This study examined the potentials for greenhouse gas reduction by material recovery and energy recovery from municipal solid waste between 2017 and 2026 in Daejeon Metropolitan City (DMC), which is trying to establish a material-cycle society by constructing a waste-to-energy town by 2018. The town consists of energy recovery facilities such as a mechanical treatment facility for fluff-type solid refuse fuel (SRF) with a power generation plant and anaerobic digestion of food waste for biogas recovery. Such recycling and waste-to-energy facilities will not only reduce GHGs, but will also substitute raw materials for energy consumption. The emissions and reduction rate of GHGs from MSW management options were calculated by the IPCC guideline and EU Prognos method. This study found that in DMC, the decrease of the amount of MSW landfilled and the increase of recycling and waste-to-energy flow reduced GHGs emissions from 167,332 tonCO2 eq/yr in 2017 to 123,123 tonCO2 eq/yr in 2026. Material recycling had the highest rate of GHG reduction (-228,561 tonCO2 eq/yr in 2026), followed by the solid refuse fuels (-29,146 tonCO2 eq/yr in 2026) and biogas treatment of food waste (-3,421 tonCO2 eq/yr in 2026). This study also shows that net GHG emission was found to be -30,505 tonCO2 eq in 2017 and -105,428 tonCO2 eq, indicating a great and positive impact on future CO2 emission. Improved MSW management with increased recycling and energy recovery of material waste streams can positively contribute to GHGs reduction and energy savings. The results of this study would help waste management decision-makers clarify the effectiveness of recycling MSW, and their corresponding energy recovery potentials, as well as to understand GHG reduction by the conversion.

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.

2005년부터 음식물류폐기물의 직매립이 금지됨에 따라 이에 따른 처리수단으로 자원화(민간 사료화, 공공퇴비화 위주)시설을 많이 설치하여 운영하였다. 하지만 음식물류폐기물을 이용하여 생산된 사료와 퇴비에 대한 사용자들의 부정적인 인식으로, 생산된 부산물이 다시 폐기물로 되는 악순환이 지속되어 왔다. 또한 런던협약에 의해서 2012, 2013, 2014년에 하수슬러지, 음폐수, 축산분뇨 및 하수슬러지 등 유기성폐기물의 해양배출이 금지됨에 따라 고농도의 유기물을 육상에서 처리해야 했기 때문에 부수적으로 바이오가스를 얻을 수 있는 혐기성 소화에 많은 관심을 갖게 되었다. 그러나 많은 지자체에서 혐기성 소화의 이해와 운전기술의 부족으로 시설 운영에 실패 또는 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이러한 문제를 해결하기 위해서, 음식물류폐기물과 음폐수의 혼합소화 운전을 하고 있는 대전광역시 내 바이오 에너지화 시설의 혐기성 소화 효율을 실험적으로 분석하고 향후 유기성폐기물의 혐기소화를 이용한 처리 가능성을 살펴보았다. 음식물류폐기물과 음폐수의 총 반입량은 평균 353.17 ton/day이며 그 중 296.47 ton/day이 혐기성 소화조에 투입되었으며 나머지 56.7 ton/day는 매립처리하는 것으로 측정되었다. 시설 내 중간 저장조, 혐기성 소화조, 안정화조의 경우 평균 TS 제거 표율은 72.5%, VS는 80.2%로 측정되었으며 평균 바이오 가스 발생량은 26,450 Nm3/day, 이중 CH4 함량은 63.83%로 측정되었다. VS당 바이오 가스 및 CH4 발생량은 0.77 Nm3-biogas/kg-VS, 0.49 Nm3-CH4/kg-VS로 측정되었으며, VS/TS 비는 중간 저장조, 혐기성 소화조, 안정화조에서 각각 87.0%, 72.5%, 62.5%로 나타났다. 이와 같은 결과를 기반으로, 바이오 에너지화 시설 내 혐기성 소화조 및 안정화조에서 메탄생성세균이 활발하게 성장하고 있어 소화조 효율이 높은 것으로 판단되었다.

