세계의 모든 나라가 화석연료를 대체하는 태양광, 풍력 등의 그린에너지 기술개발에 주력하고 있으며, 한편으로는 에너지의 효율제고 및 재생을 위하여 폐기물로부터의 자원순환을 이룩하는 폐기에너지 회수에도 많은 노력을 기울이고 있다. 그 하나의 방편이 버려지는 쓰레기에서 에너지를 회수하는 고형재생연료인 RDF(생활폐기물 고형연료 제품, Refuse Derived Fuel) 생산이다. 우리나라에서는 유일하게 강원도 원주시에서 하루 80톤을 생산하고 있으며 아직은 기술도입 초기단계에 있는 가연성폐기물의 연료화 기술이다. RDF의 특성은 불연성 성분이 제거된 일반 가연물을 분쇄하여 압출성형 가공한 펠릿형상의 고체연료로서의 열적 특성이 우수하나 화재안전 측면에서는 제조 및 취급공정에서의 일반적인 가연물 화재위험성을 가지고 있고, 저장과정에서는 축열발열에 의한 자연발화 위험성이 상존하며, 저장형태, 특히 사이로의 경우 구조특성으로 인하여 화재진압도 쉽지않다. 본 논문에서는 일본의 RDF 화재사례를 중심으로 그 화재 위험 특성과 안전대책을 고찰하고자 한다.

The quality standards of solid refuse fuel (SRF) define the values for 12 physico-chemical properties, including moisture, lower heating value, and metal compounds, according to Article 20 of the Enforcement Rules of the Act on Resource Saving and Recycling Promotion. These parameters are evaluated via various SRF Quality Test Methods, but problems related to the heavy metal content have been observed in the microwave acid digestion method. Therefore, these methods and their applicability need improvement. In this study, the appropriate testing conditions were derived by varying the parameters of microwave acid digestion, such as microwave power and pre-treatment time. The pre-treatment of SRF as a function of the microwave power revealed an incomplete decomposition of the sample at 600 W, and the heavy metal content analysis was difficult to perform under 9 mL of nitric acid and 3 mL of hydrochloric acid. The experiments with the reference materials under nitric acid at 600 W lasted 30 minutes, and 1,000 W for 20 or 30 minutes were considered optimal conditions. The results confirmed that a mixture of SRF and an acid would take about 20 minutes to reach 180 oC, requiring at least 30 minutes of pre-treatment. The accuracy was within 30% of the standard deviation, with a precision of 70 ~ 130% of the heavy metal recovery rate. By applying these conditions to SRF, the results for each condition were not significantly different and the heavy metal standards for As, Pb, Cd, and Cr were satisfied.

폐기물에너지는 폐기물을 변환시켜 연료 및 에너지를 생산하는 기술이며 고형연료제품이 이에 해당한다. 고형연료제품은 가연성 생활폐기물, 폐플라스틱, 폐타이어, 폐목재 등의 고체폐기물을 파쇄, 분리, 건조, 성형 등의 공정을 거쳐 제조한다. 고형연료제품 사용은 폐기물 발생을 최소화할 수 있고 폐기물 중 가용 자원의 재활용을 극대화 할 수 있는 장점이 있다. 하지만 고형연료제품은 소각을 통해 열에너지를 회수하므로 그 과정에서 오염물질이 발생하는 단점이 있다. 따라서 오염물질 발생을 줄이기 위해 고형연료제품의 품질기준에 적합한 제품을 사용해야 할 것이다. 고형연료제품의 품질기준 시험은 환경부고시 제 2014-135호 󰡔고형연료제품 품질 시험․분석방법󰡕을 기준으로 수행한다. 따라서 품질기준 적합성 여부를 판단하기 위해서는 고형연료제품 품질시험방법의 정확성이 요구된다. 하지만 현행 고형연료제품 품질시험방법은 국외 고형연료제품 품질시험방법과 폐기물공정시험기준을 참고하여 번역․제정하였고, 그 과정에서 국내 실정에 맞지 않거나 용어, 문장의 오류가 다수 발견되었다. 그러므로 현행 시험방법을 개선하고 오류를 수정하여 고형연료제품 품질시험방법을 개정해야 할 필요가 있다. 본 연구에서는 품질시험방법의 개정을 위해 고형연료제품 품질표시 시험기관의 의견을 수렴하였고 개정의견의 타당성은 전문가 회의, 적용성 시험을 통해 검토하였다. 적용성 시험은 고형연료제품 시료 운반 온도에 따른 성분 변화 분석, 회분시험 시료량의 변화에 따른 회분함량 분석, 마이크로파 전력 및 반응시간에 따른 고형 연료제품의 중금속 함량 변화 분석을 수행하였다.

In this study, we investigated variations in particle size distribution in the process flow from a fluff-SRF manufacturing process in Y city via particle size analysis of waste. About 110 kg of MSW was analyzed in accordance with the process flows for the analysis of the particle size distribution by separating from 300 mm to 10 mm. The first tranche of waste was crushed with a primary crusher such that 100% of particles were smaller than 200 mm. A secondary crusher was used to ensure that 90% of particles were smaller than 10 mm. The crushing function and disintegration effect resulted in waste that contained 30% particles smaller than 10 mm. The primary multistage bulk selection process separated the first non-combustibles from waste passed by the secondary crusher. It produced 19.24% non-combustibles. Secondary multistage bulk selection discharges the final set of non-combustibles from the first non-combustibles after recovering any remaining combustibles. The combustible recovery ratio was 28.24%, and the final non-combustible discharge ratio was about 71.76%. The regular and high-speed disintegrators exhibited 85% and 97% efficiency in producing waste smaller than then 50 mm, respectively. This is thought to improve the yield and quality of SRF in the context of a reasonable management plan via characteristic analysis of residues from the disintegration process.

