본 연구는 사업장에서 발생하는 폐기물의 고형연료 제조에 관한 것이다. 고형연료제품 생산을 위해 대부분의 제조 회사는 발열량이 높고, 성형하기가 쉬운 필름류 플라스틱을 많이 사용하고 있다. 이에 반해 본 연구에서는 폐합성수지, 폐지, 폐목재, 폐타이어 등 다양한 폐기물을 이용하여 고형연료 제조 가능성을 확인해 보았다.
인천광역시에서 배출되는 종량제봉투 안에는 재활용 가능자원이 4.5% (알루미늄캔류 0.2%, 철캔류 2.5%, 유리류 1.8%), 에너지회수가 가능한 자원이 92.5% (종이류 23.0%, 플라스틱류 15.5%, 가연성 기타류 54.0%) 및 매립이 필요한 불연성 기타류가 3.0%로 분석되었다. 알루미늄캔류, 철캔류 및 유리류는 기존의 매립처리보다 재활용처리가 효과적이며, 종이류와 플라스틱류는 기존의 단순 소각처리보다 폐기물 고형원료 (SRF)로 만들어 에너지회수처리하는 편이 더 효과적이고, 가연성 기타류는 기존의 단순 소각처리가 재활용처리보다 효과적이다. 본 연구에서 제안한 폐자원별 처리방안을 적용하면 2,068,948 Million Btu의 에너지가 절감되고, 21,008 $MTCO_2E$의 온실가스가 저감되는 것으로 분석되었다. 총 에너지 절감량을 경제적 효과로 환산하면 연간 약 422억 원의 비용절감 효과가 있으며, 총 온실가스 저감량을 승용차의 이산화탄소 배출량으로 환산하면 연간 약 4,119대의 운행감축 효과가 있는 것으로 나타났다. 종량제봉투 내 가연성 물질의 저위발열량은 종이류 1,936 kcal/kg, 플라스틱류 5,079 kcal/kg, 가연성 기타류 2,462 kcal/kg로 분석되었다. 종이류와 플라스틱류를 적절하게 혼합한다면 SRF로 활용이 가능하고, 가연성 기타류는 저위발열량이 고형연료 기준을 충족시키지 못하고 구성성분들이 폐기물 고형연료로 사용하기엔 부적절하였다.
RDF 생산 기술은 국내 실정에 맞는 제조 설비로 자체 생산할 수 있는 단계이지만, 사업장 가연성 폐기물에 대한 연료화 설비가 구축된 사례는 드물다. 본 연구에서는 사업장 가연성 폐기물을 대상으로 한 RPF(Refuse Plastic Fuel) 제조 공정의 고형연료 제조 가능성에 대해 검토하였다. 고형연료는 폐합성수지, 폐지 및 폐목재의 지역별 폐기물 발생비율 기준으로 제조되었으며, 제조된 RPF의 물리적 특성을 조사하였다. 대경(대구, 경북)지역을 기준으로 제조된 RPF의 발열량이 가장 높게 나타났으며, 폐지와 폐목재의 첨가량이 늘어날수록 발열량은 감소하였다.
사업장 가연성폐기물은 그 자체의 높은 발열량(3,000kcal/kg 이상)으로 인해 고형연료 원료로 매우 유용하게 사용할 수 있다. 현재 국내 대부분의 고형연료 제조업체는 제조가 쉽고 발열량이 높은 필름류 플라스틱을 주로 사용하고 있기 때문에 본 연구에서는 보다 다양한 폐기물을 이용하여 고형연료 제조 가능성을 알아보았다. 실험에 사용된 폐기물 중에서 폐합성수지, 폐타이어로 제조된 고형연료는 발열량이 6,000kcal/kg 이상을 나타내었으며 폐지, 폐목재가 혼합될 경우 발열량은 감소하였다.
