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1 발간등록번호 유기성폐기물을이용한에너지제품의품질기준설정방안연구 환경부

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3 제출문 환경부장관귀하 본보고서를 유기성폐기물을이용한에너지제품의품질기준설정 방안연구 용역의최종보고서로제출합니다 년 10 월 환경관리공단이사장 연구책임자 : 이종연팀장 ( 환경관리공단 ) 연구참여자 : 김상중차장 ( 환경관리공단 ) 오승환과장 ( 환경관리공단 ) 강석형과장 ( 환경관리공단 ) 김필균계장 ( 환경관리공단 ) 강석재계장 ( 환경관리공단 )

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5 목 차 제 1 장서론 1 1. 연구배경및목적 3 2. 연구주요내용및범위 5 3. 연구의기대효과 6 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 7 1. 폐기물발생및처리현황 9 2. 에너지화방안및국내적용사례 유기성폐기물에너지화가능량예측 30 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 정책방향 하수슬러지고형화연료사례 바이오가스사례 58 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 에너지회수기준조사 에너지관련국내법규및제도검토 폐기물관련법규및제도검토 바이오가스연료화관련법규및제도검토 90 -i-

6 5. 제품기준설정기준항목평가 폐기물에너지제품의환경성평가 유기성폐기물품질기준 ( 안 ) 114 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 개요 관리방안 131 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 관련법령및제도적인사항 활성화를위한인센티브방안 146 제 7 장연구주요결과 유기성폐기물에너지화가능량예측 유기성폐기물에너지화사례 관련법규검토 폐기물에너지제품의환경성평가 에너지제품의품질기준 폐기물에너지제품의적정관리방안 폐기물에너지이용 보급촉진방안 167 부록 i-

7 < 표차례 > < 표 1.1-1> 총 1차에너지공급중신재생에너지의비중 ('06년기준 ) 3 < 표 1.2-1> 주요연구내용 5 < 표 2.1-1> 폐기물종류별추정발생량전망 10 < 표 2.1-2> 2006년폐기물처리현황, 폐기물에너지대책환경부 < 표 2.1-3> 부분별폐기물처리전망 11 < 표 2.1-4> 음식물류폐기물발생현황추이 12 < 표 2.1-5> 음식물류폐기물처리방법별처리현황 12 < 표 2.1-6> 음폐수발생및처리현황 ('07) 13 < 표 2.1-7> 음폐수발생및처리량변화추이 13 < 표 2.1-8> 가축분뇨발생및처리전망 14 < 표 2.1-9> 하수슬러지발생량현황및전망 15 < 표 > 2007년도하수슬러지처리현황 15 < 표 > 시 도별하수슬러지관리계획 16 < 표 > 유기성폐기물에너지화잠재량 17 < 표 2.2-1> 공주시슬러지연료화시운전개요 22 < 표 2.2-2> 현재추진중인하수슬러지연료화사업개요 23 < 표 2.2-3> 국내매립가스자원화시설설치 운영현황 26 < 표 2.2-4> 가축분뇨의혐기소화운영사례 27 < 표 2.2-5> 하수처리장의소화가스발전적용사례 ('08.5 현재 ) 28 < 표 2.2-6> 유기성폐기물의병합처리를통한에너지화시설 ( 07) 29 < 표 2.2-7> 음식물쓰레기자원화및에너지화내용 29 < 표 2.3-1> 하수슬러지의에너지화가능량예측 30 < 표 2.3-2> 음식물류폐기물의에너지화가능량예측 31 < 표 2.3-3> 권역별매립장별매립가스발생량 ( 추정 ) 33 < 표 2.3-4> 유기성폐기물별에너지화가능량예측종합 33 < 표 2.3-5> 바이오가스생산에따른유기성폐기물별에너지화가능량예측 34 < 표 3.1-1> 선진국의주요바이오에너지정책사례 38 - i-

8 < 표 3.1-2> 네덜란드보급제도변화추이 40 < 표 3.1-3> 유럽국가들의주요정책및바이오에너지이용현황 42 < 표 3.1-4> 미국의바이오에너지국가비전 43 < 표 3.1-5> 미국의주요바이오에너지개발정책 44 < 표 3.2-1> 히다쯔조센의슬러지연료성분조성결과 47 < 표 3.2-2> 기타유럽국가의화력발전소바이오매스혼소현황 54 < 표 3.2-3> 우리나라의고형폐기물연료와독일, 일본슬러지연료의비교 57 < 표 3.3-1> 유기성폐기물의바이오가스화주요선진기술연구개발동향 58 < 표 3.3-2> 유기성폐기물의바이오가스생산을위한대표적혐기공정 59 < 표 3.3-3> 유럽국가및일본의바이오가스플랜트설치현황 60 < 표 3.3-4> 미국의유기성폐기물통합처리상용화기술보유기업 61 < 표 3.3-5> 정제되지않은바이오가스와천연가스의품질기준 62 < 표 3.3-6> SS 에의한스웨덴바이오가스품질기준 63 < 표 3.3-7> 스위스의가스주입품질기준 64 < 표 3.3-8> 독일기준 (G260/G262) 에의한가스주입조건 64 < 표 3.3-9> 프랑스의가스주입품질기준 65 < 표 > 정제되지않은바이오가스와천연가스의품질기준 66 < 표 > 정제및정제되지않은바이오가스의성분 67 < 표 > 바이오가스의평균성분비교 70 < 표 > 고든버그바이오가스의성분 71 < 표 4.1-1> 에너지회수기준에대한제도의운영체계 75 < 표 4.1-2> 에너지회수기준의검사방법및절차등에관한규정제정고시의용어정리 76 < 표 4.1-3> 에너지기본법에따른에너지의정의및열량환산기준 78 < 표 4.4-1> 저공해자동차의구분 90 < 표 4.4-2> 수도권특별법시행규칙제3조에따른 2종저공해자동차의배출허용기준 91 < 표 4.4-3> 대기환경보전법의자동차연료제조기준관련규정 92 < 표 4.4-4> 도시가스사업법의도시가스공급관련규정 94 < 표 4.4-5> 하수슬러지연료의기준항목및규격의기본방향 95 < 표 4.4-6> 입법예고중인천연가스자동차연료제조기준 ( 안 ) 96 -iv-

9 < 표 4.4-7> 바이오가스자동차연료제품의기준항목및규격의기본방향 97 < 표 4.4-8> 바이오가스의도시가스연계를위한기준항목및규격의기본방향 97 < 표 4.5-1> 슬러지고형연료연소시배출가스분석 103 < 표 4.5-2> K사의슬러지건조연료화실증시설대기오염물질시험결과 104 < 표 4.5-3> 슬러지연료연소배출가스의환경분석결과 105 < 표 4.5-4> 하수슬러지의중금속분석결과 106 < 표 4.5-5> 하수슬러지중금속용출실험결과 107 < 표 4.5-6> 오염물질별대기오염의사회적한계비용 (UNEP) 110 < 표 4.5-7> 오염물질의사회적한계비용 (UNEP+KAIST) 111 < 표 4.5-8> 차종별연비및연간연료사용량 112 < 표 4.5-9> 연료별출력당배출계수 112 < 표 > 차종별연간오염물질배출량 112 < 표 > 차종별대기오염물질별사회적비용 113 < 표 4.6-1> 하수슬러지발생원별발열량현황 115 < 표 4.6-2> 하수슬러지의원소분석및발열량분석 119 < 표 4.6-3> 슬러지연료별발열량및고정탄소 휘발분의비율 120 < 표 4.6-4> 슬러지연료의환경성관련품질기준 : 건조된상태기준 122 < 표 4.6-5> 슬러지연료품질기준 122 < 표 4.6-6> 바이오가스의자동차연료제조기준 125 < 표 4.6-7> 입법예고중인천연가스자동차연료제조기준 ( 안 ) 125 < 표 4.6-8> 바이오가스의도시가스연계를위한기준항목및규격 127 < 표 6.2-1> 환경및신재생에너지시설관련정부의국고보조금지원현황 146 < 표 6.2-2> 정부의발전차액제도현황, 에너지관리공단신재생에너지센터 148 < 표 7.1-1> 유기성폐기물에너지화잠재량 153 < 표 7.1-2> 유기성폐기물에너지화가능량예측종합 154 < 표 7.1-3> 바이오가스생산에따른유기성폐기물별에너지화가능량예측 154 < 표 7.2-1> 기타유럽국가의화력발전소바이오매스혼소현황 155 < 표 7.2-2> 유기성폐기물의바이오가스생산을위한대표적혐기공정 156 < 표 7.4-1> 차종별연간오염물질배출량 162 -v-

10 < 표 7.5-1> 슬러지연료품질기준 163 < 표 7.5-2> 차량연료용품질기준 164 < 표 7.5-3> 바이오가스의도시가스연계를위한기준항목및규격 164 -vi-

11 < 그림차례 > < 그림 1.1-1> 국제유가추이 3 < 그림 2.1-1> 국내총폐기물발생현황, 톤 / 일, 환경부 < 그림 2.1-2> 2006년폐기물처리현황 10 < 그림 2.2-1> 유기성폐기물의에너지화방안 18 < 그림 2.2-2> 하수슬러지의연료화처리기술의도입배경 20 < 그림 2.2-3> 슬러지의연료화처리기대효과 21 < 그림 2.2-4> 슬러지연료화처리시스템의전체공정개요도 22 < 그림 2.2-5> 공주시슬러지연료화실증설비동 23 < 그림 2.2-6> 수도권매립지관리공사광역바이오에너지사업공정개념 ( 안 ) 24 < 그림 2.2-7> 매립가스자원화공정 25 < 그림 2.2-8> 수도권매립가스발전소 26 < 그림 2.2-9> 바이오가스생산공정도 28 < 그림 3.2-1> 히다쯔조센의슬러지연료화설비 : 브라질상파울로 48 < 그림 3.3-1> The Marquette sewage treatment plant 67 < 그림 3.3-2> Henriksdal gas treatment plant 68 < 그림 3.3-3> CBG filling the first biogas vehicle at the pilot plant 69 < 그림 3.3-4> AMA Biomethane waste trucks at Malagrotta biogas filling station 70 < 그림 4.6-1> 하수슬러지수분함량및발열량관계 116 < 그림 4.6-2> 회분과슬러지고형연료열량과상관관계분석 117 < 그림 4.6-3> 슬러지의유기물함량에따른발열량의변화상관관계 118 < 그림 4.6-4> 슬러지의탄소함량에따른발열량의변화상관관계 119 -vi-

