폐기물분야 흐름을 한눈에 본다

2009 폐기물 관리 및 처리 기술 발표회
편집국 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2010-01-06 00:58:04
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폐기물분야의 기술 및 정보 교류를 통하여 교류협력 네트워크의 구축과 폐기물관련 산업 발전에 기여를 목적으로 지난 2009년 12월 3일에서 4일까지 이틀간 제주 풍림리조트에서 ‘2009 폐기물 관리 및 처리 기술 발표회’가 개최되었다.
한국폐기물협회는 수도권매립지관리공사와 공동으로 주최한 본 발표회는 2004년부터 매년 개최되는 기술발표회로서 올해로 6회째를 맞이하고 있다.
올해는 국가 저탄소 녹색성장의 정책기조에 맞추어 최근 대두되고 있는 폐자원 에너지화 및 폐금속자원 재활용분야에 관한 신기술 공유 및 기술협력의 장을 마련한다는 취지로 개최되어 세션별 기술발표회 및 포스터 전시 관람, 폐기물처리시설 견학 등 다채로운 일정으로 진행되었다.
한편 많은 업계 관계자들이 참석하여 폐기물관련 산업 및 기술의 동향을 한눈에 살펴보는 좋은 자리였다는 평가와 함께 높은 호응을 얻었다.
이에 본지는 본세미나중에서 관심이 집중된 8개 세션의 세미나를 써머리 형태로 구성하여 지면 중계한다.

폐기물/바이오매스를 이용한 가스화

1. 가스화의 개요
가스화 (Gasification)는 저 산소 조건에서 연료 (폐기물, Biomass 등)를 가열하여 에너지를 함유하는 가스(주로 CO2, H2) 를 발생시키는 것으로, 이때 발생된 가스는 연소기켜 가스 터빈의 가동 또는 직접 연료로 이용하여 내연기관 (Internal Combustion Engine)의 운전을 이용하여 전기(Electric)나 열 (Steam)을 발생 시킬 수 있으며, 그외 화학공정의 원료, 연료전지의 연료등으로 활용 가능하다.

가스화의 원료로 사용될 수 있는 Biomass는 살아있는 유기체 폐기물의 총칭으로 목재, 음식물 폐기물, 하수 슬러지, 축산 폐기물 등이 포함된다. 또한 생활 폐기물로서 도시 쓰레기가 활용될 수 있으며 산업 폐기물인 폐 합성수지, 가연성 산업 폐기물등이 사용될 수 있다.

2. Gasification의 경제성
1)전 세계적 발생되는 Biomass 폐기물의 에너지 가치는 전세계 에너지 요구량의 8배 정도 이므로 Biomass는 매우 큰 에너지 원이나 현재 전 세계에서 매년 Biomass 발생량의 단지 7% 만이 에너지 원으로 이용되고 있다.
2)국내 가연성 폐기물의 발생량(약 800만톤/년) 중 10%만 위 기술로 가스화 할 경우, 발열량 1300Kcal/Nm3의 합성가스 17.6억Nm3 생산이 가능한데 이는 원유로 236만배럴에 해당하며, 내연기관에 의하여 전기 를 생산 할 경우 8만 MWe의 전력과 100만 MWt의 열의 생산이 가능하다.
3)단위 사업장에서 운영할 경우 폐기물/Biomass 1kg당 1 KWe의 전기와 1.25 KWt의 열의 생산이 가능 하고, CDM (Clean Development Mechanism)의 적용이 가능 하므로 3년 미만으로 투자비용의 회수가 가능 하다.

3. Gasification의 친 환경성
1)Gasification은 처리공정 특성상 발생되는 CO2의 90% 이상이 농축되므로 지구 온난화 물질의 발생이 최소화 된다.
2)반응 온도가 1200℃ 이상이며 후속 배기 가스의 처리 공정이 최소화 되므로 Dioxine의 발생이 거의 없다.
3)처리 잔재물이 Slag형상을 가지므로 소각재에 의한 2차 환경 오염이 없다.