국내 고형연료제품 제조시설은 대부분 비닐, 플라스틱 등이 주 성분인 사업장폐기물을 대상으로 운영되어왔지만, 최근 생활폐기물을 대상으로 고형연료제품을 생산하는 시설이 증가하고 있다. 생활폐기물은 사업장폐기물에 비해 물리적 조성이 불균일하고 계절별, 지역별 특성에 따라 그 성상이 다양하게 나타나기 때문에 다양한 전처리 단위공정을 통해 불연물을 최소화하고 양질의 연료를 생산하기 위한 노력을 필요로 한다. 본 연구에서는 이러한 관점에서 설치된 다양한 단위공정 중 파봉설비(1차 파쇄), 파쇄설비(2차 파쇄), 자력선별장치, 풍력선별장치에 대해 폐기물의 투입부하, 컨베이어 이송에 의한 투입속도 및 두께, 풍량 등의 변수가 단위공정에 미치는 영향에 대한 연구를 진행하고 이를 최적화하기 위한 방안을 제안하였다. 파봉설비의 경우 그 목적이 다양한 크기의 봉투체로 반입되는 폐기물의 파봉에 있는데 투입 시 폐기물의 부하량이 너무 적을 경우 단위투입량 당 파봉되지 않은 폐기물의 비율이 증가하는 것으로 확인되었으며, 입자의 크기를 작고 균일하게 하기 위한 2차 파쇄설비도 파봉설비와 마찬가지로 부하가 낮을 경우 설치목적에 부합하는 결과를 달성하기가 어려운 것으로 확인되었다. 자력선별장치는 철류 불연물을 분리하기 위한 목적으로 설치한 것인데 폐기물 이송 컨베이어의 속도가 느리고 폐기물의 두께(투입량)가 얇게 투입될수록 선별효율이 높아지는 것으로 나타났다. 풍력선별장치는 비중이 큰 폐기물을 선별하기 위한 공정인데, 일반적으로 비중이 크다는 것은 함수율이 높거나 불연물일 가능성이 높기 때문이며 결국 불연물을 분리하여 가연물의 비율을 높이면서 가연물을 최대한 회수하기 위한 목적으로 설치된 것이다. 풍력선별장치는 풍량과 폐기물 두께(투입량)에 따른 특성을 파악하기 위한 실험을 진행하였고, 풍량이 크고 투입폐기물의 두께가 얇게 투입될 수 있도록 운전하는 것이 가연물의 비율을 최대한 높일 수 있는 방법인 것으로 확인되었다. 하지만, 이러한 결과들은 해당 지역의 폐기물특성(비중, 함수율, 분리배출정도 등)에 따라 차이가 있을 수 있기 때문에 사전에 폐기물의 특성을 충분히 파악한 후에 적용해야 할 것이다.

현재 국내에서 대부분 매립 또는 소각처리하고 있는 생활폐기물 및 사업장 폐기물 중에는 발열량이 높은 플라스틱, 종이와 같은 가연성폐기물이 많이 포함되어 있음에도 불구하고 유효한 에너지자원으로 활용되지 못하는 경우가 많다. 화석연료의 대부분을 수입에 의존하고 있는 우리나라는 신재생에너지(대체에너지)의 확보가 필수적이며 여러 종류의 재생에너지 중에서 폐기물에너지가 많은 부분을 감당해야 한다. 이를 위해 환경부에서는 폐기물을 에너지로 자원화하기 위해 고형연료제품화하는 정책을 시행하고 있고 이에 따라 국내 고형연료제품 제조시설이 확대되고 있는 상황이다. 고형연료제품 제조시설은 폐기물중에서 불연물을 선별하고 적정 발열량이 나오도록 건조하여 일정 품질의 연료가 되도록 만드는 시설이다. 이러한 시설은 일본과 유럽에서 먼저 설치･가동 되어 왔으나 국내에서는 이제 도입하고 있는 상황이기 때문에 그 기술에 대한 신뢰성이 의문시되어 시범사업을 우선적으로 하였다. 그러나 설계대로 성능이 나오지 않아 기술차이, 폐기물 물성차이. 폐기물 물성 조사방법 문제, 선진외국과의 단위장치 성능차이, 설비에 대한 투자비 문제 등 그 원인에 대한 다양한 논란이 제기되어 왔다. 보통 시설을 설계하려면 물질수지를 세워야 하고 물질수지를 세우기 위해서는 설치하고자 하는 시설특성에 맞게 폐기물에 대한 물성을 파악해야 한다. 그렇기 때문에 가장 먼저 해야 할 것이 폐기물 물성을 파악하고 이를 근거로 물질수지를 세워 설계하여야 하고 이러한 과정이 적합하다면 설치 후 목표로 하는 성능이 나와야 되는 것이다. 그러나 그 성능에 많은 논란이 되고 있는 상황에서 향후 고형연료제품 제조시설에 대한 설계기술을 선진화하기 위해서는 현재 운영되고 있는 시설에 대한 설계상의 물질수지와 운영상에 파악된 물질수지를 비교･분석하여 그 차이에 대한 원인를 파악하고 필요시 설계인자를 적용할 수 있어야 한다. 따라서 본 연구는 현재 운영되고 있는 고형연료제품 제조시설에 대한 물질수지를 세우는 방법론을 제시하는 것이 목적이다. 물질수지가 세워지면 각 단위장치의 특성에 따라 폐기물의 흐름 특성과 효율을 평가할 수 있고 또한 초기설계와 다르게 나오는 원인을 파악할 수 있으면 폐기물 물성자료와 실제 설계시 고려해야 할 인자를 유추할 수 있을 것이다.