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13 제 1 장서론 -1-

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15 제 1 장서론 제 1 장서론 1. 연구배경및목적 국제적으로연료의대부분은휘발유, 경유등의화석연료들이공급되고있다. 화석연료는지난수세기동안산업및경제의원동력역할을하며국가산업및가정용 수송용등부문별연료로서역할을해왔으나그매장량이점차줄어들고있어고갈에대비한준비가요구되는상황이다, 원유의경우매장량은가용연수가약 40 년정도로서이미한계가가까워지고있으며, 최근에는가격이폭등하면서화석연료를대체하기위한국가별대체에너지개발에대한욕구가더욱증가되고있는상황이다. < 그림 1.1-1> 국제유가추이 특히우리나라의경우에너지공급에대한해외의존도가높음에따라재생에너지의 개발이시급함에도불구하고 2006 년기준재생에너지의비중이약 2.24% 로서타선진 국과비교하여매우미약한수준이다. < 표 1.1-1> 총 1차에너지공급중신재생에너지의비중 ('06년기준 ) 연 도 총1차에너지 ( 천toe) 208, , , , ,372 신재생에너지공급비중 (%) 신재생에너지합계 1) (toe) 2,917,330 4,437,428 4,582,407 4,879,211 5,225,192 1) 2006 년신 재생에너지통계 (2008, 에너지관리공단신재생에너지센터 ) -3-

16 제 1 장서론 한편, 국제환경협약인런던협약에따라그동안국내에서발생하는유기성폐기물의주요처리방안의하나였던해양배출에대한규제가강화됨에따라정부에서도국내발생하는유기성폐기물의육상처리를위한분야별대책을수립하여단계적인계획을추진하고있다. 정부에서마련한가축분뇨, 하수슬러지및음폐수등종류별유기성폐기물육상처리방안에는다양한대책들을담고있으며, 그중의하나가에너지화방안이다. 즉, 폐기물을적정하게가공 처리하여연소할수있는가연연료또는소화를통한바이오가스를생산함으로서연료로활용하고자하는에너지화방안을담고있다. 또한, 폐기물은처리과정에서최근국제적이슈가되고있는기후변화원인물질의하나인메탄을생성시킨다. 따라서이들을에너지원으로활용하는경우국내주요온실가스배출원을차단하는효과는물론에너지를생산함으로서국가온실가스감축에크게기여함과동시에에너지공급의자립도를제고시킴으로서국가의지속가능한개발에기여할수가있다. 아울러폐자원을활용한에너지생산은국가환경개선효과에도기여할뿐만아니라정부에서추구하고있는자원순환형사회건설에도부합하는것으로평가된다. 이러한배경하에서폐기물을활용한에너지생산은당연한사회적 정치적요구임에도불구하고국내의경우이들을에너지로활용하기위한제도적기반이미약한것으로평가된다. 국내의경우폐목재류를활용한고형연료의에너지화방안은일부추진된바는있었으나, 공급자및수요자간의품질및가격등에대한입장차이로활성화에는성공하지못한것으로평가된다. 따라서현재정부에서추진하고있는 폐기물에너지화종합대책 (2008.5) 과연계하여조만간에너지로생산될여지가있는폐기물에너지에대한활성화대책마련이필요하며, 이를위해서는폐기물의에너지화를위한기술여건을비롯하여환경성, 사회적타당성, 공급안정성등전체적인지속가능성의분석이선행되어야하므로이러한부분에서본연구의필요성이있다. 본연구에서는폐기물에너지중현재상용화단계에있어국내보급을준비하고있는하수슬러지의고형연료화및바이오가스의도시가스및수송용연료로사용하기위한적정품질기준을제시함으로서폐기물에너지화의보급타당성및활성화에기여하는것을목적으로하고있다. -4-

17 제 1 장서론 2. 연구주요내용및범위 가. 주요연구내용 < 표 1.2-1> 주요연구내용 분야연구내용가. 유기성폐기물을원료 국내유기성폐기물발생량, 처리방법및에너지화잠재량분석로하는에너지의종류 유기성폐기물의종류별에너지화방안및현국내적용사례조사및발생량전망 유기성폐기물의에너지화 ( 건조고형연료, 바이오가스등 ) 가능량예측 선진국의유기성폐기물에너지화관련주요정책및제도조사나. 유기성폐기물에너지화 유기성폐기물에너지화관련품질기준및에너지회수기준조사에대한선진사례조사 유기성폐기물에너지화제품의특성분석다. 국내적용가능한유기성폐기물에너지제품 국내연료를포함한에너지의범위및품질기준조사별품질기준 ( 안 ) 제시 유기성폐기물에너지품질기준설정을위한기준항목및관련규격평가 -기존에너지의품질과폐기물에너지의특성을비교 분석함으로써폐기물에너지품질의평가항목및기준수준을평가 -유기성폐기물에너지의사용에따른환경성평가 석탄화력발전소하수슬러지혼소에따른영향평가 ( 국립환경과학원실험자료활용 ) 바이오가스의수송용연료로사용시영향평가 ( 환경관리공단실증시험자료활용 ) 유기성폐기물에너지의제품별품질기준 ( 안 ) 마련 -화력발전소에서석탄과혼합사용하는하수슬러지건조연료제품기준 -도시가스및수송용연료등으로사용하는바이오가스에너지제품기준 라. 유기성폐기물에너지화 유기성폐기물에너지의제조단계부터사용까지의적정관리방안을제시시설및제품등의적정 -관련시설설치 운영, 원재료및생산제품에대한적정보관 관리방안등관리방안제시 마. 유기성폐기물에너지 유기성폐기물에너지화를위한관련법령 ( 폐기물관리법, 대기환경보전법, 제품의이용 보급촉진석유및석유대체연료사업법등 ) 검토및제도개선방안방안제시 유기성폐기물에너지보급 이용활성화를위한인센티브방안등 -5-

18 제 1 장서론 나. 연구범위본연구는현재생산되고있거나조만간연료로상용화가가능한하수슬러지및바이오가스를연구대상으로하고있다. 이들연료들은현재일부에서활용되고있으며, 또한상용화단계에있으므로품질기준설정을위한별도의실험및측정은수행하지않았다. 다만, 그동안연료화를위하여수행된각종실험및측정자료를활용하고같은분류의다른연료들의기준및연료화와관련된국내외의제도를분석함으로서연료의사용대상분야및적정품질기준을설정하는것으로하였다아울러, 도출된연료별품질기준의사용조건및여건을제시하는것과함께지속적인품질관리를위하여유기성폐기물에너지화시설의적정관리방안과함께제도화를위한관련법령개선 ( 안 ) 및보급 이용활성화를위한인센티브방안등을제시하고자한다. 3. 연구의기대효과 본연구는유기성폐기물의에너지화따른적정품질기준을제시하고자하는것으로 서다음과같은기대효과가있을것으로예상된다. 체계적이고종합적인분석에기초하여타당하며합리적인연료품질기준을제시함으로서국내폐기물에너지보급활성화에기여가능 폐기물에너지보급활성화로국내재생에너지보급비율제고와함께지속가능한경제발전의원동력인에너지원확보에기여 폐자원을활용한에너지생산으로환경개선효과는물론온실가스감축에도기여할수있을것으로평가 -6-

19 제 2 장국내폐기물에너지 현황및전망 -7-

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21 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 1. 폐기물발생및처리현황 가. 폐기물발생및전망 2006 년기준우리나라의 1일폐기물의발생량은 318,928 톤 2) 으로 2000 년이후전체적으로는점진적인증가추세를보이고있으나, 이는도시건설 재개발사업등으로건설폐기물의빠른증가율에기인한것으로평가되며, 본연구의대상이되고있는생활및사업장폐기물의증가율은둔화되고있는것으로나타난다. < 그림 2.1-1> 국내총폐기물발생현황, 톤 / 일, 환경부 2008 이러한국내폐기물발생량은인구변화, 산업발달및소비패턴등의변화로 2011 년까지는지속적으로증가될것으로전망되며, 주요증가원인으로는택지개발및신도시건설등으로인한건설폐기물증가에기인할것으로평가되고있다. 이를좀더세부적으로살펴보면생활폐기물은종량제, 음식물쓰레기감량정책추진등으로점차감소추세로나타나나쇼핑문화의확대로포장폐기물의비중은확대될것으로전망된다. 반면, 사업장폐기물은생산자및배출자의책임확대, 제조업중심에서정보 서비스사업중심으로의구조전환등에기인하여과거증가율과비교하여다소낮더라도전체적인사업장폐기물의발생량은지속적으로증가할것으로전망된다 3). 2) 경제살리기와기후변화대응을위한 폐기물에너지화종합대책 (2008.5, 환경부 ) 3) 제 2 차국가폐기물관리종합계획 ( ) 수정계획, ) -9-

22 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 < 표 2.1-1> 폐기물종류별추정발생량전망 구분 총발생량 398, ,978 생활폐기물 - 1 인당발생량 (kg/ 인, 일 ) 사업장폐기물 - 배출시설계 - 건설폐기물 - 지정폐기물 48, , , ,618 10,224 47, , , ,239 11,395 나. 폐기물처리현황및전망 2006 년기준전체폐기물발생량 318,928 톤 / 일중 83.6% 가재활용되고있으나, 나머 지는매립 (8.0%), 소각 (5.4%), 해양배출 (3%) 등의방법으로처리되고있으며 2000 년이 후소각및매립비율은감소하고있으나, 유기성폐기물의해양배출량은점진적증가 추세를보이고있는것으로나타나고있다. < 표 2.1-2> 2006 년폐기물처리현황, 폐기물에너지대책환경부 2008 구분계재활용소각매립해양배출 계 ( 톤 / 일 ) 생활폐기물 건설폐기물 사업장폐기물 318,928 (100%) 48,844 (15.3%) 168,895 (53.0%) 101,099 (31.7%) 266,802 (83.6%) 27,922 (57.2%) 163,871 (97.0%) 75,009 (74.2%) 17,203 (5.4%) 8,321 (17.0%) 1,179 (0.7%) 7,703 (7.6%) 25,436 (8.0%) 12,601 (25.8%) 3,935 (2.3%) 8,900 (8.8%) 9,487 (3.0%) - - 9,487 (9.4%) 해양배출 9, % 재활용 266, % 매립 25, % 소각 17, % ( 톤 / 일 ) 6, 943 7, 813 9, , , , 625 9, % 해양배출 90% 266, % 232, % 219, , 528 재활용 60% 189, , % 153, 365 소각 40% 30% 15, , , , , , % 50, , , , 203 매립 10% 48, , , , 436 0% < 그림 2.1-2> 2006 년폐기물처리현황 -10-