인류의 문명이 점점 고화됨에 따라 부수적으로 폐기물 또한 증가 하고 있는 실정이다. 최근 이러한 폐기물의 발생억제(reduce), 재사용(reuse), 재활용(recycle), 에너지자원화(recovery)에 국내를 비롯한 전 세계적인 노력이 활성화 되고 있다. 폐기물 에너지화(Waste to Energy, WTE) 기술이란 폐기물을 에너지 공급에 사용할 수 있는 다양한 연료로 전환시키는 기술이다. 도시고형폐기물(Municipal Solid Waste, MSW)을 활용한 발전보일러는 폐기물의 매립을 최소화하고, 환경 오염물질 배출을 감소시킬 뿐만 아니라, 전기나 증기와 같은 열에너지를 얻을 수 있어 각광 받고 있다. 하지만 MSW는 일반적으로 종이류, 플라스틱류, 고무류, 섬유, 가죽, 나무, 음식물 및 금속류 등 다양한 재료로 구성되어 있으며, 지역에 따라 구성요소 또한 차이가 난다. 이러한 다양 구성요소로 이루어진 MSW는 염소(Cl)등의 여러 가지 부식성 물질과 카드뮴(Cd), 납(Pb), 아연(Zn), 비소(As)등의 물질을 함유하고 있다. 이들 물질들은 연소 중에 서로 반응하여 염화물을 형성하여 탄소강 또는 Cr-Mo의 저합금강으로 제작된 폐라이트계 보일러 튜브의 심각한 부식을 야기시킨다. WTE 보일러의 열교환 튜브(Water Wall Panel & Super Heater Tube)를 염화물과 같은 부식성 물질로부터 보호하기 위하여 주로 사용되는 기술이 클래딩 기술이다. 클래딩이란 강재의 한 면에 다른 금속을 중합시켜 완전히 결합시켜 복합 금속 층을 형성하는 것을 의미한다. WTE 보일러의 경우 인코넬 625와 같은 Ni-Cr-Mo로 구성된 합금을 주로 사용한다. 인코넬 625는 고온에서 기계적 성질이 우수하고, 내식성이 우수한 특징이 있다. WTE 보일러에서는 인코넬 625합금을 이용한 오버레이 용접기술이 주로 적용되며, 부식성 염화물로부터 부식을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 연소 중 발생하는 고온의 연소 유동에 의한 유동 회분(Fly Ash) 및 슈트 블로어(Shot Blower)에 의한 튜브의 침식/부식 또한 방지 할 수 있다. 이러한 인코넬 625 오버레이 용접 클래딩은 자동 GMA용접으로 이루어지며, 오버레이 두께와 Fe 희석율(Dilution Rate)을 제어하기 위하여 수직 하진(3G-Vertical Down)으로 용접한다. 이에 본 연구에서는 WTE 보일러 열교환 튜브의 내 부식성을 향상시키기 위해 오버레이 용접 클래딩 전용 JIG 및 용접자동화 장비를 개발하여 GMAW 자동 용접에 따른 열교환 튜브 제작의 여러 가지 문제점에 관하여 알아보았다.

유기성폐기물(음식물, 하수슬러지 등)은 2005년부터 육상 직매립이 금지되었고, 2006년에 발효된 런던협약에 따라 2013년 1월부터 해양투기 또한 금지되어 폐기물의 처리 및 재활용이 시급한 실정이다. 따라서, 이러한 유기성 폐기물의 효과적인 자원화 방법 중 하나인 혐기성소화가 각광받고 있는 실정이며, 혐기성소화조에서 발생되는 바이가스는 일반적으로 CH4 50~90%, CO2 10~50%, 소량의 H2S 및 NH4로 알려져 있다. 이러한 바이오가스의 정제방법으로는 탄소흡착법, 막분리법 등이 있으나 높은 운전비용과 공정구성의 어려움, 2차 폐기물 발생 등 많은 문제를 일으키고, CO2의 재활용이 아닌 폐기시키고 있어 자원순환적인 측면에서 바람직하지 못하다. CH4의 전환방법중 하나인 CO2 methanation반응은 1M의 CO2와 4M의 H2가 반응하여 1M의 CH4와 2M의 H2O가 생성되는 반응이다. CO2는 열역학적으로 매우 안정된 물질로, 반응에 필요한 에너지를 공급하기 위해서는 수소 등과 같은 높은 에너지의 환원제를 같이 반응에 참여시켜 주어야 한다. 그러나 열역학적 평형으로 인해 전환이 제한되는 경우가 많아, 적절한 반응속도와 선택도를 달성하기 위해 촉매가 요구되며, CO2 methanation 반응에 사용되는 촉매는 주로 Ni, Fe, Al 등 금속계 촉매가 주를 이루고 있다. 따라서 본 연구에서는 바이오가스의 정제효율을 높이기 위하여 CO2 methanation 촉매를 다양한 조건에 따라 제조하였으며 각각의 촉매별 CO2 전환율을 평가하였다.

