 노력을 기울이고 있으며, 특히 폐자원으로 에너지를 확보하기 위한 정책을 적극적으로 추진하고 있다. 국내에서도 폐자원의 자원순환형사회 구축을 위해 폐자원의 에너지화를 위한 폐기물 연료화 시설(MBT, Mechanical Biological Treatment)을 설치하여 고형연료 즉, SRF(Solid Refuse Fuels)를 생산하기 위한 시설의 도입을 적극추진하고 있다. 유럽에서는 1990년부터 최근까지 300여개소의 MBT 시설이 설치 운영 중에 있으며, 초기에는 폐기물의 매립량 최소화 또는 매립지의 환경부하를 절감하기 위한 방법에서, 최근에는 SRF 생산 또는 에너지 회수가 주목적이 되고 있다. 국내에도 2015년 현재 수도권매립지 등 약 20여개의 생활폐기물 연료화 시설이 가동 및 계획 중에 있으나, 생물학적 처리공정(BT, Biological Treatment)이 결여된 MT(Mechanical Treatment) 위주의 공정으로 인해 고형연료로 회수할 수 있 수 있는 가연성물질의 상당부분이 잔재물로 배출되어 매립 또는 소각처리 되고 있다. 이에 본 연구에서는 국내 운영되고 있는 생활폐기물 연료화 시설을 대상으로하여 고형연료로 회수되지 못하고 배출되는 잔재물에 대한 공업분석, 원소분석, 발열량 등의 특성을 분석하여, 향후 이를 고형연료로 회수하는 공정을 개발하기 위한 자료로 활용하고자 한다.

Hydrothermal Carbonization(이하 HTC), 열수탄화공정은 가수분해(加水分解)를 통해 유기성 폐자원을 에너지화 하는 기술로 함수율에 관계없이 다양한 재료에 적용할 수 있으며, 고위발열량 6,000kcal/kg 이상의 고효율의 고형연료를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 본 연구에서는 0.1ton bench scale HTC 반응기를 이용하여 1) S매립지에 반입되는 건설폐목재를 활용하여 고열량 고형연료를 생산하고, 고형연료의 특성을 분석하였으며, 2) 고함수 유기성폐기물인 감귤박을 이용한 고형연료 생산 및 그 특성 분석을 수행하였다. 본 연구는 0.1ton 규모의 열수탄화(HTC) 회분식반응기를 이용하였다. 저함수율의 폐목재는 매립지로 반입되는 건설폐목재를 1 cm 미만으로 파쇄하여 사용하였다. 0.1ton 반응기에 목재 10kg, 용매(물) 50kg을 투입한 후폐쇄조건 상에서 가열을 진행하였다. HTC공정은 반응온도 260℃, 반응시간 1시간으로 운전되었다. 고함수 유기성폐기물인 감귤박은 제주도개발공사 감귤가공공장으로부터 제공 받아 고형연료 제조에 활용하였다. 감귤박의 경우, 분쇄나 별도의 용매(물) 투입 등의 전처리 없이 감귤박 원료만을 60kg 투입하여, 240℃, 반응시간 1시간으로 운전하였다. 실험결과, 건설페목재의 경우 원재료의 발열량은 고위발열량으로 약 4,340kcal/kg이었으나 열수탄화 후 약 6,920kcal/kg으로 증가하였다. 고함수 원료인 감귤박의 경우 고위발열량 약 4,360kcal/kg에서 열수탄화 후 고위발열량 약 6,690kcal/kg으로 증가하였다. 고정탄소율 역시 건설폐목재 고형연료와 감귤박 고형연료에서 각각 40.5%, 32.3%로 고열량 양질의 고형연료로 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.

Development and performance evaluation of the hydrogen generator by autothermal reforming process for emergency PEM fuel cell using methanol from process waste were carried out. Supply of gaseous hydrogen has been a technical barrier for its wide application. As a result, conventional reformer has either a separate heat source such as a catalytic combustor or a parallel process in the same reactor to generate heat. The later device is called ATR (Autothermal reforming). Typical product gas of ATR still contains a large amount of carbon monoxide that poisons electro-catalyst of the MEA. In the present study, we used the decomposition of hydrogen peroxide as a parallel exothermic reaction in the same reactor as the reformer. The decomposition of hydrogen peroxide releases water vapor and gaseous oxygen with enormous heat. The heat sustains the reforming reaction and the oxygen is used to recombine the carbon monoxide by oxidation. By parametric study, at the condition of 200oC and the rate of methanol to 40% of hydrogen peroxide is 4 to 1, the Carbon monoxide contents are reduced by less than 800 ppm. Using the present concept we could reduce the concentration of carbon monoxide in the product gas of the reformer by more than 80%. At that carbon monoxide contents, we can be possible to load the methanol-hydrogen peroxide ATR system without any devices.