23 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 한편환경부의 국가폐기물관리종합계획 에따르면 2008 년및 2011 년발생폐기물 량의감량목표량을각각 5.7% 에서 10.8% 를목표로추진하고있는것으로분석되었으 며, 이에따른처리방법은 < 표 2.1-3> 와같이재활용및소각은재활용정책및전처리 와같은자원화정책강화로증가하며, 생활폐기물감소및해양배출기준강화로매립 및해양배출의비율은감소될것으로전망되었다. < 표 2.1-3> 부분별폐기물처리전망 4) ( 톤 / 일 ) 구 분 08년 11년 발생량 398, ,978 감량후발생량 375,765(94.3%) 403,155(89.2%) 재활용 298,008(79%) 329,787(81.8%) 소 각 22,480(6%) 29,166(7.2%) 매 립 45,201(12%) 43,661(10.8%) 해양배출 10,076(3%) 541(0.2%) 다. 유기성폐기물의발생, 처리현황및전망금번연구의대상이되고있는유기성폐기물은음식물류폐기물, 가축분뇨및하수슬러지로구분될수있으며, 가축분뇨의경우앞에서살펴본폐기물의분류에포함되지않으므로본부분에서검토된각유기성폐기물의부분별처리현황의합이부분별폐기물처리전망과일치하지는않는다. (1) 음식물류폐기물발생 처리현황및전망우선, 대표적인유기성폐기물인음식물류폐기물은다시음식물폐기물과사료화및퇴비화등의자원화과정에서발생하는음폐수로구분할수있으며, 이들폐기물의발생및처리현황을살펴보면다음과같다 ( 가 ) 발생현황및전망소득수준의향상에따른음식소비증가및군지역음식물분리수거확산으로음식물류폐기물발생은지속적인증가가예상된다.'05.1 월부터음식물폐기물의직매 4) 제 2 차국가폐기물관리종합계획 (2007.7, 환경부 ) -11-

24 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 립금지제도시행으로음식물폐기물발생량이급증하였으며, 당분간은증가될것 으로보인다. < 표 2.1-4> 음식물류폐기물발생현황추이 구분 '01 '02 '03 '04 '05 '06 발생량 ( 톤 / 일 ) 증가율 (%) 07 ( 추정 ) 12 ( 추정 ) 11,789 11,577 11,434 11,237 11,397 11,398 11,424 12,977 13,547 13,682 13, 자료 : 음식물류폐기물처리시설발생폐수육상처리및에너지화종합대책, , 환경부 ( 나 ) 처리현황및전망 발생된음식물류폐기물은대부분사료화 퇴비화등재활용원료로사용되고있 으며, 일부는소각등의방법으로처리된다. 재활용대상량의 90% 이상이사료화 퇴비화등의자원화방식으로처리되고있으며,2007 년 6월현재매립및소각으로 처리되는양은약 7% 에해당되는것으로조사되고있다. < 표 2.1-5> 음식물류폐기물처리방법별처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 연도 발생량 재활용 매립 소각 '03 11,398 7,718(68%) 2,836(25%) 844(7%) '04 11,464 9,316(81%) 1,607(14%) 541(5%) '05 12,977 12,104(93%) 356(3%) 516(4%) 06 13,547 12,650(93%) 378(3%) 517(4%) 07.6월 13,227 12,326(93%) 268(2%) 633(5%) 자료 : 음식물류폐기물처리시설발생폐수육상처리및에너지화종합대책, , 환경부 (2) 음폐수발생 처리현황현재음식물류폐기물의재활용을퇴비화 사료화에의존하고있어재활용과정에서음폐수가지속적으로발생한다. 퇴비화 사료화를위해서는염분제거가필요하며, 이과정에서세척수와음식물함유수분등이음폐수로발생한다. 음폐수는공공수역방류를위해하수처리장등에서처리가필요하나, 방류수수질기준준수부담으로공공시설발생음폐수위주로처리되고있다. 민간업체의경우, 분리공정을거 -12-

25 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 쳐고형물 8% 를포함한폐수가해양으로배출되어처리되고있는실정이다. < 표 2.1-6> 음폐수발생및처리현황 ('07) ( 단위 : 톤 / 일, 개소 수 ) 육상처리 구분시설수발생량하수침출수처리업체계처리장처리장위탁처리기타 계 255 8,818 3,748 2, 공공 91 4,138 3,101 2, 민간 164 4, 해양 배출 비고 ( 비율 ) 5,070 (129) 주 ) 57.5% 1,037 (20) 25% 4,033 (109) 86.2% 주 ) 처리업체중 11 개소는공공하수처리시설유입과해양배출병행처리 자료 : 음식물류폐기물처리시설발생폐수육상처리및에너지화종합대책, , 환경부 음폐수는인구의증가, 신도시개발및소득의증가등으로발생량이계속증가될것으로예상되며, 해양배출비용의현실화등육상처리전환을위한대책이강구되지않을경우경제적요인에따라해양투기량도이에비례하여지속적으로증가될것으로전망된다. < 표 2.1-7> 음폐수발생및처리량변화추이 ( 단위 : 개소수, m3 / 일 ) 구분 '08 '09 '10 '11 '12 음폐수발생현황 발생량 9,044 9,336 9,573 9,869 9,971 업소수 해양투기 발생량 5,114 5,280 5,414 5,581 5,642 업소수 주 ) 해양투기량및업소수는폐수발생대비현재해양투기율을감안하여추정자료 : 음식물류폐기물처리시설발생폐수육상처리및에너지화종합대책, , 환경부한편, 환경부의 음식물류폐기물처리시설발생폐수육상처리및에너지화종합대책 에의하면매립가스회수및이용시설이설치된매립장을이용한에너지화방안을검토하고음폐수자원화시설설치를통한에너지화추진을목표로 2012 년까지시범사업을거쳐지역별공공및민간부분에서에너지화시설 (1,660 톤 / 일 ) 을설치할계획이다. -13-

26 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 (3) 가축분뇨발생 처리현황및전망가축분뇨는음식물류폐기물및음폐수와더불어에너지화가가능한바이오매스의중요물질로 2006 년현재 131,000 m3 / 일이발생되어대부분단독처리 ( 퇴 액비, 정화 ) 되고있다.FTA 체결, 축산입지곤란, 축산업종사감소등을감안하여전체가축사육두수는증가가없을것으로예상되므로가축분뇨의발생량은현재수준을초과하지않을것으로판단된다. 다만, 향후 2012 년해양배출전면금지에따라공공처리및공동처리 ( 퇴 액비 ) 되는양이상대적으로증가할것으로예상된다. < 표 2.1-8> 가축분뇨발생및처리전망 ( 단위 : 천m3 / 일 ) 구분 2006 년 2012 년증감 합 계 (100%) (100%) - 공공처리 7.6 (5.8) 16.0 (12.2) 8.4 (6.4) 공동처리 ( 퇴 액비 ) 0 (0) 7.0 (5.4) 7.0 (5.4) 단독처리 ( 퇴 액비, 정화 ) (88.7) 108 (82.4) 8.3 ( 6.3) 해양배출 7.1 (5.4) 0 (0) 7.1 ( 5.4) 비고 1:FTA 체결, 축산입지곤란, 축산업종사감소등을감안하여전체가축사육두수는증가하지않을것으로가정 2: 공공처리시설은확충예산을연간 400 억원으로가정 3: 공동처리시설은 70 개소 (100 톤 / 일 ) 설치분반영 4:2012 년부터해양배출전면금지에따라전량육상처리 5: 해양배출전체물량은돼지분뇨임을가정자료 : 한미 FTA 발효등에대비한가축분뇨관리대책, , 환경부 -14-

27 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 (4) 하수슬러지발생 처리현황및전망 2007 년말기준전국에가동중인하수처리시설 (347 개소 5) ) 에서 1일평균 7,631 톤의 하수슬러지가발생하고있으며,2011 년에는 113 개소의하수처리시설신 증설등으 로 460 개소에이를것으로계획하고있으며, 이에따른하수슬러지발생량도 1일약 10,259 톤에이를것으로하수슬러지의발생량은경제성장속도와맞물려지속적으로 증가될것으로전망된다. < 표 2.1-9> 하수슬러지발생량현황및전망 구 분 슬러지발생량 ( 톤 / 일 ) 7,446 7,631 10,259 하수처리시설 ( 개소 ) 자료 : 하수슬러지관리종합대책 ( 수정 )2008.5, 환경부 2007 년발생된하수슬러지는약 69% 가해양투기에의해서처리되고있으며, 재활용 (18.5%), 소각 (10.9%), 매립 (2.1%) 순으로처리되고있으나, 환경부에서는지난 2008 년 5월하수슬러지종합대책 ( 수정 ) 을발표하면서 2011 년까지해양배출을 0% 로전환하겠다는목표를세우고있다. 이에따라재활용 69.5%, 소각 29%, 매립 1.5% 순으로처리될것으로전망되고있다. < 표 > 2007년도하수슬러지처리현황 ( 단위 : 톤 / 일 ) 발생량 처리량 계육상매립소각재활용주 ) 해양배출 7,631 7,631 (100%) 164 (2.1) 829 (10.9) 1,411 (18.5) 5,227 (68.5) 주 ) 복토재, 탄화, 시멘트원료, 녹생토, 퇴비화등으로재활용 5) 가동기간이 6 개월이상인시설만을대상으로한것임 -15-