본 연구에서는 지자체의 권역별‧지역별 특성을 고려한 자원순환 목표 설정을 도모하기 위해 가정생활폐기물을 대상으로 폐기물 처리 전과정 흐름분석을 실시하였다. 이를 위해 가정생활폐기물 배출형태(종량제봉투, 재활용품 및 남은 음식물류)에 따라 어떤 처리흐름에 따라 처리되는지를 살펴보고, 그 과정에서 잔재물로 배출되는 양 또는 재활용시설 등을 거쳐 추가적으로 최종 처분되는 양 등을 파악하였다. 여기서 폐기물 실질 재활용률 또는 실질 폐기물에너지화율은 폐기물 처리시설 반입량 대비 실질 재활용량 또는 실질 폐기물에너지화된 양(반입량-잔재물 발생량)을 의미한다. 17개 지자체의 실질 재활용률은 재활용품 선별시설의 경우 평균 72.2%로 50.4-93.2%의 범위를 나타내고 있으며, 음식물류폐기물 자원화시설의 경우 공공시설 평균은 90.9%, 범위는 72.2-100%이며, 민간시설 평균은 94.0%, 63.3-100%의 범위를 나타내고 있다. 실질 에너지화율은 가연성폐기물 연료화시설의 경우 평균 41.5%로 17.2-72.3%의 범위를 나타내고 있으며, 유기성폐기물 에너지화시설의 경우 평균 91.5%로 77.1-99.5%의 범위를 나타내고 있다. 이를 기초로 17개 지자체의 순환이용률을 산정한 결과, 평균 41.5%, 28.4-59.6%의 범위를 나타내고 있다. 국가의 자원순환 목표인 순환이용률 달성을 위해서는 재활용품 선별시설 및 가연성 에너지화시설 잔재물의 2차 재활용 또는 에너지화 방안을 추가적으로 강구할 필요가 있다. 본 흐름분석을 통해 산출된 실질 재활용률 및 실질 폐기물에너지화율을 기반으로 지자체의 현실을 반영한 자원순환 목표지표 설정이 가능할 것이며, 순환이용률 향상 방안 마련을 위한 기초자료로 활용될 것이다.

As economic growth and development of the living standard causes increasing production of organic waste, the desire to take advantage of organic waste to produce energy is also increasing. Organic waste-to-energy can contribute to improving energy independence through domestic energy security as well as improving the environment by reducing the need for landfills. This paper attempts to quantitatively analyze the non-market benefits arising from the organic waste-to-energy policy. To this end, we apply a contingent valuation (CV) that is most widely used to measure the nonmarket benefits. As for the willingness to pay (WTP) elicitation method, we employed the one-and-one-half-bounded dichotomous choice (DC) model, which produces higher statistical efficiency than the single-bounded DC model and yields greater consistency than the double-bounded DC model. In the CV survey result of 1000 Korean households, a total of 586 households (58.6%) revealed zero WTP. This implies that the use of the mixture model to deal with zero WTP responses was a suitable approach in our study. The yearly mean WTP was computed as KRW 3598 for the next ten years per household, which is statistically significant at the 1% level. Expanding the value to the national population gives us KRW 67.3 billion per year and this value demonstrates the non-market benefits of the organic waste-to-energy policy. This quantitative information could be utilized as a significant reference in the implementation of the organic waste-to-energy policy.

