바이오디젤은 중립연료로써 친환경 연료로 알려져 있으며, 육상에서는 일정 비율을 의무 혼합하는 정책을 시행하고 있다. 본 연구에서는 바이오디젤의 선박 연료로써의 사용 가능성을 검증하기 위해 선박용 경유와 바이오디젤의 혼합비율 0 %, 5 %, 10 %, 20 %에 대해 성분 분석, 금속 부식성 실험, 저장 안정성 실험을 수행하였다. 성분 분석은 ISO 8217:2017 기준에 따라 밀도, 동점도, 인화점 등 총 8가지를 평가하였으며, 180일 동안 상온과 가혹 조건(60 ℃)에서 금속 부식성 실험과 저장 안정성 실험을 통해 바이오디젤 신뢰성을 검증 하였다. 연구 결과, 성분 분석은 바이오디젤 모든 혼합비율에서 ISO 8217:2017 기준을 만족하였으며, 바이오디젤 비율에 따라 동점도, 밀 도, 산값은 혼합비율이 높아질수록 높게 나타났으며, 황분은 혼합비율이 높아질수록 낮게 나타났다. 금속 부식성은 탄소강, 철, 알루미늄, 니켈의 경우 부식이 거의 발생하지 않았으나, 구리의 경우 60 ℃ 환경 바이오디젤 20 % 혼합에서 산소가 풍부한 바이오디젤의 영향으로 부식이 발생하였다. 저장 안정성은 모든 바이오디젤 혼합비율을 180일 동안 상온과 가혹 조건에서 저장한 결과, 변색, 슬러지 발생, 연료 분리가 육안으로 확인되지 않았다.

지구온난화 완화를 위한 노력이 전 세계적으로 계속되고 있는 가운데 우리나라는 2030년 온실가스 배출량을 Business As Usual (BAU) 대비 37% 감축하는 목표를 설정하고 이산화탄소 순 배출 제로 달성을 목표로 하는 ‘2050탄소중립 시나리오’를 발표하였다. 이러한 상황에서 케나프 (Kenaf)는 높은 탄소흡수율과 빠른 성장으로 인해 대체 해결방안으로 제안된다. 시료선정에 대한 분석결과, 케나프 잎은 질소 함량이 높아 적합하지 않은 것으로 나타났고, 줄기와 잎-줄기 혼합 케나프는 Biomass-Solid Refuse Fuel (Bio-SRF) 등급을 충족했다. Bio-SRF 등급을 만족하였지만, Bio-SRF 등급으로 이용할 수 있는 활용처가 뚜렷하지 않다. 따라서 케나프의 연료품질을 반탄화 공정을 통해 개선하여 보다 효율적으로 활용하고자 한다. 반탄화 공정의 공시재료로 줄기만 사용하는 것보다 시료 이용률이 높은 잎-줄기 혼합 케나프를 선택하였다. 반탄화 공정은 여섯가지의 공정 온도 (200·210·220·230·240·250℃)와 다른 세 가지 공정 시간(20·30·40 min)에서 수행되었다. 반탄화 공정결과, 공정시간이 길수록 230℃, 240℃, 250℃ 온도에서 질량감소가 크기 때문에 에너지수율이 낮았다. 따라서 본 연구에서는 200℃·20 min, 200℃·30 min, 210℃·20 min, 220℃·20 min의 에너지 수율이 높고 질량감소가 작아 최적 반탄화 공정 조건으로 선정하였다.

이 연구는 초음파 에너지의 공동현상(Cavitation)을 이용하여 선내 제조된 혼합연료유의 문제점을 개선하고 혼합연료유의 안정적인 사용이 가능하도록 하여 선박운용비의 상당부분을 차지하는 연료비를 절감하고자 한다. 실험은 선내 혼합연료유 제조 방식을 모사하여 선박용 연료유 M.G.O(Marine Gas Oil)와 MF-180(Marine Fuel-oil 180)를 각각 부피비 기준으로 0.25:0.75 및 0.75:0.25 비율로 혼합하였으며 초음파 처리장치를 이용하여 혼합연료유에 초음파 에너지를 직접 조사하여 초음파 에너지가 혼합연료유에 미치는 영향에 관해 고찰하였다. 실험결과, 선내 혼합유 제조시 보고되었던 문제점을 확인하였으며, 혼합시료유의 초음파 조사 후 잔류탄소량은 최대 28.4 % 감소하였다. 또한, 잔류탄소량 감소 및 분산 안정성 분석결과를 토대로 초음파 에너지에 의한 캐비티의 붕괴압이 연료입자 미립화에 효과가 있고, 중질연료유가 많이 함유된 혼합연료유의 일시적인 가용성을 높일 수 있을 것으로 판단되었다.

