지난 10년간 신재생에너지 시장은 꾸준히 증가하고 있으며, 이와 더불어 폐기물 에너지화(WtE, Waste to Energy) 기술은 매년 5% 이상 꾸준히 성장할 것으로 예측된다. 폐기물 에너지화 기술은 폐기물 처리방식에 따라 물리적, 열화학적, 생물학적 기술로 분류되며 그중 하나인 폐기물 가스화 기술은 폐기물의 고부가가치 연료화 및 온실가스 감축 증대의 효과로 최근 더욱 각광받고 있다. 공급된 폐기물 내 탄소 및 수소 성분은 가스화 반응을 통해 CO, H2가 주성분인 합성가스로 전환되고 생산된 합성가스는 메탄올, 디젤류, DME 등 다양한 화학원료로 이용될 수 있으며 가스엔진 등 발전분야에 이용이 가능하다. 본 연구에서는 생활폐기물을 기반으로 제조된 비성형 고형연료를 대상으로 8 TPD급 고정층 가스화 반응기에서 합성가스의 생산특성에 대하여 연구하였다. 본 연구의 반응기는 가스화제 주입을 Down-draft 및 Up-draft의 방향으로 공급할 수 있도록 제작하였으며, 이와 더불어 가스화 반응 영역 후단에 Gas Chamber를 두어 추가적인 타르 크랙킹을 유도할 수 있도록 하였다. 기존 공기 가스화의 경우 공기 중의 대부분을 차지하는 비활성 물질인 질소의 공급량이 많아 생산가스 내 합성가스의 비율이 상대적으로 낮아 활용측면에서 발전부분에 국한 되는 한계가 있었다. 이에 반해 본 연구는 공기비(ER, Equivalent Ratio)와 더불어 순산소의 추가 공급으로 산소부화율을 제어하여 발생되는 합성가스의 주성분인 CO, H2의 비율을 30% 이상으로 높게 유지할 수 있었고 이를 통해 생산 가스의 열량 및 냉가스 효율 등 고품질의 합성가스를 생산할 수 있었다.

앞으로 다가올 자원고갈 사회를 대비하기 위한 국내 정책으로 폐기물의 발생을 억제하고 발생된 폐기물을 적정하게 재활용, 회수, 처리하는 자원순환사회의 형성을 목표로 하고 있으며, 폐기물로부터 에너지를 회수하는 방안에 관한 연구가 적극적으로 진행되고 있다. 폐기물의 에너지화 기술 중에서 폐기물 가스화 공정은 폐기물의 열적처리 공정 중 하나로서 H2와 CO로 이루어진 합성가스를 생산하는 기술로 단순소각을 통한 열에너지의 회수가 아닌 청정연료로의 전환을 통해 고부가가치 에너지원으로 활용이 가능하다는 장점이 있어 높은 관심을 받고 있다. 그러나 가스화 공정에 의해 배출되는 바닥재는 공정특성상 소각공정을 통해 배출되는 바닥재에 비해 미연분 수치가 높게 나타난다. 이러한 미연분 함량은 폐기물관리법 시행규칙에서 강열감량 수치로 규정하고 있다. 본 연구에서는 비성형 SRF(Solid Refuse Fuel)를 활용한 Pilot scale 가스화 공정을 통해 배출된 바닥재의 재활용 방안을 마련하기 위해 강열감량 및 기초특성분석을 진행하였다. 재활용 방안으로 Lab scale의 고정층 가스화 공정을 적용하였다. 바닥재는 800 ℃에서 분당 10g씩 투입되었으며, 공기비 조건에 변화를 주어 생성된 합성가스의 특성분석을 진행하여 바닥재의 에너지회수 가능성을 알아보았다. 또한, 최종으로 배출된 바닥재의 감열감량을 측정하여 최적 감량조건을 도출하였다.

생활폐기물 및 산업폐기물로부터 고형연료를 제조하는 과정에서 폐기물 반입량 대비 30 ~ 45%의 비율로 잔재물이 발생되어 매립되거나 일부는 소각장으로 반입되어 처리되고 있다. 이러한 잔재물은 함수율 40% 이상을 나타내어 그대로 매립되었을 경우 오염부하를 증가시킬 수 있으며, 매립에 의한 처분비용으로 전체 시설 운영비의 약 20%가 요구되는 실정이다. 이러한 잔재물은 양 및 질적인 측면에서 볼 때 추가 공정을 통하여 충분히 고형연료로 생산이 가능하다. Bio-drying 기술은 폐기물 내에 존재하는 생분해성 유기물질에 대한 미생물의 호기성 분해열을 이용하여 폐기물의 수분을 건조시키는 건조에너지 소모 및 설치/운영비를 최소화 할 수 있는 경제성이 우수한 기술이다. 본 연구에서는 고형연료화 시설에서 발생된 잔재물을 대상으로 Bio-drying 기술을 적용시켜 생산된 비성형 고형연료의 벤치규모 연소실험을 통해 연소 공기비에 따른 바닥재와 비산재의 발생 특성을 고찰하였다. 또한 기존 시중에 판매되고 있는 비성형 고형연료와의 연소특성 비교/분석을 통해서 Bio-dyring 고형연료의 연소특성을 파악하고 연소 조건의 최적화를 진행하였다. Bio-drying 고형연료와 판매용 고형연료의 연소 바닥재의 XRF 분석 결과 CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3가 주성분을 이루며 그 중에서 CaO 성분이 각각 36.6%와 48.6%로 가장 높게 나타났다.