4. 최적의 합성가스 발생
1)폐기물/Biomass 1kg(함수 량 15%) 당 2.2 Nm3의 합성 가스가 발생 가능하다.
2)정제된 가스의 밀도 약 1.027kg/Nm3으로 내연기관의 연료나 기타 용도로 활용시 취급이 용이 하다.
3)발생된 합성가스의 발열량이 약 1200 ~ 1450 kcal/Nm3으로 1kg의 폐기물 /Biomass에서 발생되는 합성가스의 발열량이 목제의 발열량 보다 높다.
4)발생된 합성가스를 연료로 이용하여 내연기관(ICE)에서 CHP(Combined Heat and Power) 활용이 가능하다.
전기 생산 율 : 1.0 KWe/kg 폐기물/Biomass
열 생산 율 : 1.25 KWt/kg 폐기물/Biomas
5)수분 함수량이 30% 인 폐기물/Biomass의 적용에도 가능하다.

5. 결론
지속적인 유가 상승 및 지구 온난화 문제로 현재 국내 뿐만 아니라 전 세계적으로 신, 재생에너지 분야에 많은 연구 및 투자가 이루어 지고 있으나 우리나라의 자연적인 현실로 풍력 및 태양광은 한계성이 있고 또한 발전 원가가 상당히 높아 (풍력 : 187/Kw, 태양열 : 711/Kw) 문제시 되고 있으나 폐기물이나 Biomass의 경우에는 사람이 활동하는 공간에는 항상 발생하므로 훌륭한 재활용 자원으로 인식되고 있다.

발표자 벨트란테크놀로지 박상언
Beltran의 가스화 설비는 열과 전기를 동시에 직접적인 방식으로 생산할 수 있으며 지구 온난화를 예방할수 있는 친 환경기술로 현재 많은 업체들이 개발하고자하는 기술이다. 현재 국, 내외적으로 폐기물의 자원화 방안중 가스화가 가장 효율적인 방법 중 하나로 인식되어 도입을 적극 검토하고 있는 실정이다.

원주시 생활폐기물 에너지화시설 설치 및 운영 사례(2)

원주시는 새로운 폐기물처리시스템을 도입하여 가연성폐기물로부터 이용 가능한 고형연료제품(RDF, Refuse Derived Fuel)을 생산 공급함으로서 생활폐기물의 안전한 처리와 신재생에너지 개발을 통한 자원순환을 촉진하기 위하여 2006년 10월부터 「원주시 생활폐기물 에너지화시설」을 설치 운영하고 있다.
원주시 생활폐기물 에너지화시설에서는 자동화된 기계설비를 이용하여 반입되는 생활폐기물을 파쇄?건조?선별?분쇄?압축성형 등의 공정을 거쳐 펠렛타입(직경15㎜, 길이 50㎜이하)의 고형연료제품(RDF)을 생산한다.
RDF는 보관과 운반이 용이하며, 연소성이 우수하고, 정량투입이 가능하여 시멘트소성로, 화력발전소, 제지플랜트의 소각보일러 등 산업체의 보조연료나 전용보일러가 설치된 시설원예농가, 공공기관 등의 냉?난방연료로 다양하게 활용할 수 있다.
주요 처리공정으로는 ①생활폐기물을 반입?저장하며, 1차파쇄기에 투입하는 반입공급공정, ②1차 파쇄 후 자력선별과 수분이 높은 폐기물을 건조하는 전처리건조공정, ③건조된 폐기물을 1?2차 풍력선별기에서 불연물질과 가연물질로 분리하고 분쇄하여, 철금속 및 비철금속을 선별하는 선별분쇄공정, ④선별분쇄된 Fluff상태의 RDF를 압축성형한 후 제품으로 포장 및 출고하는 성형반출공정, ⑤처리 및 건조공정에 발생하는 유해가스를 처리하는 건조배가스처리공정 등 5단계로 구성되어 있다.
생산된 RDF는 한국환경자원공사의 품질등급 인증 시스템을 거쳐, 원주시청사의 RDF전용보일러에서 시청사의 냉난방연료로 활용하고 있으며, 일부는 시멘트소성로 및 제지플랜트의 소각보일러 등에 보조연료로 공급하고 있다.
본 시설의 가동으로 인하여 원주시는 지난 3년간 4만5천톤의 생활폐기물을 자원화처리 함으로써 매립량 감소로 인하여 41억원의 경제적 효과를 거두었으며, 1만9천톤의 RDF를 생산 공급하여 23억원의 에너지수입 대체효과에 기여하고 있다.
또한 원주시 RDF시설은 국내 최초의 생활폐기물 에너지화시설로 많은 주목을 받고 있으며, 친환경적인 폐기물처리시설로서 설치사업추진 및 운영에 따른 지역주민과의 갈등을 해소시킬 수 있는 장점을 가지고 있어, 폐기물을 위생적으로 안전하게 처리할 뿐만 아니라, 자원이 부족하고, 에너지수입의존도가 높은 현실에서 대체에너지 개발과 보급 촉진의 선두적인 역할을 수행할 것으로 기대하고 있다.
발표자 원주시청 강민수

