본 논문은 유기성 폐자원의 하나인 가축분뇨(우분)를 사용하여 고형연료화 가능성을 연구하고자 하였으며 생성물 제작 시 반탄화 방법을 이용하였다. 우분의 낮은 발열량을 개선하기 위해 첨가물을 사용하였으며 첨가물은 임업부산물인 톱밥과 계설성 폐기물인 낙엽을 사용하여 폐기물을 자원화 하고자 하였다. 반탄화 실험 진행 시 반응온도는 200-260℃까지 20℃씩 차이를 두어 생성물을 제작하였으며 반응 시간은 15분, 30분, 45분으로 나누어 생성물을 제작 후 실험 조건이 반탄화 생성물에 미치는 영향을 알고 자 하였다. 첨가물은 우분 대비 9:1, 8:2(우분:첨가물)의 비율로 섞어 시료 제작 후 반응생성물을 제작하였다. 본 실험을 통해 우리나라 고형연료제품 기준인 3,500 kcal/kg에 준하는 생성물을 얻을 수 있었으며, 첨가물을 추가하여 개선된 생성물을 얻을 수 있었다.

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.

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.

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.

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.

우리나와 같이 삼면이 바다인 지역은 연안 해역에서의 대규모 어업활동 및 산업화로 인하여 해상 및 해저의 침적 폐기물, 패각류, 퇴적 오염물 등 해양폐기물 발생량의 증가로 인하여 인류의 정화조라 표현되던 해양은 오염이 날로 심각한 상태에 이르고 있다. 본 연구는 해변에 밀려온 해안폐기물을 대상으로 고형연료 활용 가능성 및 활용 보관, 이동성을 확보하기 위한 펠렛 성형 조건을 분석하였다. 해안폐기물은 그물류, 목재류 등 높은 가연성 물질로 고에너지 고형연료 가능성이 높다. 이를 압축성형을 통한 펠렛 고형연료 생산을 위한 강도별 성형 특성을 분석하였으며, 특히, Polyethylene계 해안폐기물은 펠렛 성형, 형태의 유지 등의 평가를 통해 성형 가능성이 높은 반면 Nylon계 해안폐기물은 성형 형태 유지의 어려움이 있다고 판단된다. 해안폐기물이 고형연료 성형시, Polyethylene는 성형바인더 역할을 수행하여, 압축강도는 350 kg/cm² 이상에서 성형 및 형태 유지가 용이한 조건을 나타냈다. 이렇게 생산된 해안폐기물 고형연료는 높은 Carbon 함량 및 휘발분 함량 등으로 저위발열량은 7,000 kcal/kg이상을 나타냈다.

국내 폐기물 발생량은 급격한 산업화와 인구 증가 등의 요인으로 인해 꾸준히 증가하고 있으며 이에 따라 다양한 폐기물 처리방법이 수행되고 있다. 폐기물 처리방법 중 하나인 고형연료제품 제작은 폐기물 발생을 최소화할 수 있고 폐기물 중 가용 자원의 재활용을 극대화 할 수 있기 때문에 신재생에너지로 간주되고 있다. 고형연료는 고체폐기물 중 폐합성수지류, 폐지류, 폐목재류 등 가연성 물질을 선별하여 파쇄, 건조 등의 처리과정을 거쳐 연료화시킨 것을 통칭하며 소각시설이나 발전시설에서 연료로 사용되고 있다. 하지만 최근 미세먼지 문제가 심각해지면서 고형연료에 대한 부정적 인식이 늘고 있으며 이를 극복하기 위해서는 고형연료가 안전한 제품으로 인식될 수 있도록 다수의 품질기준 적합성 검사가 필요하다. 고형연료 품질기준 중 중금속 함량 분석은 이러한 인식 제고에 반드시 필요한 시험 항목이기 때문에 정확성이 확보되어야 하며 현재 고형연료 품질시험방법에 따른 중금속 분석방법은 전처리 과정에서 고형연료 시료가 완전히 분해되지 않는 문제점이 발견되었다. 본 연구에서는 기존 고형연료의 중금속 함량 분석 방법을 개선하기 위해 마이크로파 전처리 조건의 산 종류, 마이크로파 전력(W), 반응시간에 변화를 주어 이에 따른 17종의 중금속(As, Cd, Pd, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Li, Mg, Mn, Ni, Sb, Sr, Ti, V, Zn)함량 변화를 확인하였다. 대상 시료는 인증표준물질 ERM-EC680k를 사용하였고 마이크로파 전처리를 통해 제조된 액상시료는 유도결합플라즈마 분광분석기(ICP-OES)를 통해 분석하였다.

Waste management has become a very crucial issue in many countries, due to the ever-increasing amount of waste material. Recent studies have focused on an innovative technology, gasification that has been demonstrated to be one of the most effective and environmentally friendly methods of solid waste treatment and energy utilization. In this study, a gasification process has been investigated systematically by numerical simulation, in order to obtain optimum design conditions for a commercial-scale facility of an updraft fixed-bed gasifier. Turbulent flow field was calculated with the incorporation of the proper flow model for turbulence and inertial resistance for the porous region of SRF loading. The calculated temperature and pressure drop (ΔP) at exit of the gasifier were in good agreement with measured values. Next, a detailed thermochemical model was employed to estimate the syngas composition by gasification. Results showed that a better plant solution depends on both the air-fuel ratio (AFR) and the steam and carbon mole ratio (S/C). In this study, the gasification efficiency was best at an AFR of 0.25-0.3 and an S/C below 0.5.