The ocean dumping of organic waste as food waste has been prohibited since 2012 and so it is necessary to find alternative methods for its treatment and disposal. The purpose of this study was to treat food waste via hydrothermal carbonization (HTC) that has advantages such as no pre-treatment as drying feedstock and low energy consumption. Additionally, feasibility study for Bio-SRF (Solid Refused Fuel) was conducted to produce hydrochar via HTC. As results from quality standards experiments based on 「Solid Fuel Product Quality Testing Method in Korean」, the optimal condition of 220oC as reaction temperature and 4 hr as reaction time have been selected. Since 2012, the ocean dumping of organic waste as food waste has been prohibited, it is necessary to replace its treatment and disposal. This study applied to treat of food waste via hydrothermal carbonization (HTC) which the method has advantages such as no pre-treatment as drying feedstock and low energy consumption. Moreover, feasibility study for Bio-SRF (Solid Refused Fuel) conducted to producted hydrochar via HTC. As a results from quality standards experiments based「Solid Fuel Product Quality Testing Method in Korean」, the optimal condition of 220oC as reaction temperature and 4 hr as reaction time has been selected.

The purpose of this study is to investigate the regional waste discharge and characteristics in Incheon Metropolitan City, and to evaluate the potential energy recovery for combustible wastes being discharged from Incheon province as well as currently being landfilled in the Sudokwon Landfill Site. Approximately, 2,466 ton and 0.879 kg/(capita·day) were estimated for annual average discharge of domestic wastes and daily domestic waste discharge rate per person in Incheon during the period from 2007 to 2013. The least squares methodology indicates those values to decrease to 1,120 ton and 0.347 kg/(capita·day), respectively in year 2021. The assessment of potential energy recovery for the landfilled household solid wastes indicated that total energy of 1.00 × 107 GJ and 212 billion Won of electric charges could be recovered and saved each year. For the construction wastes, recoverable annual energy and electric charges were 1.04 × 107 GJ and 269 billion Won, respectively.

우리나라는 생활수준 향상과 에너지 소비의 증가로 인해 범세계적으로 에너지 수요가 급격히 증가 되었으며 과거 국내에 설치된 폐기물처리시설의 경우 폐기물의 성상 불균형 현상과 낮은 발열량으로 인해 에너지 생산 및 활용 부분을 고려할 수 없었으나 현재 폐기물에 대한 인식변화와 체계적인 분리수거체계로 인하여 고발열량의 연료 확보가 가능하다. 폐기물처리 기술 중 하나인 소각처리 기술은 쓰레기 발전 등의 여열 이용을 충실히 하는 것에 의해 화석연료 사용량 감소를 실현 가능하며 2013년 ‘자원순환사회촉진법에 관한 법률’ 의 개정으로 폐기물은 바이오매스 연료발전으로 자리매김 되고 있다. 신재생에너지의 중요성이 대두되면서 폐자원에너지화를 위한 가연성 폐기물 고형연료화, 소각폐열 회수로 인하여 지역난방이나 전력생산 등에 많은 투자가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 국내 소각시설의 효율적 폐열회수를 위한 조건을 도출하고자 국내･외 소각시설의 폐열회수 및 전력생산에 대한 사례 조사를 토대로 국내에서 현재 설치되어 있는 공공자원회수시설 및 민간 고형연료 시설 중 모범적으로 운영 중인 사례를 찾아 온도 및 압력 범위를 조사하여 이를 기초로 소각폐열 발전량에 따른 실제 스팀생산 가능성을 확인할 수 있었으며 온도 및 압력 변화에 따른 모델링을 통하여 효율 향상을 위한 최적 설계의 근거치를 산출 제시할 수 있었다. 본 연구결과는 향후 국내 소각처리 시설 운영 비용절감 및 에너지 회수율 향상을 위한 최적 설계에 필요한 방법론 도출과 데이터 산출의 기초자료로 활용될 수 있을 것이다.