28 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 < 표 > 시 도별하수슬러지관리계획 ( 단위 : 톤 / 일 ) 구분 합계해양배출매립소각재활용 서울 1,750 1, ,611 인천 부산 대구 대전 울산 광주 경기 2,264 3,265 1, , ,966 강원 충북 충남 전북 전남 경북 경남 제주 합계 7,631 10,089 5, ,974 1,411 7,136 자료 : 하수슬러지관리종합대책 ( 수정 )2008.5, 환경부 한편전국에서발생하는하수슬러지전량을건조할경우 1,272 톤 / 일 6) 의하수슬러지건조연료생산이가능하며, 이는 9개석탄화력발전소에서사용하는연료 (148,560 톤 / 일 ) 의 0.9% 에해당된다. 하수슬러지건조연료를석탄화력발전소에서사용할경우혼소율 2~3% 이내를적용한다면전국의하수슬러지는전량사용가능한것으로평가되고있다. 6)2007 년기준전국발생하수슬러지 ( 함수율 85%) 를 10% 이하로건조하여연료로활용하는경우 -16-

29 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 (5) 유기성폐기물의에너지화가능량예측위에서살펴본바와같이음식물류폐기물, 하수슬러지, 가축분뇨등과같은유기성폐기물은사료및퇴비화같은자원화및매립, 소각등의전통적인폐기물처리방식으로처분되고있다. 따라서, 기존진행되고있는자원화외에매립, 소각량및해양배출처분양은모두에너지화가가능한것으로평가하였다따라서, 이러한에너지화가가능한양을검토한결과 2007 년기준 19,291 톤 / 일, 2012 년에는 22,491 톤 / 일이가능한것으로평가되었다. 에너지가능잠재량이증가하는이유로는하수슬러지의발생량증가에따른소각및매립량의증가가주요원인이다. 환경부는 2011 년까지해양배출금지및재활용량제고를목표로하고있다 년도현재고형연료화등의에너지화가진행되고있지않은점을고려하여 2011 년도에너지화가능량평가는재활용량에서 2007 년도재활용량을차감한량이전량고형연료화로재활용이가능한것으로잠재량을추정하였다. 아래의도표에서는편의상에너지화가능량을해양배출로명기하여표시하였다. < 표 > 유기성폐기물에너지화잠재량 ( 단위 : 톤 / 일 ) 구분 매립소각해양배출소계매립소각해양배출소계 음식물 1) 음폐수 5,070 5, ,642 가축분뇨 2) 7,100 7, ,100 하수슬러지 3) ,227 6, ,974 5,725 8,848 합계 432 1,462 17,397 19, ,607 18,467 22,491 주 )1. 음식물폐기물의 2012 년도매립, 소각량은 2007 및 2012 년의발생총량고려하여 2007 년의부분별처분량을반영 2. 가축분뇨는 2006 년도통계자료적용 3. 하수슬러지는 2007 년및 2011 년예측자료이며,2011 년도에너지화잠재량평가를위하여 2011 년재활용량에서 2007 년도재활용량을차감하여해양배출량 ( 에너지잠재량 ) 으로반영 -17-

30 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 위의에너지화잠재량중음식물폐기물의경우현재 90% 이상이사료화및퇴비화와같은방식으로자원화되고있는양을제외한것으로서, 현정부의정책추진방향및기후변화대응등의노력을고려할때상당부분을차지하고있는음식물류폐기물의자원화는에너지화로전환될가능성이높으므로, 실질적인에너지잠재량은더욱증가될수있을것으로평가된다. 2. 에너지화방안및국내적용사례 가. 에너지화방안본연구의대상이되고있는유기성폐기물의경우다양한전처리및중간과정을거쳐에너지화가가능하며, 현단계에서기술적인제한은있으나유기성폐기물의가공을통하여고체, 액체, 기체연료화가가능하다. 아울러, 사용용도측면에서도열, 발전및자동차연료등과같이다양한용도및수요처에활용이가능한것으로조사되고있다. 다만, 현재유기성폐기물의에너지화에대한우리나라의기술수준이선진국과비교뒤져있는것이사실이고부분적으로국내기술력은있으나경제성확보가불투명하여상용화되지못하고있는측면이있다. 냉난방, 발전, 열, 자동차연료등 < 그림 2.2-1> 유기성폐기물의에너지화방안 -18-

31 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 우선, 현재국내에폐기물구분과관련하여명확한정의는없으나일반적으로폐기물은폐목재류와같이연소가용이한가연성폐기물과음식물및슬러지와같이수분함량이많아직접연소에의한처리가어려운유기성폐기물로구분하고있다. 이러한폐기물의에너지화는기본적으로주로가연성의경우전처리및연료제품화를통하여연료로생산되고있으며, 유기성의경우는혐기분해를통하여발생하는메탄가스를활용하는바이오가스생산을통한연료화로에너지화가가능하다. 다만, 위그림에서보는바와같이가연성이든유기성이든폐기물의에너지화에있어획일적인방법이적용되는것은아니고적용기술방법에따라고체, 액체, 기체의연료생산및에너지원으로의활용이가능하다. 아울러 1차적으로생산된연료는바이오가스의정제및열량제고를위한첨가제를혼합함으로써양질의연료생산이가능하고이에따른다양한수요처의확보가가능하다. 나. 국내적용사례금번에너지화촉진방안의대상이되고있는유기성폐기물은하수슬러지, 음식물류폐기물및가축분뇨이다. 본연구에서는이들폐기물의국내에너지화사례에대하여살펴보았다. (1) 하수슬러지의연료화슬러지는하수처리장, 정수처리장및폐수처리장에서수처리의최종단계에서발생하는최종폐기물로불용성의유 무기계고형분과미생물덩어리로이루어져있다. 수처리장에서최종배출되는탈수케잌슬러지는수분함량이 95% 미만이거나고형물함량이 5% 이상인것으로한정하고있으며, 유기성물질의함유정도에따라유기성및무기성슬러지로구분한다. 유기성슬러지는고형물중유기성물질의함량이 40% 이상인것으로일정규모이상의배출시설에서발생하는유기성슬러지는직매립을금지하고있다. 일반적으로하수슬러지 7) 의처리 처분방법은퇴비화, 고화, 탄화, 건조, 소각, 고온용융, 열분해, 해양투기, 매립등으로분류할수있다. 현재국내에는다양한분야의 7) 재활용을대상으로하는하수슬러지의경우 85% 이하로탈수처리한것을말한다. -19-

32 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 하수슬러지처리기술이개발또는도입되어있어현장상황에맞추어적합한기술을선택할수있다. 그러나국내설치사례가많지않고또한적용실적도소각과같은일부기술에한정되고있어소개되고있는다양한기술의안정성을입증할만한충분한자료가제공되지못하며, 이에따라개발된기술이제대로현장에적용되지못하고있는실정이다. 최근에는슬러지처리규제의강화및기후변화협약에따른온실가스감축을위하 여 폐기처분하여야할폐기물에서가연성유기물질을다량함유하고있는슬러지 특성을이용하여자원으로재활용하려는추세에있다. 특히슬러지는수분을제외하면 50% 이상이가연성유기물로구성되어있고, 건조시열량이일반적으로 2,000 kcal/kg 이상이되고있어예전부터저급탄소계연료로구분되어져왔다. 국내에서발생되는유기성하수슬러지의대부분은함수율이높은관계로곧바로연료로활용할수는없으나효율적인건조과정을거치면연료로활용이가능한것으로평가되고있다. 국제협약및국내법규강화에따른대책필요 < 그림 2.2-2> 하수슬러지의연료화처리기술의도입배경슬러지의다양한처리 처분의방법중에서에너지화와관련이있는건조를통한연료화에대하여좀더세부적으로살펴보면다음과같다. 슬러지의연료화에있어서가장큰단점으로작용하고있는것은 70~80% 의높은함수율로이함수율을효율적으로낮추는것이관건이다. 건조시소모되는에너지비용이슬러지가가지고있는고유의열량보다높은공정은슬러지대체연료화의실현을어렵게만들고있어, -20-

33 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 효율적인건조기술의개발적용이필요하다. 최근에는하수처리과정에서슬러지의연료활용을위하여혐기성소화조를통과시키지않고처리하는경우가증가하고있는추세이다. 이러한과정을거쳐배출되는슬러지의경우에는, 건조시유기물의함량이 60% 이상으로슬러지자체의열량이높아대체연료로의제조가능성을높여주고있다. 국내탄소계 폐기물소비처확보 < 그림 2.2-3> 슬러지의연료화처리기대효과한편, 국내하수처리장에서발생되는슬러지의열량은건조정도에따라 2,000~ 5,000kcal/kg 의범위에있는것으로조사되며, 소화조에서의체류시간이짧을수록유기물의함량이높아열량이높은것으로분석되고있다. 하수슬러지의연료화공정을간략히나누면 1 원자재의반입및저장,2 계량및혼합공정,3 건조공정,4 성형및반출공정으로나눌수있으며, 이를구성하는시설은 1 슬러지, 첨가제의반입및저장시설,2 슬러지, 첨가재의계량및혼합시설,3 원료, 공정산물의이송및정량공급시설,4 건조물의성형및건조시설그리고 5 열원공급및악취제거시설로이루어져있다. 이전체과정의흐름은아래그림과같다. -21-