유기성폐기물병합처리 및 바이오가스 발전시스템 개발

본 연구는 환경부에서 발주하여 폐자원에너지화 및 non-CO2 온실가스 사업단 관리 하에 2008.2.1부터 2014.5.31까지 총 연구비 약 160억원으로 추진 중인 프로젝트이다.
현재 2단계 2차년도(2009.6.1~2010.5.31) 과제를 진행하고 있으며, 한국환경공단에서 유기성폐기물 에너지화를 위한 최적시스템 구축(지역보급형 가축분뇨 에너지화 시스템 개발) 및 CDM 사업화 부분을, 위탁과제로 그린폴라리스에서 유기성폐기물 병합시설에 대한 CDM 사업화 부분을 진행 중이다.
제1세부 주관기관인 (주)대우건설에서 액상부분 혐기성 소화(ESTAR<Eco-STar Anaerobic Reactor> 반응조 개발)와 소화가스 발전부분을, 위탁과제로 충북대학교에서 바이오가스 정제기술개발을 추진 중이며, 제2세부 기관인 금호산업(주)에서 고상부분 혐기성소화(KH-ABC<Kumho-Anaerobic Biogas Cogeneration> 반응조 개발)와 소화폐액 처리공정을, 위탁기관인 서울시립대학교에서 악취저감 제어 공정 부분을 담당하고 있다.
ESTAR 반응조의 경우, ①반응조 내에서 Active Methane Microorganism을 다량으로 배양 가능 ②Gas 유출 감소 및 소화효율 향상 ③유출수의 재순환 시스템을 통해서 최적의 효율 유지 ④기존공정에 비해 소요부지가 최소화 될 수 있다는 장점을 가지고 있음. KH-ABC 반응조의 경우, ①소화조 상부 생물탈황시설 설치에 의한 비용절감 ②조내 내부분할에 의한 완충효과 기능 ③고농도 처리에 적합한 수평형 소화조로 상하교반방식 채택 ④하단 여재와 교반 궤적에 의한 Dead space를 최소화 할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
악취저감을 위하여 2단 약액세정탑, 바이오필터 처리 공정을 계획 중이며 실시간 악취센서를 설치하여 악취 저감효율을 평가할 예정이다.
현재 이러한 공정들을 Package화한 Pilot plant(2톤/일)를 밀양하수처리장 내에 설치하여 운영 중이며, 안정화 단계 완료 후에는 음식물류폐기물의 투입량을 점진적으로 늘려 투입할 예정이다.
향후 Pilot plant 운전에 의한 최적 운전조건을 도출 후 약 100톤/일 규모의 실증화 Plant를 설치할 예정으로 협의 진행 중에 있다.
개발기술의 사업화 전략으로 ‘13년까지 전국 8개권역 14개소에 ‘권역별 환경에너지타운 조성, ’10년까지 에너지자립형 하수도 시범사업 3개소 및 ‘20년까지 저탄소 녹색마을 600개 조성사업에 본 개발기술을 적용시켜 나갈 계획이다.
발표자 환경관리공단 이기형