인천시의 각 지역별 폐기물 발생량 및 특성을 파악한 후 현재 수도권 매립지에 매립되고 있는 매립대상 가연물의 에너지화 잠재성을 평가하였다. 인천시의 2007년부터 2013년까지의 연간 평균 배출량은 21,235톤 이었고, 1인 1일 배출원단위 평균값은 약 7.565kg/(인･일)으로 계산되었다. 이를 기준으로 최소자승법으로 추정한 결과 2021년에는 4.749kg/(인･일)으로 감소할 것으로 예상되었다. 또한 총 폐기물발생량도 2012년도 기준 17,504톤에서 2021년에 15,326톤으로 감소할 것으로 추정되었다. 생활폐기물에서 종량제에 의한 혼합배출 중 폐지류 및 비닐･플라스틱류는 소각처리의 비율이 재활용에 비해서 높고 목재류는 재활용의 비율이 높게 나타났다. 수도권 매립지로 반입된 생활폐기물 중 가연성 폐기물은 약 94.2%로 그 양은 약 60만톤으로 이 중 종이류가 약 46.5%로 가장 많은 비율을 차지하고 있으며, 건설폐기물 중 가연성 폐기물은 50.5%로 약 65만 5천톤으로 이 중 목재류가 57.0%로 가장 높게 나타났다. 인천시에서 발생된 생활폐기물 중 가연성 폐기물은 약 82.3%로 그 양은 약 1,191톤으로 이 중 나무류가 약 44.6%로 가장 많은 비율을 차지하고 있으며, 건설폐기물 중 가연성 폐기물은 0.8%로 약 73.5톤으로 이 중 폐합성수지류가 59.7%로 가장 높게 나타났다. 건설폐기물의 발열량과 회수 가능 에너지화 잠재성 산출한 결과 고위발열량은 2,592.65 kcal/kg, 저위발열량은 2,163.05 kcal/kg으로 산출되었다. 이 중 고위발열량으로 동력 및 연간 생산가능 전기료를 산출한 결과동력 및 전기료는 약 17,391 kW의 전력생산이 가능하며, 전기료는 1kWH당 100원으로 가정할 때 약 152억원이었다. 동일한 방법으로 생활폐기물의 매립대상 종이류의 고위발열량은 3,431.1 kcal/kg이고, 저위발열량은 2,990.1kcal/kg으로 산출되었으며 고위발열량 기준 동력 및 전기료는 각각 127,000kW, 1,110억원이었다. 또한 생활폐기물의 비닐･플라스틱류의 경우 고위발열량은 10,016.1 kcal/kg이고, 저위발열량은 9,305.1 kcal/kg으로 산출되었으며 고위발열량 기준 동력 및 전기료는 각각 226,004kW, 1,980억원이었다. 생활폐기물의 목재류의 경우 고위발열량은 4,171.8 kcal/kg이고, 저위발열량은 3,701.4 kcal/kg으로 산출되었으며 고위발열량 기준 동력 및 전기료는 각각 2,115kW, 약 18.5억원이었다. 생활폐기물의 섬유류의 경우 고위발열량 4,918 kcal/kg, 저위발열량 4,487.2 kcal/kg으로, 고위발열량 기준 동력 및 전기료는 각각 21,612kW, 189억원으로 산출되었다. 따라서 현재 매립되고 있는 생활폐기물 중 종이류, 비닐･플라스틱류, 목재류 및 섬유류 전체를 에너지 자원화할 경우 연간 절감할 수 있는 동력은 총 376,731kW, 전기료는 총 3,298억원에 달하는 것으로 나타났다.

Although the scope of Official Development Assistance(ODA) projects has been expanded to the energy and environmental sectors, many Green ODA projects have experienced difficulties in sustainable operation because of insufficient consideration on the real status of recipient countries. Selecting technology to apply is the first step on the ODA process, however, there has been lack of study on evaluation indicators, especially for waste-to-energy. Therefore, we have explored the evaluation indicators for waste-to-energy technologies selection based on the case of Phnom Penh capital city in Cambodia. The study was performed through literatures review, field trips, and interviewing local officials and experts. Finally, we have suggested following indicators: secure of raw materials (waste price, collection, waste quality), sustainable operation (construction and operation cost, land use, management ability), and market condition (prices of substitutes, demanders, required quality of products).