바이오매스로부터 생산되는 수송용 바이오연료는 온실가스 저감과 지속가능하고 친환경적으 로 석유제품을 대체할 수 있다. 수송용 바이오연료의 의무혼합과 보급 목표는 유럽연합, 미국 등의 많은 나라에서 발표하였고 정부의 정책에 의해 활성화되었다. 본 논문에서는 각국의 수송용 바이오연료 정책 과 품질기준에 대해 논하겠다. 유럽연합의 바이오연료는 온실가스를 저감하는 정책으로 이동하였다. 미 국은 RFS2 하에서 바이오연료의 품질기준을 설정하였고 연방 및 주 정부 수준에서 바이오연료를 촉진 하는 정책을 펴고 있다. 한국은 휘발유에 산소 함량 기준으로 2.3%를 산화물로 허용하고 있으며 바이오 디젤은 2015년 7월 31일부터 B2.5로 의무혼합하고 있다.

전 세계적으로 에너지원 다양화 및 온실가스 저감을 위한 다양한 신재생에너지 보급활성화 정책이 추진되고 있다. 국내에서도 500MW 이상의 발전설비를 보유한 발전사업자에게 신재생에너지 공급 의무화제도(Renewable Portfolio Standard(RPS))를 시행중이다. 발전사업자들은 의무공급량 이행을 위해 발전용 바이오중유를 사용하고 있다. 발전용 바이오중유란 동 식물성 유지, 지방산에스테르 및 그들의 혼합물로서 동점도, 유동점, 전산가 등의 품질특성을 만족해야 한다. 발전용 바이오중유는 원료물질에 의해 품질특성이 결정되었고, 중유와의 혼합비율이 증가할수록 유동점, 밀도, 황분 및 동점도는 감소하고 전산가, 요오드가, 산소함량은 증가하였다. 본 연구에서는 중유 대체연료로서의 발전용 바이오중유의 품질특성과 C 중유에 혼합 시, 혼합비율에 따른 물성 변화에 대해 검토하였다.

In the case of solid refuse fuel manufacturing facilities, residues, which are left-over from the process, are buried at a rate of 34% of incoming amount, and some are disposed of by combustion. The residues were upgraded by mechanical biological treatment and subject to attempts at combustion, and the bottom ash generated from combustion tests was applied to fabricate bricks for recycling. The brick was manufactured by substitutions of stone powder, cement, sand ranging from by 3 to 30% according to experimental conditions. These could be used as an interlocking block for the sidewalk or open spaces. The basic characteristics of the bottom ash and the water absorption, bending strength, compressive strength, and dimensions of the mixed bricks were tested. Results showed that 10% of the stone powder substitution was regarded as an optimal condition, and the brick quality was satisfactory under given standards, because the pozzolanic and hydration reactions occurred effectively.

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.

Recently many research and investment have been made for waste biomass to bio solid fuel development in Korea. In this study, monte-carlo simulation is applied to estimate the bio solid fuel product quality made from various biomass as raw materials. Commercial biomass and waste biomass raw material samples were collected to investigate the basic properties and to predict mixed effect to solid bio-fuel product. The results show that predicted subject properties about applying a single quality items was reasonable, but for mixed biomass raw material, correlations and logical relevance of several items will be need to assume that require additional consideration for it. The stochastic techniques established through this study will be applicable to bio-solid fuel product development with a variety of waste biomass.

