생활폐기물을 처리하는 일반적인 기술은 재활용, 소각, 매립이 주로 사용되고 있으나 소각의 경우 환경적 영향과 유해성을 이유로 혐오시설로 인식되어 신규시설의 설치와 내구 년 수가 도래한 설비의 대보수에 있어 주민반대에 의한 어려움을 겪고 있으며 매립의 경우 매립연한의 제한적인 요소와 더불어 2018년 시행된 자원순환기본법으로 인하여 매립양의 감소를 위한 해결방안이 필요한 실정이다. 이러한 문제점의 대안으로 가연성 폐기물을 이용한 고형연료(SRF, Solid Refuse Fuel)제조 기술이 도입되어 전국적으로 확대 시행되고 있으며 가연성 폐기물을 이용한 SRF의 생산은 폐자원의 에너지화와 자원순환적인 측면에서 긍정적인 영향을 미치고 있다. 근래 SRF의 생산을 목표로 하는 기술(MBT, Mechanical Biological Treatment)의 도입은 생물학적 처리(BT)가 제외된 기계적 처리(MT) 시설의 형태로 적용되었다. 이러한 기계적 처리 기술 위주의 적용은 높은 함수율의 폐기물이 SRF 제조시설로 반입될 경우 반입량 대비 30~45%가 잔재물로 배출되는 문제를 발생시킨다. 배출된 잔재물은 대부분 매립장으로 보내지게 되며 SRF 생산 효율의 감소와 운영비의 증가를 초래할 수 있다. 또한 SRF 제조시설에서 발생되는 잔재물의 함수율은 40% 이상으로 매립이나 소각에 의한 방법으로 처리할 경우 환경부하와 잠재적 자원의 손실을 가져올 수 있다. SRF 제조시설에서 배출되는 잔재물은 Bio-drying 및 선별/회수 공정을 거쳐 SRF 품질 기준에 도달하는 연료로 재생될 수 있으며 이렇게 제조된 고형연료에 대한 연소특성 실험에 의한 연구결과를 검토할 필요가 있다고 판단된다. 본 연구에서는 Bio-drying 및 선별/회수 공정을 거쳐 재생된 SRF가 에너지원으로 활용가능한지 검토하기 위하여 S시의 판매용 SRF와 본 연구에서 재생된 SRF의 연소특성 실험을 수행하였으며 연소효율, 보일러의 효율, 회재의 발생량과 강열감량, 대기오염물질의 배출량에 대한 연구결과로 재생된 SRF의 활용 가능성을 판단하였다. 연구결과에서 판매용 SRF와 재생된 SRF의 연소효율은 95% 이상으로 큰 차이를 보이지 않았으며 바닥재의 강열감량도 2~5% 수준으로 분석되었다. 대기오염물질은 배출허용기준 이하로 평가되어 환경적인 영향에도 큰 문제가 없는 것으로 확인되었다.

지속가능발전을 위한 자원순환형 사회 구축은 1992년 리우협약 이후 국제사회가 추구해야할 목표로 제시되었으며, 2015년 9월에 개최된 유엔총회에서 리우협약의 논의를 이어받아 ｢지속가능개발목표(SDGs)｣를 통해 환경과 개발의 조화를 강조하고 있다. 우리나라에서는 이러한 동향에 대응하여 2016년에 제3차 지속가능발전 기본계획을 수립하여 폐기물 발생억제, 재사용 및 재활용, 에너지화, 환경적으로 안전한 처리를 위한 폐기물 관리시스템을 구축과 같은 온실가스배출량의 저감과 자원순환형 사회 구축을 위한 노력을 기울이고 있다. 또한 2015년 파리 기후변화협약을 통해 2030년까지 국가온실가스 배출량의 37%(BAU 대비)를 감축한다는 목표를 수립하였으며, 온실가스 감축 중심의 정책에서 시장과 기술 중심의 새로운 패러다임으로 전환되고 있다. 폐기물을 이용한 SRF(고형연료, Solid Refuse Fuel)의 생산 및 활용기술은 국제적 동향의 흐름에 대응하기 위한 기술로써 지속가능발전에서 명시하고 있는 자원순환형 사회 구축과 신재생에너지공급 목표의 달성이라는 두 가지의 정책적 흐름을 반영할 수 있는 효율성을 갖고 있다. 우리나라에서는 2020년 1차 에너지 기준 5.0%를 신재생에너지로 충당하는 것을 목표로 상용기술의 개발을 추진하고 있으며 2012년 기준 폐기물의 비중은 전체 신재생에너지 중 68.4%, 2020년에는 49.8%를 차지할 것으로 예측하고 있어 폐기물을 이용한 자원화와 에너지화에 대한 기술개발이 매우 중요해 질 것으로 판단된다. 본 연구에서는 이러한 국내·외 정책의 흐름에 편승하여 폐기물을 이용한 SRF의 제조설비에서 생산되는 상업용 SRF와 생산과정에서 발생되는 부산물을 가공한 SRF를 이용한 모델링을 수행하였다. 연구의 주요 내용은 연소온도별 배기가스의 조성과 가스상 오염물질의 발생량에 대한 CEA code를 이용한 정적모사이며 각각의 시료에 대한 정적모사를 통해 향후 전용보일러와 같은 SRF 활용 기술의 기초데이터를 확보하기 위해 수행되었다.