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.

기후변화가 가속되는 현 상황에서 신재생에너지의 적극적 활용은 전세계적인 추세이며, 국내에서도 가연성 폐자원의 효율적인 친환경적 처리, 에너지 회수를 위한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 관련정책과 법규가 만들어져 있다. 가연성 폐기물로부터 에너지를 회수할 수 있는 가스화 기술은 생산된 합성가스를 다양한 방법으로 활용할 수 있다. 합성가스가 가지고 있는 화학적 에너지를 활용하여 직접 엔진을 가동할 수 있으며, 가스화 방식에 따라 합성가스 내에 포함된 수소, 일산화탄소 등의 성분을 화학반응의 원료로 사용할 수도 있다. 따라서, 국내에서도 폐기물로부터 얻어진 합성가스를 다양한 방법으로 활용하기 위한 많은 연구들이 진행중에 있다. 본 연구에서는 폐기물 고형연료 가스화 플랜트 기술의 개발을 위해 생활폐기물을 대상으로 비성형 고형연료를 제조하고, 제조된 고형연료를 파일럿 규모의 고정층 가스화를 통해 합성가스를 생산하여 이를 직접 가스엔진 발전기에 도입함에 있어서, 고정층 반응기에서 발생되는 합성가스의 생산특성에 대해 알아보고자 한다.

신재생에너지의 적극적 활용은 전세계적인 추세이며, 국내에서도 가연성 폐자원의 효율적인 친환경적 처리, 에너지 회수를 위한 다양한 정책과 법규가 만들어져 진행되고 있다. 가연성 폐기물로부터 에너지를 회수하는 전통적인 방법인 소각과 비교하여 가스화 기술은 생산된 합성가스를 다양한 방법으로 활용할 수 있으며, 100톤미만의 폐기물 처리시 소각보다 월등히 높은 효율을 보이고 있다. 따라서 사용연한이 도래하는 국내 중소규모 소각시설의 대체 및 플랜트의 해외 수출 등을 위해 폐기물 고형연료의 가스화 기술의 개발이 진행중이다. 본 연구에서는 이러한 폐기물 고형연료 가스화 플랜트 기술의 개발을 위해 생활폐기물을 대상으로 비성형 고형연료를 제조하고, 제조된 고형연료를 공기사용 고정층 가스화를 통해 합성가스를 생산하여 이를 직접 가스엔진 발전기에 도입함으로써 일정량의 전력을 생산하는 경우 가스엔진 발전기의 운전 특성에 대해 연구하였다. 가스엔진 발전기의 운전에서 중요한 운전인자는 무엇인지 확인하고, 이를 통해 안정적인 가스화 엔진발전을 위한 개선사항에 대해 알아보고자 하였다.

폐기물로부터 에너지를 회수하고자 하는 노력은 전세계적인 추세이며, 국내에서도 가연성 폐자원의 효율적인 친환경적 처리, 에너지 회수를 위한 다양한 정책과 법규가 만들어져 진행되고 있다. 가연성 폐기물로부터 에너지를 회수하는 전통적인 방법인 소각과 비교하여 가스화 기술은 생산된 합성가스를 다양한 방법으로 활용할 수 있으며, 100톤 미만의 폐기물 처리시 소각보다 월등히 높은 효율을 보이고 있다. 따라서 사용연한이 다 되어가는 국내 중소규모 소각시설의 대체 및 플랜트의 해외 수출 등을 위해 폐기물 고형연료의 가스화 기술의 개발이 진행중이다. 본 연구에서는 이러한 폐기물 고형연료 가스화 플랜트 기술의 개발을 위해 국내 한 지자체의 생활폐기물을 대상으로 비성형 고형연료를 제조하고, 제조된 고형연료를 공기사용 고정층 가스화를 통해 합성가스를 생산하여 이를 직접 가스엔진 발전기에 도입함으로써 일정량의 전력을 생산할 수 있는 반응 특성에 대해 연구하였다. 실험 설비와는 다르게 파일럿 플랜트 이상의 실증시설은 강제로 온도를 유지할 수 없으므로, 공급하는 산화제에 의해 로내 온도가 변화되며, 최적 가스화 효율을 얻기위해 다양한 운전인자의 변화에 따른 가스화 특성에 대해 평가하였다.