34 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 < 그림 2.2-4> 슬러지연료화처리시스템의전체공정개요도 현재국내에서슬러지건조를통한연료화의상용화사례는없는것으로검토된 다. 다만,2000 년대초반부터슬러지연료화에가능성이지속적으로연구 검증되어 왔으며,2004 년충청남도공주시에서슬러지일일 30 톤규모의실증시설이설치운 영된사례가있었으나이경우는열량보강을위한첨가제가혼합된사례이다. 이와 관련하여 2002 년에제정공포된슬러지를이용한연료화제품에대한재활용품규 격인 하수슬러지연료탄 GR 규격 8) 에따라상용화를위한근거가마련되기도하 였다. < 표 2.2-1> 공주시슬러지연료화시운전개요 구분내역수량비고 1. 슬러지투입량 함수율 80% 기준하수및축분처리슬러지 30톤 / 일 ( 소화조 bypass) 혼합 2. 열량보조재 30톤 / 일 x 1/2 15톤 / 일 무연탄이주원료 3. 화학첨가재 슬러지 1톤당 1kg 30kg/ 일 4. 원료투입총량 30톤 / 일 + 15톤 / 일 45톤 / 일 슬러지 + 열량보강재 5. 연료탄생산량 30톤 / 일 x 70% 21톤 / 일 6톤 / 일자체소비 10톤 / 일판매 6. 시설가동시간 처리가동 10시간, 준비, 점검 2시간 10시간 / 일 1일 1교대작업 7. 운전요원 기사 2명, 보조원 1명 3명 2인 / 조 8. 톤당처리원가 슬러지기준 58천원 / 톤 1,740천원 / 일 금융비제외시 9. 제품판매비 5,500kcal/kg 기준 15톤 / 일농가대체연료로 750천원 / 일 50천원 / 톤공급 10. 처리운영단가 슬러지기준 38천원 / 톤 1,140천원 / 일 제품판매수익금계상시 8)M , 기술표준원고시제 호 ( ) -22-

35 제2장 국내 폐기물에너지 현황 및 전망 <그림 2.2-5> 공주시 슬러지 연료화 실증 설비동 그러나,이러한 슬러지 연료의 기술개발 및 품질기준 마련에도 불구하고 상용화에 는 실패한 것으로 평가되는데 이는 GR 기준에 따른 발열량이 5, 000 Kc al /kg으로서 열량보조제 첨가에 따른 경제적 부담이 주요 원인인 것으로 파악된다. 한편,2005년 기후변화협약에 따른 교토의정서의 발효와 함께 런던협약에 따른 유 기성폐기물의 해양 배출 기준 강화로 2007 년부터는 하수슬러지의 연료화에 대한 관 심이 다시 높아지고 하수슬러지의 건조기술이 개선되면서 최근 열량 보조제 없이 단순 건조를 통한 슬러지 연료화 사업이 추진되고 있다. <표 2.2-2> 구분 용 량 SLC 2,100 톤/일 부산 550 톤/일 광주 대전 수원 330 톤/일 300 톤/일 450 톤/일 현재 추진중인 하수슬러지 연료화 사업개요 사업개요 계획 예상 수립 금액 추진 현황 수도권매립지관리공사(SLC)와 공동연구(국책)과제 사업추진 준비중 1,400억 에코스타 프로젝트를 통하여 사업추진 검토중 SLC와 하수슬러지와 음폐수 처리계획 공동추진 방안 검토중 민자사업 관련 협의중 진행중 RDF발전시설에 고형연료 연계처리 검토중 552억 (경호) 고형연료의 발전시설 연료로의 재활용 방안 협의중 사업추진방안(민자 또는 T/K)검토 중 진행중 기본계획 용역 완료 : 2007년 12월말 320억 (한종) 사업추진방안 및 추진일정 검토 중 완료 360억 지역업체와 공동추진 협의 (도화) 공정율 5.9% <계획대비 103%>:토목/건축 기초공사 진행 중 공사중 278억 기계 기자재 : 외자 계약완료, 내자 계약 및 현설 중 전기/계장 공사 : 계약완료 및 상세설계 중 -23-

36 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 현재추진되고있는하수슬러지연료화사업사례를살펴보면운영된사례는조사되지않고있으며, 다만수도권매립지관리공사에서국책과제로슬러지의고형연료화가추진중이며이외에도부산, 광주, 대전, 수원등의지방자치단체에서개별적으로추진중이다. 이러한지자체의사업추진현황을살펴볼때 2009 년부터는슬러지고형연료화의상용화가가능할것으로예상된다. < 그림 2.2-6> 수도권매립지관리공사광역바이오에너지사업공정개념 ( 안 ) 한편수도권매립지관리공사의경우음폐수와슬러지를효율적으로에너지화하기위한방안으로음폐수에서발생되는혐기성소화바이오가스를활용하여냉난방용연료로사용하고있다. 이를통하여생산되는연료슬러지는석탄화력발전소에서대체연료로사용하는방안이추진됨에따라음폐수바이오가스및슬러지의고형연료화상호간에시너지효과를발휘하면서시설운영비에서는상당한절감효과가있을것으로평가되고있다. (2) 바이오가스연료화일반적으로바이오가스는유기성폐기물의혐기소화과정에서발생하는가스를일컫는다. 따라서, 현재음식물류폐기물의자원화에서주로사용되고있는혐기성사료화및퇴비화과정에서도바이오가스가발생되고있으며, 과거우리나라의대표적 -24-

37 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 인폐기물처리 처분방식의하나인매립장에서발생하는매립가스도바이오가스로이해할수있다이러한배경에서살펴볼때현재바이오가스의에너지화와관련하여우리나라에서가장활발히진행되고있는분야는매립가스분야라할수있다. 매립가스의경우매립장에매립되는유기성폐기물의혐기분해과정에서발생되는가스로서국내의경우가스성분의절반이상이메탄으로구성되어있어용도별로적정한정제과정을거쳐발전및연료화등에활용되고있다. 매립가스발생 포집전처리정제압축충전 메탄 (50%) 수분, 유해물질제거 메탄 >90% CNG LNG NGV 발전 < 그림 2.2-7> 매립가스자원화공정일반적으로, 매립가스의경우그가용량이일정규모이상 (10 m3 / 분 ) 이되어야어느정도의경제성확보가가능한것으로평가되었다. 그러나최근에는정제기술의개발로자동차연료화등의고질의연료화가가능하고, 기후변화협약발효에따른배출권거래및에너지가격상승등의요인으로중규모 (3 m3 / 분 ) 이상의매립장에대해서도어느정도에너지화가타당한것으로평가되고있다 2008 년현재국내매립가스에너지화현황을살펴보면수도권매립지를포함한광역지자체매립장을중심으로주로대규모의매립장에서매립가스에너지화가이루어지고있다. 이들운영사례를살펴보면, 수도권매립지를포함한 11 개매립장에서비교적전처리과정이용이한발전분야의에너지화가추진되고있었으며, 울산시성암매립장을포함한 4개매립장에서가스공급등의방식으로에너지화가진행되고있는것으로조사되고있다. -25-

38 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 < 표 2.2-3> 국내매립가스자원화시설설치 운영현황 9) 구분 지역 수도권 시설위치 수도권매립지 시설규모 (MW, m3 / 분 ) 가동년도 가스이용량 ( m3 / 분 ) 운영실적 ( 07) 에너지생산량 (MW, m3 / 년 ) 에너지판매액 비고 50MW ,773 17,784 스팀터빈 부산생곡 ,341 2,309 가스엔진 대구방천리 ,360 ( 자가이용 ) 광주운정동 ,415 1,050 발전시설 대전금고동 충북청주학천리 , 전북군산 내초동 , 전남순천 왕지 , 여수 만흥동 , 경북포항 호동 , 제주제주 회천 , 소계 ,138 24,395 서울 난지도 920m3 / 분 ,752천 643 지역난방 연료공급 대구방천리 ,243 천 6,462 지역난방 울산성암동 ,571 천 1,213 산업보일러 강원원주흥업 ( 무료공급 ) 비닐하우스 소계 1, ,566 천 8,318 < 그림 2.2-8> 수도권매립가스발전소 9) 매립가스자원화활성화방안 (2008.8, 환경부 ) -26-

39 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 또한, 유기성폐기물의혐기분해과정은매립장뿐만아니라음식물쓰레기처리장, 하수처리장및분뇨처리장등다양한유기성폐기물처리과정에서진행되고있으므 로이들처리장에서규모및방식에맞는에너지화가개별적으로추진되고있는상 황이다. 과거우리나라유기성폐기물의혐기성소화를통한에너지화사례를살펴보면대부 분이음식물류, 가축분뇨및하수슬러지와같은단일품목의혐기성소화에의한바 이오가스생산에대한실증이많았다. 그러나대부분이낮은소화효율에따른경제 성의문제와함께부가적으로발생하는폐수및악취처리에따른기술적인사항이 대두되면서가동중단및폐쇄되는사례가많았다. < 표 2.2-4> 가축분뇨의혐기소화운영사례 시설위치 형태 운전 상태 홍성운용농장 Pilot 가동 15 톤 / 일 30kwh 디에이치엠 07 천안축산과학원수원축산과학원연암축산원예대학아산금호양돈군위대흥농장영광축협종돈사업소청양여양농장 처리 용량 발전 용량 설비 업체 설치 년도 Pilot 중단 10 톤 / 일 - ( 주 ) 코오롱건설 99 Pilot 가동 10 톤 / 일 5kwh ( 주 ) 대우건설 00 개별형폐쇄 10 톤 / 일 - 축산원예대학 79 집중형중단 25 톤 / 일 - 건대산업연구팀 98 개별형폐쇄 60 톤 / 일 - 농장주 97 개별형폐쇄 130 톤 / 일 - 오스트리아제설비 95 개별형가동 20 톤 / 일 60kwh ( 주 ) 유니슨 05 이천모전양돈개별형가동 20 톤 / 일 30kwh 경남창녕군가축분뇨 ( 주 ) 대우건설 Pilot 시운전중 100 톤 / 일 250kwh 이지바이오시스템 반면최근에는기술이개발되면서유기성폐기물의혐기소화율이개선되고있으며고질적인경제성문제점해소를위하여바이오가스의증대를위한반입유기성폐기물의확대를위하여유기성폐기물의병합소화방식이전반적인추세이다. 아울러수요처의다각화및바이오가스연료의부가가치제고를위하여정제기술을적용하려는노력 10) 이배가되고있다. -27-