This objectives of research are to figure out combustion characteristics with increasing temperature with petrochemical sludge by adding wasted organic matters which are waste electric wire, anthracite coal and sawdust, and to exam heating value and ignition temperature for using refused derived fuels(RDFs). After analyzing TGA/DTG, petrochemical sludge shows a rapid weight reduction by vaporing of inner moisture after 170℃. Gross weight reduction rate, ignition temperature and combustion rates represent 68.6%, 221.9℃ and 54.1%, respectively. In order to assess the validity of the RDFs, the petrochemical sludge by adding wasted organic matters which are waste electric wire, anthracite coal and waste sawdust. The materials are mixed with 7:3(petrochemical sludge : organic matters)(wt%), and it analyzes after below 10% of moisture content. The ignition temperatures and combustion rates of the waste electric wire, anthracite coal and waste sawdust are 410. 6℃, 596.1℃ and 284.1℃, and 85.6%, 30.7% and 88.8% respectively. In heating values, petrochemical sludge is 3,600 kcal/kg. And the heating values of mixed sludge (adding 30% of the waste electric wire, anthracite coal and waste sawdust) each increase up to 4,600 kcal/kg, 4,100 kcal/kg and 4,300 kcal/kg. It improves the ignition temperatures and combustion rates by mixing petrochemical sludge and organic matters. It is considered that the production of RDFs is sufficiently possible by using of petrochemical sludge by mixing wasted organic matters.

최근 고유가 시대를 맞아 신재생 에너지확보가 필요한 시점에 가연성 폐기물로부터 고형연료제품을 생산하여 대체연료로 활용하는 방안이 부상되고 있다. 폐기물을 에너지화하여 온실가스의 배출을 감소시키고, 온실가스 배출 감축량(CERs) 확보를 통한 국가 경쟁력을 높일 수 있다. 현 시점을 토대로 본 연구의 목적은 D군에서 발생되는 사업장 생활계폐기물의 질적 특성, 배출량 및 처리방법 등을 파악함으로써, 합리적인 폐기물 처리시설을 계획하기 위한 기초자료를 확보하는데 목적이 있다. 본 조사의 대상지역은 주거형태, 생활수준 그리고 당진군 사업장 생활폐기물 발생특성을 고려하여 도심 주거지역(공동주택1,2, 단독주택), 상업지역, 업무지역 등 대표성을 띠는 총 5개의 지역으로 나누었다. 본 조사에서 삼성분 분석결과, 함수율의 경우 공동주택지역 20.78%, 단독주택 19.58%, 상가지역 21.57%, 업무지역 12.66%으로 조사되었으며, 상가지역이 조금 높게, 업무지역에서 낮게 나타났다. 가연분 결과는 공동주택 53.58%, 단독주택 53.22%, 상가지역 50.55%, 업무지역 58.32%로 조사되었다. 회분조사 결과에는 공동주택 25.64%, 단독주택 27.20%, 상가지역 27.88%, 업무지역 29.02%로 나타났다. 4개 조사지점 평균 삼성분 함량은 함수율 18.65%, 가연분 53.92%, 회분 27.43%로 조사되었다. 발열량 분석결과, 고위발열량의 경우 공동주택 폐기물에서 4312.66kcal/kg, 단독주택 폐기물에서 2907.37 kcal/kg, 상가지역 폐기물에서 3554.10kcal/kg, 업무지역 폐기물에서 4477.81kcal/kg로 조사되었다. 저위발열량의 경우 공동주택폐기물에서 3675.31kcal/kg, 단독주택 폐기물에서 2643.32kcal/kg, 상가지역 폐기물에서 3554.10kcal/kg, 업무지역 폐기물에서 4108.32kcal/kg로 조사되었다. 4개 조사지점에서의 평균 고위발열량은 4015.27kcal/kg, 저위발열량은 4108.32kcal/kg으로 조사되었다. 입도분석 결과, 30mm이하인 폐기물은 전체의 평균 7.18%, 30~50mm은 16.06%, 50~80mm은 37.62%, 80~100mm은 16.92%, 100~200mm은 20.86%, 200mm 이상은 1.36%로 조사되었다. 5지역 모두 가장 많은 입도분포를 나타내는 부분은 50~80mm이고, 가장 적은 분포는 200mm이상에서 조사되었다. 평균 발열량은 환경부에서 지정한 고형연료제품의 등급기준 3,500~4,500kcal/kg인 4등급에 포함이 될 수 있는 수치를 보였다. 연료로의 기준치(6,000kcal/kg)의 및 석탄과 유사한 발열량을 보이기에는 부족한 점이 있어 발열량을 높일 수 있는 부분은 혼재하여 사용해야 할 것으로 사료되며, 입도분석의 결과 개괄적인 특성을 토대로 고형연료로서의 기준에 맞게 파쇄하여 성형을 해야 할 것으로 사료된다. 본 연구를 통해 폐기물 고형연료(RDF)의 제작에 있어 기초자료로 사용될 수 있을 것이라 사료된다.