유기성폐자원(음식물폐수, 가축분뇨)의 바이오가스에너지화 기술

국제협약에 따라 오는 2012년 이후에는 유기성폐기물의 해양투기가 전면금지되면서 전량 육상처리가 시급하다.
현재 가장 활발히 진행되고 있는 대안은 유기성폐기물을 이용한 바이오가스에너지화 기술로서 메탄발효를 통해 바이오가스를 생산하고 이를 이용하여 가스발전, 지역난방, 차량연료화 사업등 부가적인 사업도 영위할 수 있는 기술이다.
가축분뇨나 음식물폐수와 같은 유기성폐기물 처리시설은 단위사업장 내에서 다중의 목적을 달성해야 하는 시설이므로 반입폐기물의 기질에 대한 정확한 이해를 바탕으로 최적의 공정을 구성하여야 하는 바 처리공정기술이 대단히 중요하다 할 수 있다. 특히 음식물폐수는 고농도이면서도 그 태생이 한국인이 즐기는 음식인 김치, 장류 등 염장음식에서 기인하고, 특히 김치에 함유된 젖산균(Lactobacillus)은 강산인 젖산을 만들기 때문에 pH가 3.5~3.7정도인 강산성을 띠고 있다.
당사의 EGBIOS 공법은 바이오가스에너지화기술의 핵심인 혐기성소화공정의 전처리로 고온호기성소화공정(ATAD)을 결합한 Dual Digestion 기술로서 가장 이상적인 바이오가스 생산기술이라 할 수 있다.
강산성의 음식물폐수는 혐기성소화를 위한 pH조절을 위해 다량의 약품 투입이 불가피하지만, ‘Dual Digestion을 이용한 EGBIOS공법’은 고온호기성미생물에 의해 pH가 7.5대로 자동상승하여 약품설비를 위한 시설투자비나 유지관리비가 필요없다.
또한 호기성미생물이 유기물을 분해하는 과정에서 발생되는 산화열로 반응조 운전온도를 60℃까지 외부 가온없이 끌어올릴 수 있는 장점이 있어, 이는 현재 여러 처리장에서 겪고 있는 젖산균(Lactobacillus)에 의한 pH 및 소화효율 저해요인을 고온살균을 통해 해결하였다.
EGBIOS 공법이 적용된 실증시설은 ‘안산시 음식물쓰레기 자원화시설’이 있으며 현재 종합시운전을 끝내고 준공을 앞두고 있다.
하루 160톤의 음식물폐수를 처리할 수 있는 이 시설은 당사의 ‘Dual Digestion을 이용한 EGBIOS공법’으로 시공되어 있고 7,018㎥의 바이오가스를 생산하여 1,300가구의 소비전력에 해당하는 일일 13,415kW의 전력을 생산하고 탈취설비의 열원으로도 사용되고 있다. 생산된 전력은 처리장내 소비전력으로 사용되고 있으며 탈취설비 열원사용에 따른 대체연료 절감효과는 년간 844백만원에 이른다.
그 외에도 Dual Digestion을 이용한 EGBIOS공법은 포천, 장성 등 다수의 지자체에서 계획하고 있는 바이오가스에너지화시설에 설계반영되어 있으며, 대형건설사들과 협력관계 구축으로 활발한 기술영업을 진행중 이다.

