생활계에서 배출되는 폐기물은 주로 소각처리 또는 소각처리 후 매립 등의 방법이 주로 사용되고 있으며, 소각 또는 매립처리의 경우 2차 환경오염을 유발하는 등의 환경영향을 주는 것으로 보고되고 있다. 생활계에서 발생하는 폐기물의 소각 및 매립처리 등으로 인하여 발생하는 2차 환경오염 문제를 해결하기 위하여 다양한 방법의 적정처리 기술에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 국내의 경우 10여년 전부터 생활계 폐기물 중 다량으로 함유되어 있는 가연성 폐기물을 최대한 선별/회수하여 재활용하기 위한 생활계 폐기물 전처리 기술이 도입되어 현재 국내에서 약 20여기가 가동 중에 있다. 대부분의 생활계 폐기물 전처리 설비는 가연성 폐기물을 기계적 선별, 건조 공정 및 성형공정을 통하여 에너지를 생산하고 있으며, 반입되는 폐기물의 성상 특히, 수분함량의 영향으로 일부 시설의 경우 운영상에 문제점을 야기시키는 실정이다. 본 연구에서는 국내에서 운영되고 있는 생활계 폐기물 전처리 시설 중 성형 고형연료(SRF)를 생산하는 대표적인 폐기물 종합처리시설을 선정하여 운영 현황 등을 분석하였다. 폐기물 종합처리시설의 운영 현황 등의 분석을 통하여 성형 고형연료(SRF) 생산시설에서 발생할 수 있는 문제점 등을 파악하고, 보다 효율적인 처리시설의 운영 및 고형연료(SRF)의 생산을 위한 개선 방향을 모색하여 향후 생활계 폐기물 종합처리시설의 설치 및 운영 등에 자료로 활용하고자 한다.

최근 산업발전에 따른 폐기물의 발생량과 재활용되지 못하고 매립되는 폐기물이 증가하고 있다. 우리나라는 국토환경의 제약에 따라 매년 증가하는 폐기물에 대해 “미처리폐기물의 매립제로화를 주요과제로 추진하고 있다. 또한 2035년까지 재활용가능 폐기물의 직매립을 금지하고, 에너지 회수를 통한 온실가스 감축과 매립처분율 1% 이하의 정책목표를 달성하고자 한다. 본 연구는 고형연료화 시설에서 발생하는 잔재물의 매립최소화를 위한 연구로, 고형연료의 생산수율 향상과 발생 잔재물에 대한 효율적 관리를 위해 4개 사업장의 생활폐기물 고형연료시설 잔재물에 대한 국내･외 평가항목과 적정 관리 기준을 알아보고자 하였다. 우리나라는 현장적용 및 측정분석의 용이함과 데이터의 신뢰도 및 재현성을 고려할 때 생물학적 지표보다 화학적 지표로 발열량과 탄소(C)함량의 기준이 적절할 것으로 판단되며, 적용기준의 수준은 유럽연합과 유사한 정도에서 우선적으로 검토하여야 할 것으로 판단되었다. 또한 보다 편리한 시험방법의 적용이 필요한 경우 삼성분 분석에 따른 가연성분(VS)의 함량기준을 활용할 수 있을 것으로 판단되었고, 생물기원 물질 (바이오매스) 함량의 지표로 용해선별법(SDM)시험방법도 아울러 검토하였다.

우리들의 일상생활에서 배출하는 쓰레기와 공장 등의 생산활동에 수반하여 발생하는 폐기물은 위생적인 환경을 유지하도록 최종처분 량 삭감을 목표로 하고 또한 환경에 대하여 유해한 영향이 미치지 않도록 처리가 요구되고 있다. 현재 주요 폐기물 처리기술인 소각이 완전산화 형 소각으로 감량과 열 이용을 목표로 하는데 반하여, 가스화는 열분해라는 다양한 이용가능성이 있는 가스를 빼내는 기술이다. 이때 얻어진 가스는 에너지로 이용하게 되지만 가스화만 으로는 이용 폭이 좁아 석유정제처럼 개질(reforming)을 하여 용도에 따라 유용한 가스로 변환･정제할 필요가 있다. 그런 까닭에 본 보고에서는 어떠한 방법으로 폐기물계 바이오매스로부터 유용한 성분을 효율적으로 빼 낼 것인가 혹은 그 반대로 불필요하고 지장이 되는 물질의 생성을 어떻게 억제할 것인가에 역점을 두었다. 그리고 가능한 한 저온에서 처리함으로써 에너지소비를 최대한 억제 할 필요가 있는데, 그것은 촉매이용이 가장 유효한 것으로 파악되고 있다.