전 세계적으로 경제활동이 증가함에 따라 자원과 에너지 소비가 확대되면서, 유가 급등과 같은 자원 위기와 기후변화로 대표되는 환경위기를 동시에 겪고 있다. 이에 따라 석유나 석탄과 같은 1차 에너지를 대체할 수 있는 신･재생에너지를 확대 생산･보급함으로써 에너지의 수입 의존율을 줄여나갈 실질적인 방안 마련이 진행되고 있다. 여러 종류의 신･재생 에너지 중에서 특히 폐기물의 에너지화는 화석연료를 대체하고 온실가스 발생을 줄임으로써 지구온난화로 인한 기후변화에 대응할 수 있는 유력한 수단으로 평가받고 있다. SRF(Solid Refised Fuel)란 생활폐기물에서 폐합성수지류, 폐종이류, 폐목재류 등과 같은 가연성 고체폐기물을 원료로 하여 수분과 불연성분을 제거하고 분쇄, 분리, 선별, 건조, 성형 등의 가공 공정을 거쳐서 제조되는 고형연료이다. 현재 대전광역시의 생활폐기물 배출량은 1,469ton/일(2012년 기준)로 그 중 약 66.5%는 재활용이 되고 있다. 그리고 2017년 자원순환단지 설립을 계획하고 있으며 폐기물의 재활용을 넘어 에너지 회수, 효율적 자원순환 체계 구축이라는 전략을 내세우고 있다. 본 연구는 신규로 조성될 대전광역시 자원순환단지와 연계하여 대전광역시 생활폐기물의 에너지화에 대한 잠재량을 산정하고 이에 따른 활용방안을 모색하는 것을 목표로 하고 있다. 연구결과, 대전시 생활폐기물의 저위발열량은 3,870~3,894kcal/kg 였으며, 고위발열량은 4,417~4,441kcal로 나타났고 에너지 잠재량은 연간 33,900 TOE을 상회할 것으로 예측되었다.

This paper examined energy consumption distribution by process and energy production-effect of MBT facilities inKorea. Generally, facilities that use fossil fuels for drying consumed energy about 70~80% in drying and exhaust gasestreatment process and energy distribution was heavily affected a position of drying and a kind of fuel. Energy production-effect by the ratio of input-energy to output-energy ranged from 4.54 to 9.60, however, if generation efficiency is reflected,it was standardized to low levels from 3.10~3.77. So we were able to confirm that the superiority of energy production-effect between facilities is not considerable.

In this study, the waste gasification gas was co-fired with LNG and water electrolysis gas (or stoichiometrically well-mixed hydrogen oxygen gas) in order to see the change of flame characteristics compared to the standard case of wellknown LNG flame. In detail, a numerical study was made to figure out the fundamental combustion characteristics ofthe waste produced gas blended LNG or hydrogen-oxygen mixture gas flame in an existing industrial LNG combustor.As a preliminary study, the mixture of 70% synthetic gas blended with 30% LNG or hydrogen-oxygen mixture gas wascompared with pure LNG fuel with maintaining the same total input of heating value. Especially, the reason to includethe hydrogen-oxygen mixture gas, that is, the mixture of H2 and 1/2 O2, as a fuel is following:the hydrogen-oxygenmixture gas has a rather high heating value since it does not need air as oxidizer, which consists of 79% N2 as inertmaterial. The result shows that the case of mixture fuel with LNG exhibits more broadening flame shape than the 100%LNG flame. Further, it is observed that there is a phenomenon like a disappearance of CTRZ (Central ToroidalRecirculation Zone) and flame extinction showing partial lift-off of flame around strong swirl flow near burner. This kindof observation appeared in the case of blended fuel mixture is considered probably due to the increased effect of velocityand turbulence stress caused by the mass increase by the addition of low calorific fuel. However, the case of mixturefuel with hydrogen-oxygen mixture gas and water vapor does not show any flame instability phenomenon due to increasedflow rate as in LNG case.