신재생에너지 공급량은 꾸준히 증가 추세에 있으며 이 중 바이오에너지는 1,334천 TOE로 15.1%에 해당한다. 바이오에너지는 생물유기체를 변환시켜 바이오디젤, 바이오에탄올, 바이오가스, 매립가스, 바이오액화유 등의 에너지원을 생산하는 것으로 특히, 바이오에너지 원별 발전량을 살펴보면 매립가스가 40.8%로 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 바이오가스는 3.8%에 해당하는 38 GWh가 발전에 사용되고 있다. 이번 연구에서는 바이오에너지 중 가스상에 해당하는 바이오가스와 매립가스에 중점을 두어 ‘35년까지의 에너지화 잠재량을 산정하고, 그 잠재량을 최대한 활용하기 위하여 현 여건에서의 방해인자 및 향후 개선 방향성을 제시하고자 한다. 이를 위하여 우선 유기성폐자원 별로 발생원의 특성이 다르고 발생량에 영향을 주는 인지가 각각 다르므로 해당 폐자원에 적합한 모형을 적용하여 발생량을 예측하였으며, 이를 바탕으로 단계별 잠재량 - 이론적 잠재량, 지리적 잠재량, 기술적 잠재량, 시장 잠재량 - 을 전망하였다. 폐자원 부문에서 이론적 잠재량이란 해당 폐기물이 모두 수거된다는 전제하에 확보할 수 있는 에너지 총량에 해당하며, 지리적 잠재량은 폐기물 수거율이나 폐자원에너지화 시설이 입지할 수 있는 지리적인 여건을 고려한 잠재량으로 물량 확보 측면이 반영된 것으로 볼 수 있다. 또한, 기술적 잠재량은 현재 기술 수준을 반영하여 에너지 효율 계수 및 가동율 등을 고려한 잠재량이며, 마지막으로 시장잠재량은 실질적으로 보급 가능한 잠재량으로 이미 재활용 등의 타 용도로 사용되고 있는 물량을 제외하고, 향후 정부의 에너지화 정책이나 기술 개발에 따른 비용단가 변화 등을 반영한 잠재량으로 정의할 수 있다. 본 연구에서는 유기성폐자원 (음식물류, 음폐수, 가축분뇨, 하수슬러지)와 매립가스 자원회수 잠재량을 각각 살펴보고 향후 정책적 여건을 반영한 방향성을 제시함으로써 폐자원의 적정 처리 및 고부가가치화를 달성하는 데 기여하고자 한다.