국제유가는 전반적으로 감소하는 추세로 나타나고 있으나 향후 지속적인 상승이 예상되어 신재생에너지 등 대체 에너지에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또한 국내에서는 자원소비형 성장 사회에서 Zero-Waste 자원순환사회로의 변화를 추구하여 폐기물 정책을 기존 3R(Reduce, Reuse, Recycle)에 Recovery를 포함하여 4R 정책을 제시하였으며 신재생에너지 확보 및 자원순환에 대해 권장하고 있다. 이에 충청권EIP사업단에서 추진하는 본 과제에서는 가연성 및 생분해성 폐기물을 활용한 지역사회 및 산업단지 입주기업으로 스팀을 공급하여 화석연료 사용 절감 및 이산화탄소 발생 저감을 수행하며 폐자원의 이용으로 에너지순환 네트워크 구축을 목적으로 한다. 본 과제에서는 기존 지역 내 자원순환시설에서 발생하는 폐열을 수열 받아 인근 지역 및 기업에 지역난방을 공급하고 있었으며 현재 지역 내 자원순환단지의 조성과 더불어 발생하는 폐열 및 바이오가스를 수열하여 지역사회와 산업단지 간 에너지 네트워크 구축을 통하여 추가적인 수요처 발굴을 통해 스팀을 공급하여 저렴한 에너지원을 공급할 수 있다. 본 과제를 통한 환경적 기대효과는 화석연료 15,667TOE/년, CO2 약 50,000톤/년 이상의 저감효과를 나타낼 것으로 예상되었으며 이로 인하여 폐기물에 대한 에너지화를 수행할 수 있다.

폐기물 에너지는 사업장 또는 가정에서 발생되는 가연성 폐기물을 가공처리하여 얻어지는 고체, 액체, 기체 형태의 연료와 이를 연소 또는 변환시켜서 발생되는 열, 온수, 증기, 전기 등과 같은 에너지를 의미하는데, 대부분의 폐기물에너지는 고형연료 및 소각에 의한 열, 온수 증기의 형태로 얻어진다. 이는 폐기물이라는 연료로서의 불균일성, 가공제품의 품질관리의 어려움에 기인된다. 한편 폐기물은 발생처가 널리 분포되어 있어 수집에 어려움과 지역 이기주의로 인해 발생처 처리가 최적 방법이다. 또한 에너지 자립섬 사업 및 분산형 발전에 연료로서 가연성폐기물의 사용 가능성이 대두되고 있다. 본 연구에서는 전원망이 구축되지 못한 섬지역이나 개도국의 마을단위 또는 산업체에서 독립적으로 운영이 가능한 폐기물 발전 시스템의 개발이 주목적이었으며, 고정층 가스화 반응기 및 가스엔진을 채택 module화하였으며, 반응기 운전을 통해, 가스화 반응기 내부가 4개의 반응zone(Combustion, gasification, pyrolysis, drying)으로 운전될 때, 가스엔진 구동이 가능한 합성 가스가 생성되며, 반응 Zone의 형태 유지 방법에 따라 합성가스 조성이 달라진다. 휘발분이 10%이상 되는 목질계 바이오매스를 공기로 가스화 하였을 경우 1,200kcal/Nm3의 발열량을 갖는 합성가스를 생성할 수 있었으며, 가스엔진 구동에 의한 분산 발전 설비로의 이용이 가능하다. 또한 본 기술 개발에서 채택된 metal foam 촉매를 이용한 tar 제거 시스템은 합성가스의 가스엔진 구동을 가능하게 하여 30%정도의 효율을 나타냈다. 이러한 합성가스 엔진 발전 시스템은 가연성 폐기물로부터 분산형 발전 시스템에 적용 가능한 발전 방식임을 확인되었다.