In this study, PCBs and PAHs in waste oils and liquid fuel waste were analyzed. About 48 samples were collectedand analyed, for hazardous substances such as PCBs, PAHs by GC/ECD and GC/MSD. According to the analysis, seventypes of PCBs concentration was found in the range of 0.13~220.77mg/kg. The highest concentration level was foundin waste insulating and heat transmission oils (EWC 13 03 08), as 220.77mg/kg. Comparing the level of PCBs to othercountries, PCB concentration in this study was lower than that of China but higher than Japan. PAHs concentration wasin the range of ND~1,380.0mg/kg for Naphthalene, ND~1,570.0mg/kg for Phenanthrene, ND~321.2mg/kg forAnthracene, ND~44.1mg/kg for Benzo[a]pyrene, ND~80.8mg/kg for Fluoranthene, ND~14.3mg/kg for Benzo[a]anthracene and ND~8.7mg/kg for Benzo[b]fluoranthene. The concentration 7 PAH in the waste oil showed the orderof Automotive oil>Hydraulic oil>Cutting oil>Machine oil. The Benzo(a)pyrene which is known as high carcinogeniccompound was detected with low concentration. Compared to other waste from other countries, the concentration of thisstudy is higher than that of Japan and lower than that of China. The PAHs concentration was lower than Automotiveoil, Hydraulic oil, Cutting oil, Machine oil, in Spain.

국내 생활폐기물 가연성연료화사업은 시범사업의 단계를 지나 폐기물사업의 중요한 축으로 자리잡고 있다. 본 공정은 그동안 국내에 주로 적용되오던 MT(Mechanical pre-Treatment)공정의 고질적인 문제인 미파쇄 물질로 인한 SRF 수율저하, 발열량감소, 함수율 증가 등 주요문제점을 선행 사업의 문제점을 검토하고 이에 대한 대안 공정을 제시하고자 한다. 본 연구는 실제 적용한 공정을 계획하면서 그동안 타 SRF 시설의 문제점을 파악하고 이에대한 대비책을 검토하였다. 파쇄기는 기존의 200mm 이하의 파쇄물질의 문제점인 끈, 비닐류, 기져기류 등 미파쇄 물질로 인하여 후속 공정인 트롬멜 스크린, 발리스틱 등에서 나타나는 문제점을 해소하고자 새로운 Cutting 형식의 파쇄기를 도입하였다. 반입물질의 성상차이에서 오는 여러 가지 문제점을 해소하고자 공정구성을 최대한 간단하게 하였으며 이에 따라 가연성물질이 유실되어 생산수율이 낮아지는 문제점을 보완하였다. 후단에 건조기를 배치하여 계절별차이에서 발생하는 고함수율 폐기물 반입시를 대비하였다. 3단 풍력선별기를 건조기 전단에 배치하여 경량물은 미건조하고 함수율이 높은 중간물만 선별하여 건조기에서 처리하도록 공정구성하여 건조대상 물질의 양을 최소화하여 효율적인 연료사용이 가능하도록 구성하였다. 기대되는 SRF 수율은 반입폐기물 함수율이 40% 이상되는 저질반입시에도 55% 이상 SRF수율이 확보되도록 계획하고 있으며, 시범사업시 문제가 발생된 배기가스 중 CO에 대해서도 대처가능하록 공정구성하였다.

