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Bottom Ash의 미연탄소 에너지화 및 친환경 건설재료 생산시스템 개발
  • 작성자선광웅
  • 연구기관동아대학교 에너지·자원공학과
  • 조회수2917
  • 작성일2017-12-28
  • 연구책임자 첨부된 이미지가 없습니다. 강헌찬
  • 소속기관동아대학교 에너지·자원공학과
  • 연구기간2013 ~ 2017
  • 이메일/연락처 /

화력발전소에서 발생하는 석탄회 중 10~15%를 차지하는 바텀
애쉬는 연소되지 않은 탄소(미연탄소)가 함유돼 있어 건설재료로
활용시 콘크리트가 검게 변하거나 강도를 저하시키는 등의 문제
가 발생했다. 따라서 바텀애쉬를 매립하는 비용만 1천억원대를
지불했고 무엇보다 환경문제를 유발한다는 지적이 끊이지 않았
다. 바텀애쉬의 재활용을 위한 첫 번째 조건은 미연탄소 정제기
술인데 이 기술이 상용화되면 건설업계에겐 바텀애쉬가 잔모래
와 경량골재의 신규 공급원이 될 수 있고, 화력발전소 입장에선
석탄재가 새로운 수익원으로 떠오를 전망이다.


□연구목적


화력발전소에서 별도의 정제 없이 매립되고 있는 바텀애쉬로부터 미연탄소를 정제하여 발전소 에너지 연
료로 재사용하며 정제된 바텀애쉬는 친환경 건설재료 및 건설용 골재로도 활용이 가능하다. 기술 사업화
를 위해 하동 화력발전소 내 바텀애쉬 미연탄소 정제 파일럿시스템을 구축, 사업화 공장 착공을 목표로
한다.


□주요성과


친환경적인 시약 개발로 경제성 확보
기존/해외연구에서는 석탄회 정제과정에서 사용된 포수제(광물표면을 소수성으로 만들어 주는 시약)는 1,250
원/1L인 kerosene을 사용했지만, 본 연구에서는 400원/1L인 자체 시약을 개발, 광물성 오일에서 식물성
오일로 사용함으로써 친환경적이면서도 비용이 1/12에 불과하여 경제적이며 선별효율이 약 60% 우수
하다.


새로운 발전소 에너지 연료로 활용
선진국에서 사용하는 시약인 kerosene을 포수제로 사용한 경우에는 회수된 미연탄소의 발열량이 4,800
cal/g 이하로 품질이 낮지만 본 기술을 통해 개발된 kerosene는 가격의 1/3 수준인 친환경적인 시약을
사용하여 무려 6,100cal/g의 미연탄소를 회수할 수 있다. 회수된 미연탄소를 발전소 에너지 연료 (화력발전
소 석탄 기준 : 4,800~5,500cal/g) 로 활용할 수 있어 석탄수입대체 효과도 기대할 수 있다.


우수한 건설재료로 활용 가능
기존 및 해외 연구에서는 낮은 미연탄소의 선별효율로 인해 정제 후 바텀애쉬 내 미연탄소가 약 20% 함유
되어 있어 건축재료로 활용 시 강도저하의 문제가 있었다. 하지만 본 연구에서는 정제된 바텀애쉬 내 미연
탄소 함량이 0.25%(KS 규격 5%)로 우수한 건설재료로 활용할 수 있음을 확인하였다. 정제된 바텀애쉬를
활용해 콘크리트 양생과정에서 강한 다짐 및 증기 양생 시 일반벽돌보다 약 50% 강도가 향상되는 것을 확
인하였다.


바텀애쉬 미연탄소 애너지화기술 사업화 추진
2018년도 1월부터 자원순환기본법이 시행됨에 따라 국내 10개 이상의 주요 화력발전소에 기술을 확대 보
급할 계획이다.


□연구의 차별적 특징


Bottom ash 정제기술의 우수성
해외 선진국에서는 Kerosene을 포수제로 사용하여 회수된 미연탄소가 최대
4,800 cal/g으로 품질이 낮으며 정제된 바텀애쉬의 미연탄소가 약 20% 함유
되어 있었다. 하지만 본 기술을 통해 정제 과정에서 약 6,100 cal/g 이상의 미
연탄소를 회수하여 발전소 에너지 연료로 활용이 가능하며 정제된 바텀애쉬
의 미연탄소가 0.25%로 친환경 건축재료로 활용이 가능하다.


정제 효율 높고 경제적
기존기술은 바텀애쉬를 정제하기 위해서는 1,250원/1L의 광물유를 사용했
다. 높은 비용을 지불한 것에 비해 정제 효율은 낮고 선별 공정도 여러 단계를
거쳐야 해 에너지 소비량도 많았다. 이에 반해 개발된 기술은 400원/1L 폐식
물유를 사용해 경제적이고 미연탄소 함량을 0.5% 이내로 정제하여 정제 효율
도 높혔다. 선별 공정도 간단하여 해외 기술에 비해 생산 비용이 1/12 정도 해
결된다.


매립지 건설비용 감소와 환경문제 해결
매립지 바텀애쉬의 재활용을 통해 매립지 확보를 위한 추가 건설비용이 필요
없고 환경문제도 해결된다. 또한 기존 매립지의 바텀애쉬를 정제하면 매립지
를 산업단지 및 주거단지로 활용할 수 있다.


□연구 성과의 파급효과


● 기술부문
석탄 수입 대체효과 및 고부가가치 건축재로 활용
해외기술의 경우 낮은 선별효율로 인해 회수된 미연탄소가 4,800cal/g으로
에너지 연료로 활용이 불가능했지만, 본 기술을 통해 매립지 바텀애쉬 정제
과정에서 미연탄소를 6,100cal/g 이상으로 회수할 수 있어 화력발전소 에너
지 연료로 활용할 수 있다. 또한 회수된 미연탄소를 에너지 연료로 활용해 연
간 400억원의 석탄 수입 대체효과도 얻을 수 있다. 정제된 바텀애쉬를 건설용
골재로 활용하면 동남권 지역의 골재 및 흙 공급부족 현안문제도 해결할 수
있다.


● 사회경제사업화부문
국내 전국 화력발전소 기술이전을 통한 이익 창출

하동 화력발전소를 대상으로 본 기술의 경제성 평가를 실시한 결과, 바텀애쉬
정제 공장 운영 시 하루 수익금은 약 2천만원/day로 약 60억원/1년의 수익이
발생하며 본 기술을 국내 10개 이상의 주요 화력발전소에 기술이전 시 60억
원 × 10개소 = 약 600억원/1년의 이익이 발생한다. 또한 국내 화력발전소를
대상으로 바텀애쉬 정제시스템 설비를 기술이전 할 경우, 약 50억원 × 10개
소 = 500억원의 매출이 발생한다.​

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