국내에서 발생하는 음식물쓰레기는 퇴비화･액비화, 사료화, 바이오가스화 등의 방법으로 처리되고 있으나 사료화 및 퇴비화 시 과다한 에너지 소비로 인한 비효율성이 대두되면서 음식물쓰레기의 에너지 가치 및 바이오에너지화에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 또한, 가정용 음식물쓰레기 분쇄기(디스포저)를 이용할 경우 음식물쓰레기 보관, 배출, 수거, 운반 등으로 인한 환경적 문제를 해소하고 분쇄물의 메탄화로 에너지 생산이 가능하다. 현재 판매가 허용된 디스포저 제품은 본체와 2차 처리기(거름망, 회수기)가 함께 있는 일체형으로, 그 규격을 음식물쓰레기가 고형물 무게 기준 80% 이상 회수되거나 하수관으로의 배출량이 20% 미만인 제품으로 규정하고 있다. 그러나 현재 개발되어 있는 디스포저를 이용한 음식물쓰레기 처리 시 투입되는 수돗물로 인해 가용 성분이 씻겨나가는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 표준음식물쓰레기를 디스포저로 처리 후 배출되는 오수를 체거름하여 각 시료의 3성분을 분석하고 가연분 함량에 따른 가스발생량 및 바이오에너지화 가능성을 확인하고자 한다. 한국환경산업기술원에서 제시하고 있는 방법에 따라 표준음식물쓰레기를 만들고 회분식 디스포저(KD 132, National社, Japan)를 이용하여 디스포저 오수를 제조하였다. 제조한 디스포저 오수는 6.70, 4.00, 0.71, 그리고 0.25 mm 크기의 체를 연속으로 설치하여 고형물을 분리하였으며 각 크기의 체로 인해 걸러진 고형물과 0.25 mm 이하의 부유물이 포함된 액상의 3성분을 분석하였다. 시료의 3성분 분석은 국내 폐기물공정시험법에 따라 수행되었으며, 이를 바탕으로 수분함량, 회분함량 및 가연분 함량을 구하였다. 분석 결과, 회수된 총 휘발성 고형물(VS)은 6.70 mm 이상이 전체 발생된 음식물쓰레기 중 휘발성 고형물 무게의 30.3%, 6.70 mm 에서 4.00 mm 사이가 25.0%, 4.00 mm 에서 0.71 mm 까지 20.3%, 0.71 mm 에서 0.25 mm 까지 21.0% 이었으며, 0.25 mm 이하의 액상에서 3.3%가 회수되었다. 체거름 후 회수된 액상에도 0.25 mm 이하의 부유물로 인한 휘발성 고형물이 포함되어 있는 것으로 확인되었으며, 이로 인한 가스발생 및 회수가능성이 있을 것으로 판단된다. 이에 Biochemical Methane Potential(BMP) test 등 추가 연구를 통해 음식물쓰레기 분쇄기 오수의 메탄발생량 및 바이오에너지화 가능성의 보다 상세한 분석이 필요할 것으로 사료된다.

연중 기온이 비교적 높은 동남아시아 지역의 가정에서 사용되는 에너지 형태는 크게 전력과 취사용 연료 로구분된다. 캄보디아는 총 에너지 소비량 중 30%를 수입하고 있는 국가로, 전체 인구 중 31%만이 전력을 공급받고 있는데, 도시 지역은 거의 100% 전력화되어 있는 반면, 농촌 지역은 전력화율이 13% 정도로 지역별 편차가 크다. 취사용 연료의 경우, 선진국에서는 도시가스나 LPG 등을 사용하고 있지만, 자원이나 공급망이 갖추어져 있지 않은 개발도상국에서는 상당부분 자연 자원인 장작에 의존하고 있다. 이러한 장작 사용은 산림 훼손으로 인한 환경 문제뿐 아니라, 사용 시 실내 공기질 오염에 의한 건강상 위해성 문제도 제기되고 있다. 대도시인 프놈펜시의 경우, 전력화 문제보다는 취사용 연료 개선 문제가 시급한 것으로 사료된다. 캄보디아 뿐 아니라, 전 세계적으로 개발도상국에서 장작을 대체할 수 있는 Clean Cooking Fuel에 대한 관심이 높아지고 있으며, 신재생에너지 기술 원조에 대한 관심도 높다. 이러한 국내외적 상황에서 캄보디아도 국가적인 차원에서 축산분뇨를 이용한 Biodigester를 보급하여, 취사용 연료로 사용하도록 추진하고 있으나, 부지 확보가 용이한 농촌지역에는 다수 적용사례가 있지만, 도시지역에는 적용 및 확산에 한계가 있는 것으로 보인다. 나무장작을 대체할 연료로 프놈펜에서는 LPG 사용이 증가하고 있는데, 2000년 이전 전통적인 취사연료인 장작과 숯 사용이 80% 이상을 차지하던 것이 2003년에 들어서 40%로 감소하고, LPG 사용이 50%로 증가하였다. LPG의 사용은 장작 사용보다 건강상 문제를 줄여주긴 하지만 화석연료 사용이라는 면에서 해결해야할 과제는 남아있다. 벌목에 의한 숯을 대체하기 위해 코코넛 껍질을 고형연료화 하여 취사용 연료로 보급하는 사례나 Biogas 시설을 방문하여 프놈펜에서의 활용 상황 및 문제점에 대해 인터뷰조사를 실시하였다, 코코넛 껍질 고형연료화 시설은 폐자원의 가격이 비싸 경영에 어려움을 보였으며, 축산 분뇨를 이용한 Biogas 시설의 경우 기계 수리가 제때 이루어지지 않아 운영에 어려움을 겪고 있었다. 또한 인건비 등 운영비용이 생산품 판매가격으로 충당되지 않아 시의 보조금이 없이 운영할 수 없는 상황에 있었다. 현장 조사 결과 및 문헌조사를 바탕으로 기타 이용 가능한 폐자원 및 적용 가능한 폐자원 에너지화 기술을 검토하여, 취사용 연료 개선 방안을 제시하고자 한다.