현재 국내 폐유는 90% 이상이 이온정제법으로 정제되고 있으나, 회분 등을 효과적으로 제거하기가 어려워 적용할 수 있는 폐유의 한계가 있다. 따라서 상당량 재활용이 되지 않고 소각 처리되는 등의 문제점이 있으며 기존 이온정제법의 경우 수산화염이나 인사염과 같은 약품사용으로 인한 폐슬러지가 다량 발생하여 2차 환경오염을 유발시킨다. 국내의 경우 대부분의 폐유회수처리업체들이 폐유정제에 시설투자비가 적고 운전비가 적게드는 이온처리공정을 사용하고 있어 보다 효율적이고 고품질의 재생연료유 생산기술의 개발이 시급하다. 이에 본 연구에서 분리막을 이용한 처리로 기존공정을 단순화하고 처리시간을 단축시킬 수 있으며, 처리에너지 절약, 정제유 품질수준 향상, 처리안정성 확보 등 친환경적이며 경제적인 기술을 제안하고자 한다. 막분리 주처리 공정은 막분리법의 주처리 단계인 분리막조로 유입되기 전 비교적 큰 입자상 물질을 필터프레스로 고속여과 후 분리막에 여과효율을 증대하기 위한 가열조를 설치하여 폐유의 높은 점도에 의한 여과속도 및 저항을 최적화될 필요성이 있다. 화학 물질의 투입이 불필요하고 상변화 없이 가동되는 특성으로 에너지 소비량이 적은 막분리 공정으로, 친환경 공정의 설계 및 제품생산이 가능하다. 침전물 및 수분을 제거하는 전처리 공정과 처리유의 회분, 잔류탄소 등의 농도를 연료유 기준 이하로 제거하는 주처리 공정에서는 3 ~ 5 ㎛ 공극크기의 정밀여과막(MF)를 사용할 수 있다. 폐유는 일반적으로 상온에서 점도가 100 cst이상으로 분리막에 바로 적용될 경우 높은 점도에 의해 여과를 위하여 높은 압력을 필요로하며, 이는 곧 생산단가 향상과 연결되는 인자이다. 따라서 폐유의 온도를 80℃까지 승온할 시 폐유의 점도는 상온에서 보다 30%이하로 낮아져 일반적인 수용액과 유사한 정도의 점도를 가지게 되며 이를 분리막에 적용할 경우 보다 효율적인 여과공정이 가능할 것이다. 이상의 결론으로 부터 막분리공법을 이용하여 정제공정을 개선할 경우 이온정제법으로 정제가 불가능한 고농도 오염물질을 함유한 폐유를 효과적으로 분리 및 정제가 가능하여 폐유를 고품질의 정제연료유로써 생산이 가능할 것으로 판단된다.

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.

최근 신재생에너지 혼합의무화제도인 RPS제도가 2012년부터 시행됨에 따라 의무이행을 위한 태양광, 풍력, 연료전지 등 다양한 신재생에너지의 보급 활성화 추세이다. 하지만 인프라 구축 초기비용 및 민원 등으로 인해 많은 제약이 따라 의무이행에 어려움을 겪고 있다. 이에 최근 국내 기존 중유 발전설비 인프라의 활용이 가능한 중유 대체 바이오연료인 바이오중유의 상용화를 위한 종합적인 연구가 ‘14년 1월부터 수행되고 있다. 이 연구 사업에는 ｢석유 및 석유대체연료사업법｣의 고시에 의한 시범보급사업을 포함하고 있다. 바이오중유는 중유대체연료로서 가격경쟁력 확보를 위하여 저렴한 바이오디젤 생산 공정 및 식용오일 추출 공정 부산물, 팜유 생산 부산물, 동물성유지 등을 혼합 사용하고 있으며, 현재 15개사가 바이오중유 생산업자로 등록되어 있으며, 4개 발전사 및 지역난방공사가 발전사업자로 참여하고 있다. 본 연구에서는 이러한 바이오중유의 안정적인 보급을 위해 성능, 안전, 환경 등을 감안한 품질기준에 대한 검토사항과 최근 이슈되고 있는 바이오중유의 품질기준 항목(동점도, 금속함량, 유동점 등)에 대해 다루고자 한다.