비성형 SRF 제조공정은 대상지역의 특성과 계절 등 변동요인에 따라 제품품질의 큰 영향을 끼친다. 본 연구에서는 2016년 9월, Y시에 설치되어 있는 15톤/일급 Pilot 비성형 SRF 제조공정에 대하여 총량, 폐기물조성, 수분량 별로 물질수지를 세우고 그 결과를 분석하여 실증시설 설계반영에 반영하고자 하였다. 연속 정상운전 상태에서 각 공정별 시료채취는 3회씩 겉보기밀도, 물리적조성, 조성별 수분 분석을 하였고, 총괄수분 분석을 위한 시료채취는 공정별 각 5회씩 수행하였다. 1차 자력선별물, 2차 자력선별물, 비철선별에 대해서는 시료채취를 1회 하였다. 30mm미만 시료는 조성별 분리가 어렵기 때문에 협잡물로 가정하고 회분을 측정하여 가연분을 추정하였다. 물리적 조성은 3회 측정한 것을 총괄적으로 환산하여 평균으로 사용하였고 총량은 시스템의 최종 배출지점의 폐기물의 전체량을 측정한 결과로 분석하였다. 물질수지 분석결과 1차 파쇄 후 기준으로 고형연료제품 수율 74.90%, 잔재물 비율 22.66%, 선별물 비율 2.45%을 보였다. 누출량을 포함하여 계산하면 누출물의 비율 11.36%, 고형연료제품 수율 66.39%, 잔재물 비율 20.08%, 선별물 비율 22.17%로 큰 차이가 없었다.

신재생에너지원 중 가장 큰 비율을 차지하고 있는 폐기물은 소각, 매립 등으로 폐기되고 있다. 그러나 생활폐기물 에너지화에 대한 연구가 지속적으로 진행됨에 따라, 현재 생활폐기물 처리시설에서는 SRF생산 공정을 도입하고 있는 추세이다. SRF는 평균 3,500 kg/kcal의 발열량을 나타내며, 대체연료로써 주목을 받고 있다. 그러나 SRF는 성형을 위한 추가적인 비용이 필요하기 때문에, 비성형 폐기물의 에너지화 기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 폐기물 에너지화 기술 중 가스화는 고형시료를 합성가스로 전환하는 기술로 저급연로를 고 효율화를 기대할 수 있다. 본 연구는 8ton/day 용량 pilot-scale 비성형 고형연료 가스화 공정에서 수행되었으며, 대기오염 방지시설은 사이클론, 열교환기, 탈염/탈질/탈황 장비, 습식 전기집진기, 수분제거장치로 구성되어 있다. 위의 공정에서 최근 문제가 되고 있는 미세먼지를 다단입경분석기를 이용하여 채취하였다. 채취된 시료는 건조 및 무게측정을 통해 대기오염 방지시설 구간별 미세먼지 분포를 살펴보았고, 각 대기오염 방지시설별 제어효율을 도출하였다. 추가적으로 채취된 입도별 미세먼지 시료는 ICP-MS분석을 통해 K, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, As, Cd, Pb에 대한 거동을 살펴보았다.

국내 RDF(Refuse Derived Fuel)와 관련한 ‘자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률이 2013년 1월 개정되면서 국내에서는 RDF가 SRF로 종류가 변경되었으며, 이와 더불어 종전 RPF(Refuse Plastic Fuel), RDF, TDF(Tire Derived Fuel), WCF(Wood Chip Fuel)로 구분되던 것이 SRF와 BIO-SRF로 개정되었으며, 고형연료 제품에서도 성형과 비성형제품으로 구분되게 되었다. 이에 따라 기존 성형SRF제품들에 비해서 비성형 SRF제품의 수분함량의 기준이 15%차이가 나게 되었다. 본 연구에서는 생활폐기물로 생산되는 비성형 SRF의 가스화 반응을 활용하여 고부가 가치의 연료 및 원료를 생산하기 위한 고정층 및 유동층에서의 가스화 특성을 파악하고자 한다. 실험조건은 운전온도 900℃, ER(Equivalent Ratio)조건 0.2, 0.4, 0.6에서의 가스화 반응을 실시하였으며, 고정층반응기에서는 ER비가 증가함에 따라 수소비율이 감소하는 것으로 나타났으나, 유동층반응기에서는 ER 0.4일 때 수소비율이 최저로 나타났다.

In order to cope with resource depletion and global warming, many countries around the world are seeking the technicaland political alternatives and are focusing on production of refuse derived fuel (SRF) as a viable approach. SRF isclassified into pellet SRF and fluff SRF based on the shape. In domestic trend, Pellet RDF has been mainly produceduntil now, but as the quality standard of fluff SRF was set up lately, it is expected to raise supply and demand on FluffSRF after this. Fluff SRF is a solid fuel not to be processed pelletizing step, and has advantages that manufacturing processis simple and economical. In this paper, we selected 3 MBT plants to produce Pellet SRF in Korea and examined reductioneffects of energy and CO2 emission by conversion of pellet SRF to fluff SRF. As a result, the saving energy by theconversion of SRF type is 2,509 Gcal/yr (A), 1,716 Gcal/yr (B) and 1,210 Gcal/yr (C) respectively, and the reductionrate of energy consumption in full process is about 23%~26% by comparison with pellet SRF. Also, the average ofreduction of CO2 emission per unit of MSW is 0.0272 tCO2/ton. After estimating the reduction of CO2 emission of 9MBT plants in Korea, based on the results of a survey of target plants, we concluded that the reduction effect of CO2emission is created 11,374 tCO2/yr.