폐기물이 ‘애물단지’에서 ‘에너지원’으로
-가연성폐기물 에너지化 플랜트 상용화
"산업폐기물 에너지화 플랜트 기술의 상용화 성공으로 우리나라 폐기물 에너지 플랜트 건설 기술을 한단계 업그레이드 시키다"
기존 애물단지였던 ‘가연성 폐기물’을 태워 고효율 에너지로 만들어내는 설비(플랜트)가 우리나라에서 상용화됐다.
한국건설교통기술평가원은 지난 2008년부터 4년간 국내 기업체와 손잡고 ‘산업단지 부존 자원을 이용한 에너지 회수 플랜트’ 사업을 추진하여 에너지 회수율이 70% 이상인 ‘고형연료 에너지화 플랜트’ 상용화에 성공했다.
가연성 폐기물을 기존 플랜트 기술로 처리 시대기오염 배가스 발생 및 잔존 폐기물 발생에 따른 매립량 증가, 폐열 방출에 따른 에너지 회수율 감소 등 문제가 많았으나, 이번에 개발된 산업단지 발생 부존자원(가연성 폐기물)을 이용한 에너지 회수 플랜트는 기존의 문제를 대부분 개선했다.
이제 폐기물도 재활용한다
새로 개발된 에너지 회수 플랜트는 크게 4단계로 구성된다.
1단계로 가연성 고체 폐기물(폐플라스틱 등) 및 액상 폐기물(폐유 등)이 소각용 연료가 될 수 있도록 만들어 주는 ‘전(前)처리 설비’, 2단계로 가연성 폐기물을 태우는 ‘연소설비’, 3단계로 연소로 발생하는 폐열을 모으는 폐열활용설비(보일러), 마지막 4단계로 연소로 인해 발생되는 각종 배가스를 처리하는 ‘배가스 복합처리설비’ 로 구성되어 있다.
플랜트 동작 과정을 보면, 고체상태 폐기물의 경우 관리가 편하고 에너지화가 용이하도록 플랜트 설비에 넣기 전에 파쇄하고 성형하여 압축 형태로 만들고, 액상 폐기물의 경우 압축성형시 혼합하여 성형하거나 연소기내에 직접 투입할 수 있도록 전처리하여 정량투입 장치로 이송된다.
정량투입장치에서는 연소로 연소상태에 따라 폐기물 고형연료 양을 조절하여 투입한다.
연소설비에서는 부존자원연료가 섭씨 1,500도에서 연소되면서 열 에너지로 전환되며, 발생된 에너지는 보일러(폐열활용설비)에서 회수되어 주변 산업단지 내 공장에서 활용할 수 있는 에너지(스팀, 전기)로서 제공하게 된다. 그리고 연소과정에 나오는 유해물질은 배가스 복합처리설비에서 안전하게 처리하여 대기중에 청정공기만을 내보낸다.
연구팀은 플랜트를 개발과정 중 고체 가연성 폐기물을 성형 압축하는 기술을 확보하였고 또한 플랜트 단계를 테스트할 수 있는 시험 설비(Pilot Plant)를 2010년 7월 울산시 울주군 당월리에 구축하여 1년 이상 시험가동을 하였을 뿐만 아니라 폐기물 데이터베이스 구축, 에너지 최적화 소프트웨어도 개발하여 이번에 개발한 플랜트와 접목시켰다.
이 플랜트의 에너지 회수율은 생산된 에너지 기준 70~80% 수준으로 기존 기술대비 매우 높게 향상되었으며, 설비 설치면적도 같은 성능의 설비와 비교하여 기존 플랜트의 50%이하로 줄였다.
플랜트 공정의 정지와 재운전시간까지의 가동 대기시간도 기존의 플랜트 대비 50% 이하로 최소화할 수 있는 등 우리나라의 폐기물 활용 에너지 플랜트 기술을 진일보시켰다.
또한 소각하고 남은 폐기물 잔존양은 아주 적은 수준(강열감량 1% 미만)이며, 비산재(날아다니는 타고남은 재) 발생량도 고형화된 연료를 쓰므로 적은 양만 발생된다. 이와 함께 이 플랜트의 연소설비에서는 기존 소각로와 달리 내화벽돌을 사용하지 않고 운전이 가능할 뿐만 아니라, Compact type의 배가스 복합처리장치를 적용하여 내화벽돌의 축열로 인한 에너지 효율증대, 관리영역의 최소화를 통한 유지관리비 절감, 간소화된 설비구성으로 초기설치비 감소와 같은 다양한 문제해결 방안을 제시할 수 있게 됐다.
특히 이같은 기술을 통해 녹색인증(공랭식 연소기와 복합후처리장치를 결합한 고형연료제품 고효율 에너지회수시스템 기술, 제GT-11-00124호)을 획득하여 우수한 녹색기술로서 다양한 곳에 적용할 수 있는 여건을 확보했다.
가연성폐기물 에너지화 플랜트의 전망
현재 울산 등 영남권에는 석유화학, 철강, 기계, 운송장비, 섬유·의복, 전기전자, 조선 등 다양한 산업단지들이 자리하고 있다. 따라서 이러한 산업단지에서 가연성 폐기물에 대한 에너지 전환 기술을 통해 산업폐기물 배출량을 줄이고 산업폐기물로 생산한 에너지로 주변에 위치한 에너지 이용업체들의 설비를 가동함으로써 석유, 가스 등의 에너지 사용도 절약하는 1석 2조 효과를 누릴 수 있다.
이번 연구는 정부예산이 37억 원, 참여기업이 20억 원 등 총 57억 원을 투입해 시간당 1.5톤의 고형연료를 처리할 수 있는 부존자원 에너지화 플랜트를 상용화했다. 이 설비를 1년간 가동할 경우 생산된 에너지의 판매로 연간 10억 원의 매출 달성이 가능하며 환경 플랜트 사업으로도 연계할 수 있다.
이에 향후 영남권 산업단지에 하루 100톤의 폐기물을 처리할 수 있는 대형 플랜트 17기를 설치해 가동할 경우 3,400억 원 규모의 플랜트 건설 시장 창출은 물론, 연간 950억 원의 에너지 판매 수익과 2,660억 원의 에너지(석유, 가스 등) 사용 절감효과, 폐기물 재활용에 따른 1,380톤 규모의 이산화탄소 배출저감 효과를 창출할 것으로 분석된다.
정부는 2012년까지 가용폐기물의 25%를 에너지로 전환하는 것을 계획하고 있으며, 오는 2030년에는 100% 에너지 전환을 목표로 하고 있어, 이번에 개발된 기술이 이런 정부의 목표에 큰 몫을 담당할 것으로 기대된다.
폐기물 소각을 통한 에너지 생산 대형설비 기술은 독일, 일본, 벨기에, 덴마크, 스위스 등 외국기술에 의존해 왔으며, 국내에서는 자체 기술의 중소형 설비가 대부분이었다. 따라서 이번에 개발된 플랜트 기술을 통해 국내외 기술대체 효과는 물론, 대규모 산업단지에도 적용 가능하다.
또한 소각장, 매립장 등의 기술과 연계한 패키지 또는 신규 조성하는 산업단지에 직접 적용하는 형태로 기술 후발국에 수출도 전망된다.
산업단지에서 발생하는 액상, 부존자원 연료, 고상 폐기물에 대해 복합적인 처리방법으로 에너지화할 수 있는 20ton/day 규모의 부존자원 에너지화 설비(WR2E system)
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