40 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 하수슬러지 음식폐기물 혐기성소화조 가스정제시설 < 그림 2.2-9> 바이오가스생산공정도 한편유기성폐기물의혐기소화를통한에너지화가보편화되어있는곳이하수처리 장이라할수있다. 하수처리장의경우하수처리과정에서불가피하게발생하는슬 러지의감량화를위하여소화조를운영하고있으며, 이과정에서발생하는바이오가 스를처리장운영에필요한열원및발전등에활용하고있다. < 표 2.2-5> 하수처리장의소화가스발전적용사례 ('08.5 현재 ) No 처리 장명 시설용량 ( m3 / 일 ) 1 난지 1,000,000 2 중량 1,710,000 소화조 용량 ( m3 ) 1 단 : 6,600 2 단 : 6,600 위치발전용량 (kw) 가동년월 서울고양덕양구현천동 720kW*3 대 단 : 69,321 2단 : 69,321 서울성동구송정동 846kW*3대 1,200kW*3대 3 탄천 1,100,000 5,500 서울강남구일원동 4 서남 2,000,000 5 수영 550,000 6 제천 70,000 1 단 : 6,600 2 단 : 6,600 1 단 : 14,000 2 단 : 14,000 1 단 : 3,616 2 단 : 3, kW*1 대 800kW*2 대 1,600kW*1 대 서울강서구양천길 1,600kW*2 대 부산수영구안락 2 동 750kW*1 대 충북제천시천남동 280kW*1 대 속초 46,000 3,856 강원속초시대포동 65kW*5 대 2009 년예정 8 제주 130,000 13,192 제주도두 2 동 375kW*1 대 계 8 16,678kW 10) 수도권매립지관리공사, 서울서남하수처리장, 울산용현하수처리장의경우바이오가스정제를통한고질 의가스화로자동차연료로의활용방안을추진중 -28-

41 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 또한, 일부하수처리장및폐기물자원화시설에서는음식물류폐기물및가축분뇨와같은유기성폐기물을반입하여처리하는경우가있는데이경우에는자체처리장에서발생하는슬러지와반입되는음식물류폐기물등의유기성폐기물을병합소화처리하면서바이오가스량의제고를강구하고있는것으로판단된다. < 표 2.2-6> 유기성폐기물의병합처리를통한에너지화시설 ( 07) ( 단위 : 톤 / 일 ) 구분 계 부산강서구 부산동래구 광주광산구 울산남구 경기파주 ( 음 ) ( 음 + 하 ) ( 음폐 ) ( 음 + 하 )( 음 + 가 ) 대구 북구 ( 음 ) 강원경남속초시사천시 ( 음 + 하 ( 음 + 가 + 분 ) + 하 ) 경남밀양시 ( 음 + 가 + 하 ) 수도권 매립지 ( 음폐 ) 시설용량 2, ,350 가동연도 - '05 '00 07 '02 04 '02 '05 '04 '03 06 주 ) 음 : 음식물쓰레기, 하 : 하수슬러지, 음폐 : 음식물폐수, 가 : 가축분뇨, 분 : 분뇨 아울러, 음식물쓰레기의사료화및퇴비화와같은자원화과정에서발생하는메탄및음폐수의혐기소화과정에서발생하는메탄을에너지원으로활용하는일부자원및에너지화시설이있는데이들시설들에적용되고있는기술은다음과같다. < 표 2.2-7> 음식물쓰레기자원화및에너지화내용시설명처리방식기술내용에너지처리용량 ( 톤 / 일 ) 파주시음식물쓰레기퇴비화시설 * 가축분뇨병합시설 2 상혐기소화에의한자원화공정 파쇄 혼화조 산발효조 메탄발효조 완충탱크 탈수 부숙 퇴비원공급 250kwh 80 부산광역시 ( 강서 ) 음식물자원화사업소 건식단상혐기성소화 파쇄 선별 단상혐기성소화 탈수 부숙 공급 2Mwh 200 광주광역시음폐수자원화시설 혐기성소화에의한자원화 선별 파쇄 산발효 수평형혐기성소화 액비퇴비 부숙 퇴비원공급 자체연료

42 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 3. 유기성폐기물에너지화가능량예측 가. 슬러지고형연료화부문앞장의유기성폐기물의에너지화잠재량을 2007 년도와 ) 년도에각각일일약 6,220 톤및 8,848 톤으로평가한바있다. 따라서이를기준으로에너지화하였을경우생산가능한열량을에너지화가능량으로예측하였다. 하수슬러지고형연료화의에너지화가능량을예측하기위해서는슬러지내에함유된고형분의양을추적하는것이필요하다. 슬러지내의고형분은슬러지가발생되는처리장및탈수방식에따라다를수있으므로, 문헌조사 12) 를통하여하수슬러지내의고형분을 26% 로적용하였고동고형분의열량은 3,500kcal/kg 으로예측하였다. < 표 2.3-1> 하수슬러지의에너지화가능량예측 구분하수슬러지에너지가능량 ( 톤 / 일 ) 고형분 (26%) 환산열량환산 (Mcal) 연환산 (365일, Gcal) 전력환산 13) (Gwh) 매립 소각 해양배출 소계 매립 소각 해양배출 소계 ,227 6, ,974 5,725 8, ,359 1, ,489 2, , ,390 4,756,570 5,660, ,590 2,706,340 5,209,750 8,051,680 54, ,352 1,736,148 2,065,973 49, ,814 1,901,559 2,938, ,019 2, ,149 2,211 3,417 예측결과하수슬러지의매립, 소각, 해양배출로처분되는내역전체를에너지화하는경우 2007 년약 200 만 Gcal 에서 2012 년에는약 300 만 Gcal 로증가할것으로예측된다. 이러한에너지화가능량은 2007 년도국내총전력소모량 14) 의 0.5~0.9% 에해당하는비율이다. 11) 2011 년도의통계수치이나보고서의일관성유지를위하여 2012 년도의에너지화가능량으로표기 12) Eco-STAR Project 의 폐자원에너지화및 non-co2 온실가스사업단의사전기획서참조 ( 서울시립대학교,2007.8) 13) 1kwh=860kcal 적용 ( 에너지경제연구원 ) 14) 2007 년도총전력소모량 : 368,605Gwh( 한국전력공사 ) -30-

43 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 나. 바이오가스부문바이오가스의생산부분은크게 2개분야로나눌수있다. 첫째로유기성폐기물의혐기소화를통하여생산되는분야, 둘째로기존매립장에서발생되는매립가스분야이다. 물론하수슬러지의소화공정에서발생되는소화가스도대표적인바이오가스의하나이다. 이미슬러지의고형연료화에 100% 에너지화를가정하였기때문에중복계산방지를위하여바이오가스생산부분에서는고려하지않았다. (1) 유기성폐기물의혐기소화분야슬러지고형연료화의에너지화가능량예측과마찬가지로에너지화가가능한량을산정하고에너지화와관련이있는고형분을추적한다음각대상유기성폐기물별고형분의객관적인열량을반영하여에너지화가능량을예측하였다. 문헌 15) 에따르면음식물류폐기물과가축분뇨의고형분은각각 15% 로동일한것으로평가하고있으며, 단위열량은음식물류폐기물이고형분 kg 당 4,000kcal, 가축분뇨가 4,500kcal 로평가함에따라이에근거하여에너지화가능량을예측하였다먼저, 음식물류폐기물의에너지화가능량을예측한결과매립, 소각및해양배출되는음식물류폐기물전량을에너지화하는경우 2007 년에 130 만 Gcal 에서 2012 년에는 143 만 Gcal 로증가할것으로평가된다. 이는음식물류폐기물량증가비율과비례하는것으로검토된다. < 표 2.3-2> 음식물류폐기물의에너지화가능량예측 구분 음식물류폐기물 16) 에너지가능량 ( 톤 / 일 ) 매립소각해양배출소계매립소각해양배출소계 ,070 5, ,642 6,543 고형분 (15%) 환산 열량환산 (Mcal) 160, ,800 3,042,000 3,582, , ,800 3,385,200 3,925,800 연환산 (365일, Gcal) 58, ,627 1,110,330 1,307,649 58, ,627 1,235,598 1,432,917 전력환산 (Gwh) ,291 1, ,437 1,666 15) 환경에너지사업발전을위한중장기로드맵작성에관한연구 ( 환경관리공단, ) 16) 에너지화잠재량분석에서는음식물폐기물과음폐수를분리하였으나, 에너지화가능량예측에서는통합 하여평가함 -31-

44 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 다음의혐기소화를통하여에너지화가가능한유기성폐기물이가축분뇨이다. 가축분뇨는앞장의에너지화잠재량에서분석한바와같이발생량이 2007 년수준을유지할것으로평가된다. 따라서에너지화가능량도 2007 년및 2012 년이동일하게약 136 만Gcal 정도의에너지생산에기여할수있을것으로평가된다. 구분 매립소각해양배출소계매립소각해양배출소계 가축분뇨 - - 7,100 7, ,100 고형분 (15%) 환산 1,065 1,065 1,065 1,065 열량환산 (Mcal) 3,727,500 3,727,500 3,727,500 3,727,500 연환산 (365 일, Gcal) 1,360,538 1,360,538 1,360,538 1,360,538 전력환산 (Gwh) 1,582 1,582 1,582 1,582 (2) 매립가스포집분야매립가스는대표적인바이오가스의하나로현재우리나라에서에너지화가가장활발하게진행되고있는분야이기도하다. 현재대규모의매립장의경우이미에너지화가진행되고있으며, 에너지화비율은 84.1% 로 257 만Gcal 의에너지를생산하고있다. 다만, 소규모매립장의경우경제성확보의장애에부딪쳐사업화가진행되고있지못하는상황이다. 이와관련하여매립시설용량이 1만톤이상인소규모생활폐기물매립장 (138 개 ) 을대상으로조사한결과, 총 212 m3 / 분가량의매립가스가발생하는것으로추정된다. 매립가스발생량이 3m3 / 분이상인매립장이 19 개소,1~3 m3 / 분발생하는매립장이 23 개소이며, 그외매립장은 1m3 / 분미만발생되는것으로파악되었다. 17) 17) 매립가스자원화활성화방안 (2008.8, 환경부 ) -32-