발표자 (주)엑사이엔씨 최연풍

폐휴대폰 회수 및 처리 기술

근래, 전자산업과 통신기술의 발달로 인해 휴대폰 보급량(세계 약 12억 대/2008년)이 급속히 증가하고 있으며 사용주기가 짧아 폐휴대폰 배출량도 급격히 증가하고 있다. 사용 후 폐기되는 휴대폰에는 금(320g/ton), 은(2,500g/ton), 팔라듐(20g/ton), 동(10%), 코발트(3%)와 같은 고가의 금속이 함유되어 있으며 일반 금광석 중의 평균 금 함량 4g/ton보다 80배나 높다.
귀금속 및 희유금속 자원이 거의 없는 국내의 실정으로 폐휴대폰은 귀중한 자원일 뿐만 아니라 납, 비소와 같은 유해물질도 함유되어 있어 환경보전의 측면에서 리싸이클링이 불가피하다. 서구 선진국에서는 일찍부터 폐휴대폰 재활용기술을 개발하여 대량 처리하고 있으며, 최근 자원부족 우려와 함께 각국에서는 국가간 폐전자제품 확보 경쟁이 치열하다.
국내에서도 2005년부터 폐휴대폰을 생산자책임재활용제도(EPR) 의무품목에 포함시켜 이동통신판매자, 지자체, 수집업자 등을 통하여 회수한 후, 재자원화업체에서 처리하거나 중고폰으로 해외수출 또는 국내 임대폰으로 활용되고 있다. 2008년 국내 휴대폰 판매대수는 2,371만 대였으나 폐휴대폰 회수량은 396만대로 보급대수 중 15~20% 정도만 회수 처리되고 있으며 나머지 대부분은 가정에 방치되거나 다른 쓰레기와 함께 버려지고 있다. 또한 2008년 세계 휴대폰 보급량은 약 12.3억대로 해가 갈수록 폐휴대폰 발생량도 증가할 것이다.
국내 폐휴대폰 처리공정은 수거된 폐휴대폰을 수작업에 의해 본체와 배터리를 분리/선별하여 본체는 파쇄기에서 일정 크기로 파쇄한 후 동제련소에서 제련원료로 판매되어 금, 은, 동으로 회수 되고 배터리는 배터리 재활용업체에서 처리되어 코발트로 회수된다. 한국지질자원연구원에서 물리적처리+습식처리에 의한 회수기술이 개발되어 코바사에서 파이롯테스트을 완료하였으며, 리싸이텍코리아에서는 폐배터리에서 양극활물질을 분리?농축하는 물리적선별 설비를 설치(80톤/월 처리)하여 가동 중에 있고 2010년 습식정제설비를 설치할 예정이다.
일본의 경우 판매전문매장을 통하여 폐휴대폰이 수거되어 리싸이클링사업자를 통해 재자원화되고 있으며 2008년 617만대가 회수되어 처리되었다. 한편, 유럽에 있는 유미코어사에서는 폐휴대폰 본체를 용융로(Smelter)에서 동과 함께 처리하여 함유금속을 회수하고 폐배터리의 경우 플라즈마로에서 고온 용융한 후 습식 분리?정제하여 고순도 금속으로 회수한다.
향후, 가정 또는 사회에 다량 방치되어 있는 폐휴대폰 수거를 위한 시스템구축 및 폐배터리에 함유된 유가금속(Co, Li, Cu, Ni, Mn등)을 회수하기 위한 양산설비의 구축이 시급하다. 또한, 부존자원이 빈약한 전략물질 및 희유금속의 비축사업이 외국에서는 활발히 진행되고 있으나 국내에서는 상대적으로 미약한 실정이다. 가까운 장래에 국가간 자원확보를 위한 경쟁이 더 치열해 질 것이며 이에 대비하여 국내 재활용업체의 매입경쟁력 차이로 인해 해외로 유출되는 스크랩이 많으며 이를 방지하기 위한 정부의 법적 대책과 국내재활용업체에 대한 보조금지원이 시급한 실정이다.

발표자 (주)리싸이텍코리아 최준철


폐열보일러 구조 변화를 이용한 스팀 생산 극대화

산업폐기물을 소각 하는 과정에서 발생 하는 고온의 소각 배출가스의 온도(약 1100~ 1200℃) 를 냉각 시켜 방지설비에 유입시키기 위하여 소각로 연소실과 방지시설 중간에 열을 회수 할수 잇는 설비를 (보일러) 설치하여 운영 하고 여기서 얻어지는 에너지(증기)를 자체적으로 사용 하거나 인근공장에 공급하여 에너지 절약 및 에너지 비용의 역할을 하고 있다
이때 소각로의 벽체, 덕트 에서 손실되는 열이 약 15 ~ 20% 정도에 이르게 된다.
손실되는 열을 회수하기 위하여 기존의 소각로 구조와 보일러의 구조를 변형하여 손실되는 열을 최소화 하고 에너지 생산의 양을 약 15 ~20% 정도 증가시켰다
또한 보일러에 공급되는 용수를 열교환후 얻어지는 용수를 사용함으로써 용수의 낮은 온도에서 손실되는 열을 제거하여 증기의 생산량을 증가시켰다.
이렇게 해서 얻어진 에너지는 4개의 공장과 1개의 아파트 지구에 공급을 하여 이들이 필요로 하는 에너지를 당사에서 생산된 에너지로 대체하게 하여 에너지생산설비의 불필요 에너지 생산비용의 최소화를 유도하였으며 에너지 생산을 하는 과정에서 발생되는 여러 가지의 환경적 요인을 제거 할 수 있도록 하여 정부 정책인 저탄소 녹색성장 에 기여를 하고 있다고 보며 참고로 금년 당사에서 이들 업체에 공급한양은 약 65,000톤에 이르고 있다.
이를 비용으로 환산하면 약 35억 원의 비용 (당사 회수 비용 +수요처 절약 비용)을 절약하고 있으며 또한 환경적 여러 유해요인을 발생시키지 않게 하여 자원순환의 역할과 환경 친화적인 역할을 동시에 수행할 수 있었다.

발표자 (주)케이비텍 윤중현

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