범지구적인 기후변화에 대응하기 위해서 세계적으로 화석연료의 사용을 줄이고, 신재생에너지의 사용을 확대하는 추세이며, 이와 관련된 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 신재생에너지 중 폐기물을 이용한 에너지 생산은 가장 높은 비율을 차지하고 있을 뿐만 아니라, 우리나라의 경우 국토면적이 좁아 매립이 용이하지 않고, 폐기물 발생량도 많아 폐기물을 통한 자원화에 대한 활발한 연구는 필수적이라 할 수 있다. 특히 이러한 폐기물 중 도시고형폐기물은 mechanical-biological treatment 처리법을 거쳐 40~50%가량 고형연료화 되고 있다. 하지만 고형연료로 선별 후 잔재물에도 종이, 비닐, 플라스틱 등 가연분이 다량 남아있어 연료화 가능성이 있다고 할 수 있다. 이러한 잔재물은 고형연료제조 시설의 반입 폐기물 중 40%에 육박하고 있는 것으로 나타났다. 하지만, 이러한 잔재물들은 함수율이 40% 이상으로서 수분이 다량 포함되어 있기 때문에 생물학적 처리공정이 결여된 일반 선별시설인 mechanical treatment 설비로는 처리가 불가능하다고 판단된다. 따라서 본 연구에서는 저품위 혼합 폐기물들을 생물학적 처리공법 중 하나인 bio drying으로 폐기물 내 수분을 효과적으로 제거하였으며 비성형 상태의 ‘저품위-SRF’의 연료로서의 가능성을 확인하고자 한다. 이에 ‘저품위-SRF’와 ‘일반-SRF’를 비교 분석 해보기 위해 다양한 기초특성분석(발열량 분석, 공업분석, 원소분석, 열중량 분석)을 진행하여 ‘저품위-SRF’의 연료로서 가치를 알아보고자 하였다.

지속적인 화석 연료의 사용으로 인해 발생하는 환경오염 때문에 대체에너지를 찾는데 많은 연구가 진행되고 있다. 국내에서 발생되는 폐기물은 가연분 함량이 높아 폐기물 고형연료로 생산할 경우 화석원료의 대체제로 사용 가능성이 크다. 이러한 SRF는 최근 주목 받기 시작한 기술로 폐기물을 선별･파쇄 및 건조를 거쳐 생산되며, 국내 SRF의 발열량 기준은 약 3,500kcal/kg 으로 화석연료 및 바이오매스와 비교했을 때 연료로 사용하는데 문제가 없을 정도의 품질기준을 만족시키고 있다. 하지만 SRF의 생산 효율이 60%이하로 낮은 실정에 있어, 연료로 사용가능한 폐기물들이 버려지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 극복하기 위한 방안으로 SRF를 생산하고 남은 잔재물(저품위 폐기물)을 다시 고형연료로 생산하여 열처리 시설에서 에너지 회수 시설에 적용하기 위한 실험의 하나로 저품위 폐기물의 기초특성분과 본 폐기물의 연소특성에 대해서 평가하였다. 실험결과 비록 MBT(Mechanical Biological Treatment) 처리를 거친 저품위 폐기물을 사용했지만 기존 SRF 연소특성과 비교했을 때 좋은 연소특성을 보였으며, 대기배출허용기준 또한 만족하였다. 본 연구에서는 SRF를 이용하여 에너지화 기술 중 하나인 가스화기술을 적용해 실험을 진행하였다. 실험조건으로는 고정층 반응기에서 공기 산화제를 사용하였으며 반응온도와 시료투입량을 900℃와 1g/min으로 고정하였다. 최적 ER(Equivalent ratio)을 찾기 위하여 0.2,0.4,0.6으로 변화를 주었다. 또한, 가스특성을 평가하기 위하여 Micro-GC를 통해 합성가스의 조성을 파악하였으며, 건조가스수율, 냉가스 효율, 탄소 전환율을 가스화특성 평가 인자로 사용하였다.