신재생에너지원 중 가장 큰 부분을 차지하고 있는 폐기물의 경우, 매립 등으로 폐기되고 있다. 특히 슬러지와 같은 저급연료는 에너지원으로 활용되지 못하고 70%이상 해양 투기되고 있으나 런던협약 이후 해양투기 금지로 인해 육상처리방안의 마련이 시급한 실정이다. 또한, 현재 유일한 온실가스 감축기술인 CCS(Carbon Capture and Storage)의 경우 연소공정의 후단에서 배출가스 내에 질산화물 등 다양한 오염물질의 혼입으로 회수되는 CO₂ 등의 순도가 낮아져 경제성의 확보가 어려운 실정이다. 따라서 연소공정에 투입되는 과잉공기 대신 순산소 연소(Oxy-fuel Combustion)를 시행하여 열원을 최대로 회수함과 동시에, FGR(Flue Gas Recirculation)을 통해 배출가스를 연소로 내로 재순환함으로 높은 농도의 CO₂흐름을 만들어 대기로 배출되는 CO₂를 분리하거나 고순도 저장이 가능한 CCS ready기술을 개발하여 국제적인 온실가스 감축의무화에 대비하기 위한 공정기술을 개발하고자 하였다. 본 연구에서는 연료로 적용할 슬러지와 혼합연료의 기초특성분석을 실시하였으며, Cold bed과 이론적인 계산을 통해 순환유동층을 형성하기 위한 유량을 도출하였고 이에 따른 연료 투입량을 산정하였다. Cold bed 실험을 통해서 최소유동화속도를 도출하였고, 유량과 유체의 성상 (Air, Oxy21%, Oxy25%, Oxy30%, Oxy40%) 따른 외부고체 순환률과 압력구배를 비교하였다. Hot bed를 통해서는 유체성상에 따른 온도구배를 비교하였고, 슬러지와 혼합연료 (30%, 50%, 70%)에 따른 온도구배와 주요 배가스 (CO₂, CO, O₂, NOx, SOx)를 비교하였다. 또한 FGR 운영을 통해 주요 배가스의 변화를 확인하였다. 하수슬러지의 기초특성분석결과 발열량은 약 3,000 kcal/kg, 원소분석은 탄소 28.64%, 수소 4.82%, 산소 18.94%, 질소 4.51%, 황 0.44%, 공업분석은 수분 7.32%, 휘발분 45.11%, 고정탄소 12.25%, 회분 35.32% 함량을 보였다. 펠렛의 기초특성분석결과 발열량은 약 4,200 kcal/kg, 원소분석은 탄소 48.59%, 수소 6.08%, 산소 42.03%, 공업분석은 수분 8.68%, 휘발분 74.16%, 고정탄소 16.83%, 회분 0.29% 함량을 보였다. 유속에 따른 Riser 층내 압력강하는 0.104 m/s에서 최소 유동화속도를 관측하였으며, 1.9 m/s 이상의 공탑속도에서 고속유동층으로 전이되는 것을 확인하였고, 2.4 m/s 이상의 공탑속도로 운전하는 것으로 판단하였다. 순환유동층 전이에 필요한 유량의 연료투입량은 13 kg이고, 연소 유체 성상에 따른 온도구배는 Oxy 비율이 높아질수록 배가스의 온도가 높게 유지되었다. 각 조건별 배가스 분석결과 고농도 CO₂ 농축가능성을 확인하였다.