45 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 < 표 2.3-3> 권역별매립장별매립가스발생량 ( 추정 ) ( 가스량단위 : m3 / 분 ) 권역별 검토대상 매립장 매립량 ( 천톤 ) 가스발생량 ( 추정 ) 가스포집 가능량 비고 계 138개소 34, 수도권 이천매립장등 10개소 3, 충청권 천안매립장등 26개소 4, 광주 전남권 양과동매립장등 20개소 5, 전북권 전주매립장등 12개소 2, 울산 경남권 진주매립장등 22개소 8, 대구 경북권 천군매립장등 30개소 5, 강원권 춘천매립장등 18개소 4, 기존매립폐기물을기준으로추정한자료이므로향후매립량증가및매립폐기물의성상변화등으로인 해증감될수있음 다. 에너지화가능량예측종합평가및비교금번연구의대상이되고있는유기성폐기물의에너지화, 즉하수슬러지의고형연료화및음식류폐기물과가축분뇨의바이오가스에너지화가능량을평가한결과 2007 년도를기준으로일일약 19 천톤의유기성폐기물의투입으로연간 473 만 Gcal 의에너지화가가능하다.2012 년에는에너지가능유기성폐기물이약 16.5% 증가한일일 22,491 톤투입으로에너지화가능량은 22.4% 증가한연간 573 만 Gcal 로확대될것으로전망되었다. < 표 2.3-4> 유기성폐기물별에너지화가능량예측종합 구분 에너지화가능 에너지화량 에너지화가능 에너지화량 폐기물량 ( 톤 / 일 ) ( 만 Gcal/ 년 ) 폐기물량 ( 톤 / 일 ) ( 만 Gcal/ 년 ) 음식물류 5, , 가축분뇨 7, , 하수슬러지 6, , 합계 19, , 한편, 위의에너지잠재량평가는문헌에근거하여각유기성폐기물별로 100% 에너 지화가이루어졌다는가정하에서이루어졌다. 그러나음식물폐기물, 음폐수및가축 분뇨와같이혐기소화를거쳐메탄을회수하여에너지로활용하는경우폐기물내에 -33-

46 제 2 장국내폐기물에너지현황및전망 함유되어있는에너지원인유기성분을 100% 소화과정을거쳐추출하는것에는한계가있다. 따라서바이오가스를에너지용도로고려하고있는음식물폐기물, 음폐수및가축분뇨에대하여서는현수준에서실질적으로활용가능한에너지잠재량을재평가하는것이필요할것이다. 이를위하여해당유기성폐기물의에너지화가능량은위의평가에서와같이동일하게적용하였으며, 각폐기물별문헌에근거한단위무게당발생바이오가스생산량및메탄함량을반영하고이에메탄의단위부피당발열량을적용하여에너지잠재량을평가하였으며, 그결과를아래의표에정리하였다 < 표 2.3-5> 바이오가스생산에따른유기성폐기물별에너지화가능량예측 구분 에너지가능량 ( 톤 / 일 ) 바이오가스에너지메탄함량발생량생산량 ( 백만m3 / 년 ) ( 백만m3 / 년 ) (Gcal/ 년 ) 에너지가능량 ( 톤 / 일 ) 바이오가스에너지메탄함량발생량생산량 ( 백만m3 / 년 ) ( 백만m3 / 년 ) (Gcal/ 년 ) 음식물 18) , ,476 음폐수 5, ,979 5, ,489 가축분뇨 7, ,403 7, ,403 합계 13, ,266,858 13, ,359,368 주 )1 음폐수바이오가스발생량 :84 m3 / 톤 (2008. 자원화사업기본계획, 수도권매립지관리공사 ) 2 가축분뇨바이오가스발생량 :20 m3 / 톤 (2007. 음폐수육상처리및에너지화로드맵, 환경부 ) 3 바이오가스및매립가스의메탄함량 :50% (2008. 자원화사업기본계획, 수도권매립지관리공사 ) 4 메탄 ( ) 의발열량 :10,550kcal/ m3 ( 국제에너지기구 TOE 환산표 ) 바이오가스활용이예상되는유기성폐기물의바이오가스발생량에따른에너지생산가능량을평가한결과 2007 년도에는 127 만Gcal,2012 년도에는 136 만Gcal 로평가되었다. 이는앞에서살펴본전체에너지가능량과비교하였을때의약 50% 수준으로혐기소화율이약 50% 인것으로추정할수있다. 따라서가능한많은바이오가스생산및에너지로활용하기위해서는혐기소화율을제고하는기술개발등의노력이필요한것으로평가된다. 18) 음식물폐기물의바이오가스발생량은 100 m3 / 톤으로가정 -34-

47 제 3 장선진국의유기성폐기물 에너지화사례 -35-

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49 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 1. 정책방향 1970 년대두차례석유파동을겪으면서선진국들은환경에너지기술개발및보급을위한정책수립에관심을갖기시작했다. 당시에는화석에너지의수입의존도를줄임으로써에너지자립율을향상시키는목적이강했으나, 현재는화석에너지고갈의위험성및기후변화협약등의환경규제의강화로인해자국의지속가능한발전을할수있는정책이수립되고있는추세이다. 예를들어투자인센티브, 관세감면등을시행하여보급확대에힘쓰고있을뿐만아니라최근에는기준가격의무구매제도 (Feed-In Tarif) 와신재생에너지발전의무비율할당제 (RenewablePortfolioStandards), 녹색인증서거래제등의시장확대정책을펼치고있다. 위의각제도에대한대략적인내용은다음과같다. 기준가격의무구매제 (Feed-InTarif) 가격을미리정하고물량을확보하는정책으로서전력사로하여금신 재생에너지발전전력이고비용을감안구입가격을미리책정하여의무적으로구매하도록하는제도임. 신재생에너지발전의무비율할당제 (RenewablePortfolioStandards) 물량을미리정하고가격을시장에서결정하도록하는제도로서, 전력회사또는발전회사로하여금총판매량또는총발전량의일부를신 재생에너지발전전력으로충당하도록하는제도임. 녹색인증제거래 (TradeofGreenCertificates) 일반적으로신재생에너지발전의무비율할당제와병행하여실시하는경우가대부분이며또한자발적인프로그램으로서녹색가격제도 (Green Pricing) 나녹색전력시장 (GreenPowerMarket) 의한형태로거래되기도함. -37-

50 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 표 3.1-1> 선진국의주요바이오에너지정책사례 국가명목표발전연료 에너지작물수송연료 미국 바이오제품및에너지를 RPS제도 (2003년) 도입 바이오연료에따라 1.5 에너지세법 (1978년) 에 10년에 3배로확대 생산세액공제 (PTC) 억달러지원 ( 에탄올0.3 의해에탄올 10% 이상혼 ( 01년대비) 달러 / 갤런, BDF1.43 달러 / 갤런 합한가솔린은연방소비세비과세 캐나다 바이오매스연소설비 25%(8만달러까지 ) 보조 바이오에너지연구지원 바이오에탄올, 메탄올, BDF 의물품세면제 브라질 E U 영국 이탈리아 고정가격매수제도 재생가능전력계통의보 10년총에너지 12% 증제도전력22% 를재생가능에너지로충당 바이오매스연료 : % ( 1 0 ) 20%( 20) RPS제도 10년전력 25% 를재생가능에너지로충당 RPS제도 10년전력 25% 를재생가능에너지로충당 바이오매스사용보조제도 가솔린에에탄올 22% 혼합의무화 공공기관용수송업자의에탄올전용차량구입에대한세공제 디젤규격에 5% 까지 BDF 허용 스웨덴독일프랑스스페인 RPS제도 10년전력 60% 를재생가능에너지로충당 10년전력 12.5% 를 고정가격매수제도재생가능에너지로충당 고정가격매수제도 10년전력 21% 를재생가능에너지로충당 10년전력 29.4% 를 고정가격매수제도재생가능에너지로충당 바이오매스연료의환경 가솔린세금에서에탄올세면제분면제 버스이용에탄올은에너지세, 환경세, 소비세면제 자가용차량바이오연료세제우대 BDF 는광유세전액면제 바이오연료의석유국내 재생가능에너지이용설세경감비도입보조 바이오연료관련각종규정 바이오매스에너지이용설비보조 10년전력 78.1% 를 고정가격매수제도오스트리아재생가능에너지로충당 바이오연료의광물유세, 바이오연료는광물유세, 부가가치세를경감부가가치세경감 자료 : 한국농촌경제연구원, 한국농업 농촌밝은미래를연다 (2007) -38-

51 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 가. 유럽연합 (EU) 유럽은 1990 년대부터지구온난화문제와국가적인에너지안보에대한관심이고조되면서각종세제지원과의무할당제도, 시설및장비지원등과같은제도를통하여각국가간의신재생에너지거래를촉진하기위한노력을꾸준히진행시키고있다. (1) 독일독일의경우인센티브 (InvestmentIncentive) 형태의정책지원이이루어지면서신재생에너지부문의발전을유도하였으며또한신재생에너지를이용한전력기술개발의주요정책인기준가격의무구매제 (Feed-in Tarif) 를이용하여신재생에너지로생산된전력에대해최저가격을보장하기도하였다. 그후자국내총전력생산중신재생에너지의비중을높이고신재생에너지에관한신기술을개발하여시장에접목시키고자 Electricity Feed-in Law 를도입하였다. 그러나전력시장이자유화되면서신재생에너지촉진에따른재정의불균등문제가심화되어 2000 년 신재생에너지지원법 으로확대, 개편되었다. 또한신재생에너지발전에대한보조금을지원하기위해각기술의발전단가를기준으로하는요금제도인 Cost-Based Tarifs 가도입되어신재생에너지발전사업자들에게일정수준의보상을해주기도하였다. (2) 영국영국의경우 1990 년비화석연료의무제도 (Non-FossilFuelObligation) 를기초로하고신재생에너지를경쟁입찰시키는시스템 (NFFO) 을도입하여신재생에너지발전업자와전력공급업자들의집단계약을보장하는등의정책을전개하였다. 그러나해당지역의발전소계획및승인이원활하게이루어지지않는등의문제점으로인하여새로운정책마련의필요성이더욱증폭되어져갔다. 향후 NFFO 의한계를극복하기위해신재생에너지의무사용할당제 (RenewableObligation Order) 를핵심으로다양한정책들이제시되었다. 의무사용할당제에대한대략적인내용은다음과같다. 의무사용할당제 (RenewableObligationOrder) 전기공급업체가그들이공급하는전력중일정비율을신재생에너지를이용하여 -39-