폐기물의 에너지화는 경제, 산업, 공공정책 등 국가적으로 다양한 분야에 상당한 관심이 집중되어 있는 분야이다. 폐자원 에너지화 기술은 현재는 소각과 퇴비화에서 점차 소각+에너지회수, 가스화, RDF/RPF 등 고형연료화, 바이오 가스화 등으로 변화하고 있다. 그중 폐기물 가스화 기술은 폐기물을 이용한 다양한 에너지원으로 자원화 하는 기술로서 가스화를 통해 생산된 합성가스를 이용하는 산업과 밀접한 연관성을 갖고 있다. 가스화 공정은 석탄, 중질 잔사유, 석유코크스, 바이오매스, 폐기물 등의 탄소를 함유하는 모든 물질에서 H2와 CO의 합성가스를 생성하는 공정이다. 본 연구에서는 폐기물 가스화를 통하여 얻어진 합성가스를 기존의 LNG 연소로에 혼소하여 연소특성을 연구하고자 한다. 가스화 연료를 생산하여도 수요처가 없다면 경제성이 떨어지는 것에 착안하여 기존에 LNG 연료를 사용하는 연소로에 일부를 혼소시켜 열유동의 안정성도 어느 정도 확보하면서 상대적으로 가격이 저렴한 합성연료를 사용함으로써 연료비를 절감하는데 일조하고자 한다. 연구결과를 살펴보면 폐기물 가스화 합성연료를 사용함에 따라 전반적인 연소성능은 유사한 경향을 보였으나 화염의 형태가 ‘intensive’ 한 형상에서 좀 더 ‘broadening’ 해진 형상으로 전이되어 감을 확인하였다. 또한 LNG 연소로의 swirl버너에서 관찰되던 중앙재순환 영역(CTRZ:Central Toroidal Recirculation Zone)의 소멸과 화염의 부분적인 lift-off 현상이 관찰되었다. 그러나 전반적인 연소성능은 유사한 형태를 나타내어 향후 버너부근의 혼합강화를 위하여 운전조건을 변화시켜 연구를 지속적으로 수행한다면 LNG에 비해 상대적으로 발열량이 낮고 주입량이 많은 합성연료의 불리한 점을 충분히 보완할 수 있을 것으로 판단된다.

Mechanically pre-treated combustible waste was carbonized at 350 ~ 500oC. In order to determine the optimum carbonization temperature of the produced material, the energy yield, fixed carbon rate, fuel ratio, combustibility index, and characteristics of the coal band were studied. The sample (C425) carbonized at 425oC turned out to be the ideal one in terms of the energy yield and fuel characteristics. Grinding and washing were used for dechlorination of C425. Of these two methods, particle diameter of less than 0.125 mm and washing within two turns displayed chlorine concentration of 0.3%. These results not only satisfied the recommended standard for coal and mixed fuel (0.5wt.%) but also the quality standard for solid fuel (2.0wt.%). In conclusion, carbonization of combustible waste materials resulted in fuel characteristics similar to those of coal, indicating that this process allows for the production of solid fuel with low chlorine content.

Solid wastes are among the most pressing environmental and resource concerns in Korea. The Korean government has been implementing various management alternatives to reduce the production of solid wastes and recover valuable resources from them. Refuse-derived fuel (RDF) manufacturing facilities are one of projects that aim at recovering energy from solid wastes. This study used the emergy evaluation procedure to assess the feasibility of an RDF manufacturing facility in Wonju, Korea. By converting 10,442.6 tons of combustible solid wastes into 5,801 tons of solid fuel in 2007, this facility prevented the loss of useful resources with an emergy quantity of 3.70 × 1019 sej/yr. This amounted to a potential worth of 7.04 billion emW/yr. Total emergy input required to produce 5,801 tons of RDF was 5.91 × 1019 sej/ yr with an emvalue of 11.3 billion emW/yr. The Wonju RDF manufacturing facility contributed more to the Korean economy beyond its investment cost as revealed by the emergy yield ratio of 2.67. Direct emergy benefits and costs of the RDF facility were calculated as 1.20 × 1010 emW/yr and 3.31 × 109 emW/yr, respectively, resulting in the net emergy benefit/cost ratio of 2.62. This indicates that the RDF facility was a feasible option for managing solid wastes for the city of Wonju in Korea. This study demonstrated the usefulness of the emergy concept and methodology in evaluating management alternatives for solid wastes in Korea.

The waste treatment cost and energy production benefit of Wonju city RDF plant, the first RDF manufacturing plant in Korea, were investigated in this study. All plant operation data, like total weight of received wastes, produced RDF and separated rejects in processes have been fully recorded for mass balance calculation of the plant. Also all consumed oil and electricity have been recorded for energy balance calculation. The results showed that the waste treatment cost not included the RDF sales price of 25,000 won/ton-RDF was 139,316 won/ton-MSW and it went down to 128,640 won when included the RDF price in 2011. Produced RDF was 42.7% of total received waste in weight. Three components analysis by mass balance calculation of total received waste showed that Wonju city's MSW was 34.0% of combustible, 35.0% of water and 31% of incombustible respectively. Energy effect was found that total amount of produced energy was about 4 times more than that of consumed energy. Analysis data for 5 years since 2007 were summarized and shown in this study.