The co-combustion of coal and RPF(Refuse Plastic Fuel) mixture has been experimented in a commercially operating CFB coal boiler and the emissions such as SOx, NOx, TSP and dioxine were measured at the stack. The experimented RPF was supplied by domestic RPF company that is commercially producing RPF pellet from the wasted plastics. Up to 15% of total coal was substituted to RPF and no trouble was happened during normal boiler operation. SOx and NOx concentration was reduced about $15{\sim}20$% and TSP(Total Suspended Particle) was drastically reduced about 30% during co-combustion. Dioxine concentration at mixing ratio of 7.5% was $0.0487ng{\sim}TEQ/Sm^3$ ($O_2$, 12%) that satisfied governmental emission regulation.
일본 전국의 도시쓰레기 배출량은 약 5,020만톤/년(1992년)으로 약 77%가 소각처리되고 최종잔사는 매립처분되고 있으나 최종 처분장의 사용연수가 약 7년으로 도시쓰레기 처분량의 감량이 시급히 요구되고 있다. 이러한 도시쓰레기 중 가연성인 종이, 플라스틱 등이 약 30%를 차지하고 있으며 이들은 연료로 이용될 수 있는 특성을 갖고 있다. 한편 일본의 폐플라스틱 발생량은 1,300만톤/년(1994년)으로이들의 약 23%가 재이용되고 있다. 도시쓰레기의 감량 및 재자원화를 위하여 1995년 6월에 "용기포장 리싸이클법"이 제정되었으며 관련업체별로 폐플라스틱을 회수하여 재이용하고 있다. 또한 최근 플라스틱을 포함한 도시쓰레기를 자원으로 이용하는 material recycle 방책, 유화기술, 소각에너지 이용, 고형 연료화 기술 등의 향후 추진 방향에 대하여 살펴보았다.대하여 살펴보았다.
미국에서의 플라스틱 생산은 93년 현재 317억톤으로 연평균 10%의 증가율을 나타내고 있으며 종류별 사용량은 PET>HDPE.LDPE>PVC>PS>PP의 순서이다. 93년 현재 미국의 도시폐기물 중 폐플라스틱은 약 2,650만톤으로 전체 폐기물 중 8.3wt.% 이며 이중 재활용되는 양은 3.5%인 92만톤에 불과하다. 폐플라스틱의 재활용은 폐플라스틱을 재생하는 방법, 고형화, 액화 및 가스화에 의한 연료화방법, 연소에 의한 에너지 회수 방법으로 나눌 수 있으며 폐플라스틱에 대한 관심의 증가로 92년에는 플라스틱 음료수병의 41%가 재활용되고 있다. 그러나 플라스틱의 재활용시 가장 큰 문제로 수집, 분류 및 정제를 들 수 있는데 혼합 플라스틱의 분리기술이 현실화되지 못해서 현재의 재활용 기술은 비교적 균질한 성분을 대상으로 하고 있으며 공기분류, 하이드로싸이클론, 부상/침전, 탈중합/정제/재중합, 분리용해, 적외선 분석 및 폴리머의 레이저 주사에 의한 분리 등이 연구되고 있다.
유럽에서 RDF기술 확산 동향과 국가별 RDF사용 현황, 각국의 RDF품질표준 및 최근 유럽공통RDF품질표준화 추진현황을 소개하고 RDF사용처별 경제성분석 내용을 소개하였다. 소각로, 시멘트공장 및 석탄화력발전소에서 RDF를 사용할 경우에 열회수량은 시멘트공장이 다소 높게 나타났고 손익평가(cost benefit balance)는 석탄화력발전소가 가장 높게 나타났다. 국내에서 가동 중인 20MW급 순환유동층 석탄화력발전보일러에서 폐플라스틱고형연료(RPF)를 혼합연소하는 기술과 염화수소 및 다이옥신 측정내용을 소개하였다. 전염소량 0.4$\sim$0.6% RPF를 2.5%혼소 시 염화수소는 10ppmv 정도로 분석되었고 다이옥신은 0.003ng-TEQ/$Sm^3$으로 거의 검출이 되지 않았다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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