The present research examined the technological trends in optimizing the gasification of waste. Generally, when the percentage of impurities in waste is high, the energy density is low. High-temperature and high-pressure steam is difficult to obtain during energy recovery in incineration. Therefore, the energy recovery rate is low. However, if reaction conditions were optimized in gasification technology, it would be possible to produce synthetic gas with a high percentage of CO and H2. With regard to synthetic gas, there are many different types of energy recovery (steam turbines, gas turbines, gas engines) other than incineration, and it is possible to improve the recovery ratio through gas cleaning. Technologies that have the potential to optimize gasification in each phase were studied. With regard to domestic industry, optimization technology should be applied when planning and operating waste gasification.

전세계적인 화석연료의 가격 급등, 기후변화협약에 따른 온실가스 감축 대응 필요성 및 신재생에너지 보급목표율 달성 등을 위해서 국가적으로 폐자원 및 바이오매스의 에너지화 정책을 적극적으로 추진 중에 있다. 또한 산업계에서는 신재생에너지 공급의무화제도인 RPS에 관련업체들이 효과적으로 대응해야할 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 국내 미분탄 화력발전소의 경우 현재 석탄을 단일시료로 사용하고 있으나, 향후 신재생에너지 보급 목표율 달성을 위해서는 기존 화석연료에 폐자원 및 바이오매스를 일정량 혼소하여 사용해야 할 필요성이 대두되고 있다. 그러나, 국내의 경우 대표적인 열전환공정인 미분탄 화력발전소 및 유동층 연소로 등에서 석탄과 폐자원 및 바이오매스의 혼소경험이 부족한 실정이기 때문에, 관련 시설에서 혼소가 지속적으로 진행될 경우에 사용하고 있는 연료의 성상 차이 등으로 인해 발생할 수 있는 회분 응집 현상 등 운전장애 요인을 미리 파악하여 대처할 필요성이 있다. 미분탄 화력발전소 및 유동층 연소로 등을 장기간 운전할시 빈번하게 일어나는 문제점 중의 하나는 사용연료의 연소 및/또는 가스화시 고온에서 회분의 용융으로 인하여 발생될 수 있는 회분의 응집 현상이다. 사용연료 회분의 대표적인 응집현상은 미분탄 연소로에서 각각 연소로의 복사면 및 대류전달면에서 주로 발생되는 슬래깅(slagging)과 화울링(fouling), 유동층 연소로에서의 회분 응집(agglomeration) 등이다. 연소로에서 이러한 현상이 발생되면 공정의 효율을 감소시키는 주요 원인이 되고 있을 뿐만 아니라, 궁극적으로 이와 같은 현상이 심화되면 조업을 중단해야 하고, 이로 인해서 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다. 회분의 응집현상은 일반적으로 회분 조성, 온도, 입도, 가스분위기, 조업조건 등에 의해서 영향을 받게 되며, 특히 고온에서 회분의 일부가 용융이 되면 이와 같은 현상이 가속화 된다. 따라서 본 연구에서는 석탄 및 가연성폐기물의 혼소에 의한 회분의 영향을 파악하기 위해서, 고온현미경(heating microscope)을 사용하여 각 시료 회분의 온도변화에 따른 용융형상 변화를 측정하였다. 석탄 및 가연성폐기물 회분이 일정 비율로 혼합된 실험용 시료는 100 mesh 이하로 분쇄한 후 몰드를 사용하여 원통형 펠렛으로 제조하였다. 이때 용융온도는 ISO 540을 기준으로 IDT, ST, HT, FT의 4단계로 구분하였으며, 각 단계의 온도는 시료의 높이가 변형되는 형상을 관찰하여 결정한다.

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.

In this study, a gasification process has been investigated systematically by numerical method, in order to obtain design and operational concept for the gasification of RPF. A commercial scale of the facility of up-draft fixed bed gasifier was considered with the ignition by plasma torch. Turbulent reacting flow was calculated with the incorporation of the appropriate flow model for the turbulence in free space and inertial resistance for the porous region of waste loading. Further a detailed thermochemical model was employed for estimating the syngas composition by gasification. This study, focused on the S/C (steam/carbon mole ratio) and ER (Equivalence ratio) to show effective gasification process. Results show that better solution of the combined combustion and gasification process strongly and in a delicate manner depends on both equivalence ratio (ER) and steam and carbon mole ratio (S/C). This optimization of the gasifier is evaluated for the following ER (0.25, 0.35, 0.45), S/C (0.0, 2.2, 3). In this study, the gasification efficiency is the best at ER 0.35 and S/C 2.2.