최근 연안 해역에서의 대규모 어업활동과 산업화로 인하여 해상 부유 폐기물 및 해저면의 침적 폐기물, 패각류, 퇴적 오염물 등 해양 폐기물 발생량의 증가로 인하여 해양 오염은 날로 심각한 상태에 이르고 있다. 해양폐기물은 해안으로 밀려오는 해안폐기물, 해수면에 떠다니는 부유폐기물, 바닥에 침적된 침적폐기물, 이렇게 세 종류로 분류할 수 있으며, 이들 해양폐기물은 약 60% 이상은 육상 등 해변에서 발생되어지는 해안폐기물이며 그물류를 포함한 플라스틱이 대부분을 차지하며, 기후 및 지역의 특성에 따라 생활폐기물과 하수, 산업 및 연안의 영향을 받아서 발생하는 폐기물의 특성이 크게 변화한다. 본 연구에서는 섬지역에 발생되는 해안폐기물의 특성을 비교 분석하였으며, 섬의 위치와 계절에 따른 해안폐기물의 발생 특성을 조사하였으며, 발생되어지는 해안페기물의 특성을 분석하여 고형연료 (SRF) 생산 및 활용에 대해 분석하였다. 해안폐기물 발생량은 겨울철 > 여름철 > 가을철 > 봄철 순으로 나타났으며, 그물류가 가장 높은 비율을 차지했으며, 목재류, 비닐플라스틱류, 고무류 등으로 분포하였으며, 이에 따라 발열량은 약 5,200kcal/kg으로 높은 수준이여 높은 질은 나타내고 있다. 지역에서 자연건조된 후 수거한 해안폐기물의 경우는 염소함량이 1.25%로 SRF 기준 2미만으로 나타났다. 단, 대부분의 해안폐기물이 높은 염분을 나타내고 있어 이에 따른 처리 방안은 고려되어야 할 것으로 보인다.

Solid refuse fuel (SRF), which is made of combustible waste, has to pass the government’s rigid standards. The Korean government plans to enhance the ratio of biomass energy to total energy use from 3.17% in 2013 to 4.16% in 2020. In particular, the Korean government aims to raise the ratio of combustible waste converted into SRF from 16% in 2014 to 100% in 2020 by increasing the number of facilities manufacturing and utilizing SRF. We attempt to analyze the external benefits of the expansion using the data obtained from a survey of 1,000 randomly selected households. A choice experiment, an economic technique, is employed here. The attributes considered in the study are ‘improvement of energy security’, ‘reduction of greenhouse gases emissions’, ‘extension of landfill life expectancy’, ‘job creation’, and ‘price’ measured as an additional amount of monthly electricity and heating bills per household. The multinomial logit model, which requires the assumption of the ‘independence of irrelevant alternatives’, is applied. However, the assumption could not be satisfied in our data. Thus, we finally utilized a nested logit model that does not require the assumption. All the parameter estimates, except for ‘improvement of energy security’, in the utility function are statistically significant at the 5% level. The estimation results show that the marginal willingness to pay (MWTP) for one year increase in landfill life expectancy is estimated to be 218.8 won per household per year. MWTP for 100,000 tCO2 decrease in greenhouse gases emission is calculated to be 171.9 won per household per year. MWTP for the creation of a new job is computed to be 10.7 won per household per year.

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.

In recent years, waste-to-energy conversion using municipal solid waste (MSW) has been gaining attention in municipalities. Such conversion can reduce the dependency of non-renewable energy such as fossil fuels by generating solid refuse fuel (SRF) and diverting landfilling of the waste, although there is debate over the efficiency and economic aspect of the practice. With a growing interest in the conversion, D city is trying to adopt all possible measures towards achieving a material-cycle society by constructing a waste-to-energy town by 2018. The waste-to-energy town will be comprised of energy recovery facilities such as a mechanical treatment facility for fluff-type SRF with a power generation plant, and anaerobic digestion of food waste for biogas recovery. In this paper, we focus on estimating the energy recovery potentials and greenhouse gas (GHG) reduction of MSW by waste-to-energy conversion under three different scenarios. The data required for this study were obtained from available national statistics and reports, a literature review, and interviews with local authorities and industry experts. The lower heating value was calculated using the modified Dulong equation. Based on the results of this study, the energy recovery potential of MSW was calculated to be approximately 14,201-51,122 TOE/y, 12,426-44,732 TOE/y, and 8,520-30,673 TOE/y for Scenarios 1, 2, and 3, respectively. The reduction of GHG by such conversion was estimated to range from 10,074-36,938 tonCO2eq/y, depending on scenario. This study would help determine the production rate of fluff-type SRF to be converted into a form of energy. In addition, this study would aid waste management decision-makers to clarify the effectiveness of recycling of MSW and their corresponding energy recovery potentials, as well as to understand GHG reduction by the conversion.

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.