52 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 생산된전력으로공급해야하는제도로서 2002 년발효되어 2027 년까지유지됨. 또한바이오연료에대해서는면세를적용하고바이오연료사업에대해혁신적인 투자지원을하는등바이오연료분야에관심이고조되어있는상태이다. (3) 프랑스 1980 년대부터신재생에너지에대한지원정책을펼친프랑스의경우신재생에너지에대한세제감면혜택, 각종지원제도등의보급확대정책을위해꾸준한노력을기울이고있다.2000 년전기법시행으로 12MW 이하의사업에대한구매보장과, 차액보전을적용하여현재대수력을제외한모든재생에너지원에대하여차액보전제도가적용되고있다. 바이오연료의경우바이오디젤은 100% 면세, 바이오에탄올에는 80% 의면세혜택을부여하고있으며폐기물연소및매립가스에대한기준가격의무구매제 (Feed-InTarif) 가다른부문으로확대될전망이다. (4) 네덜란드네덜란드는규모와연료에관계없이다양한기술에대한기준가격의무구매제 (Feed-In Tarif) 를시행하고있으며투자에대한보조와각종세제를지원함으로서신재생에너지의보급확대에힘쓰고있다. 아래표에네덜란드보급제도의변화추이를나타내었다. < 표 3.1-2> 네덜란드보급제도변화추이 년도 1989~1997 보급제도변화내용 기준가격구매제도가주요보급제도로시행 - 지원가격 : 0.032~0.038 /kwh 1998 기준가격구매제도비중감소, REB( 규제에너지세금 ) 확대시행 2001 녹색전력인증제 (Green Certificates System) 도입 2002 녹색전력인증제확대 ( 수력제외 ) - 인증서가격 : 0.02 /kwh 2003 기준가격구매제도와녹색전력인증제도병행실시 자료 : 신재생에너지센터, 신재생에너지현황 -40-

53 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 표에서보는바와같이 1989 년부터기준가격구매제도가주요보급제도로시행되었고 1990 년대후반부터는기준가격구매제도의비중이감소하고규제에너지세금 (Regulating Energy Tax) 제도를확대시행하였다.2002 년에는녹색전력인증제를확대시행하였으며 2003 년부터는기준가격구매제도와녹색전력인증제도를병행실시하는등의보급확대정책을시행중에있다. (5) 핀란드핀란드의경우과거부터보일러나바이오에너지시스템의효율성증대에노력해왔다. 그결과현재핀란드의바이오에너지기술은상당한수준에이르렀고또한산주들이산림폐잔재를생산하도록재정을지원하고바이오에너지에대한에너지세를면제해줌으로써보급확대를위한많은노력을기울이고있다. 핀란드의신재생에너지보급확대정책을간단하게소개하면다음과같다. 바이오에너지촉진프로그램 (BioenergyPromotionProgram) 바이오에너지의사용을 2005 년까지 1992 년수준에서 25% 증가시킨다는목표로시행되었던제도로 2001 년에이미목질계바이오매스소비가 1992 년대비 58.2% 나증가하였다. 신재생에너지활성책 (FinnishActionPlanforRenewableEnergySource) 2010 년까지신재생에너지사용을 1995 년대비 50% 증가시킨다는목표로시행된제도로서신재생에너지기술의발전과상업화, 투자지원촉진, 세금감면제도등의내용이포함된다. 에너지투자지원 (EnergyAid) 신재생에너지기술에대한초기투자비용을 40% 까지정부에서보조해주는제도 로서주로발전소의신규건설시자금을공적으로제공하는목적으로이용되었다. -41-

54 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 표 3.1-3> 유럽국가들의주요정책및바이오에너지이용현황 국가바이오에너지이용현황주요정책 오스트리아 에너지공급의 11% 소규모지역난방시스템을운영.: 산림폐잔재를이용 정책지원은주단위시행 개별난방시스템과가스화시설에금융지원. 바이오매스생산농가에보조. 바이오연료세제지원, 무기연료에대한조세부과 덴마크 산림폐잔재활용프로그램운영. 대규모 CHP, 지역난방에서바이오매스를활용 작물을활용하는장기에너지프로그램운용 바이오에너지에대한보조금 feed-in tariff 를 10 년간보증함. 핀란드 1 차에너지수요의 20% 를바이오매스로부터확보 에너지세면제. 산주들이산림폐잔재를생산하도록재정지원. 폐기물의에너지생산목표로함. 독일 재생에너지는총에너지의약 3% 수준임. 바이오매스에너지는약 300PJ 이나 2010 년에는 800 PJ 로증가전망. 바이오연료에대한면세혜택부여 네덜란드 바이오매스와폐기물의에너지공급은 2000 년 50PJ 이상임 년 85PJ, 2020 년에는약 150PJ 를목표로함 다양한 R&D 프로그램과지원대책. 규모와연료에관계없이다양한기술에대한 feed-in tariff 지원. 투자에대한보조와세제지원 스페인 총에너지에서바이오매스의기여가현재전체재생에너지의약 50% 에서 2010 년에약 2/3 로증가전망 재생에너지공급은 2000 년 6% 수준이나 2010 년 30% 를목표로함 바이오에너지프로젝트투자에대하여세금공제 (10%), 직접보조 (30% 까지 ), 이자할인 (5% 까지 ), 소비세감세 스웨덴 바이오매스가전체에너지수요의 17% 를차지 바이오매스이용은 2020 년에너지공급의 40% 가될것으로전망됨 탄소세및에너지세를주로활용하는조세및행정지원 영국 재생에너지는전체에너지공급의 2% 수준이며바이오매스는그중 2/3 임 장기적으로영국은에너지작물을대규모로사용하고자함 열병합발전 (CHP) 시설보조. 바이오연료에면세지원. 온실가스완화정책으로바이오에너지활용. 바이오연료사업투자지원. 바이오연료에관한부과금감면, 재배농가지원 -42-

55 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 나. 미국 2001 년미국은국가에너지정책 (NationalEnergy Policy) 을시행하여안정적이고경제적인에너지공급확대방안을환경문제와결부시킨 105 개의정책을제시하였다. 이정책은에너지위기에대한종합적인장기대책마련과에너지공급증대, 환경친화적기술발전촉진과에너지환경경제정책의포괄적통합을내용으로하고있다. 또한신에너지정책 (Advanced Energy Initiative) 을통해대체에너지개발등에 07 년예산을 22% 증액시키고 2025 년까지중동지역원유수입의 75% 이상을대체할계획을세우고진행중에있다. 바이오에너지에대한본격적인기술개발은 2000 년바이오매스 R&D 법을계기로시작되었으며바이오에너지국가비전을제정하고각종개발프로그램의가동을내용으로하고있다. 바이오연료에관련된정책으로 2006 년대체연료의수송용연료비중을 3% 에서 2017 년 15% 로증가시킬계획이며, 이러한정책달성을위한수단으로바이오연료생산자에게는생산보조금지급, 설비투자비의일부를지원, 인센티브지급등의정책을병행실시하고있으며뿐만아니라바이오연료소비자들에게는각종세금공제등의혜택을부여하고있다. 또한보급정책의일환으로재생이가능한연료의의무할당제 (Renewable Fuels Standard:RFS) 를통해가솔린에에탄올 10% 사용의무화를규정하고있다. < 표 3.1-4> 미국의바이오에너지국가비전 구분 전기 열생산점유율 - 4% 5% 5% 운송용연료점유율 0.5% 4% 10% 20% 제품생산점유율 ( 화학제품생산량대비 ) 5% 12% 18% 25% 자료 : VisionforBioenergy& BiobasedProductsintheU.S.",

56 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 표 3.1-5> 미국의주요바이오에너지개발정책 법 정책 ( 실행시기 ) 주요내용특징 Biomass R&D Act(2000) 에너지성및농업성에국가바이오매스전략의실행의무 바이오매스의국가비전및기술로드맵수립 (2002) National Biomass Initiative(2001) 미국의바이오매스관련 R&D 및자원관리를총괄하는정책 산하에 Biomass R&D 를운영 Initiative Federal Procurement of Biobased Products(2002) 연방정부가만달러이상의구매활동시바이오성분이다량함유된제품의구매를우선하도록의무화 농업성이바이오성분함량 품질을측정하여우선구매목록인 Biobased Product List 를작성 Renewable Energy Systems & Energy Efficiency Improvements(2003) Biorefinery Development Grants(2002) Continuation of Bioenergy Program(2003) 농가나지역소기업의재생에너지생산또는에너지시설개선에대한보조금지원 바이오매스에서각종연료및화학소재를생산하는공정개발및건설비용의일부를지원 연간바이오에너지생산량이증가한생산자에게증산비용의일정액을연간 150 백만달러한도에서 2006 년까지지원 2005 년도는 22.8 백만달러를배정했음 바이오정유공정개발및건설비용의 30% 까지지원 연간 65 백만갤런이하생산자는증가량 2.5 유닛당 1 유닛, 65 백만이상은 3.5 유닛당 1 유닛의비용을보조 E85 Tax Credit(2002) 수송용대체연료 (E85) 에대해갤런당총 달러의세금을공제 E85 판매용시설투자를한소매사업자도연간 3 만달러의소득세를공제 (2007 년기한 ) Renewable Fuels Standard(RFS) (2005) 2012 년까지바이오연료등재생가능연료 (RFS) 의사용량을연간 50 억갤런까지확대 2012 년까지정유회사는일정기준이상의 RFS 를생산하거나다른정유사로부터 RFS 사용권을구입해야함. 환경청 (EPA) 이공급상황에따라목표수치를증 ( 감 ) 량할수있도록규정 일정규모이하의소형정유사업자는 RFS 사용량또는사용권구매의무를 2007 년말까지유예 Tax Incentives for Biodiesel(2004) 100% 천연식물오일로제조한바이오디젤은갤런당 1 달러, 재활용오일로만든바이오디젤은갤런당 0.5 달러세금공제 미국시장에서바이오디젤이석유계디젤대비생산비가갤런당 1 달러비싼수준 자료 : 삼성경제연구소, SERI 경제포커스,

57 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 다. 일본일본은 1993 년에 New Sunshine 계획을수립하여지속적성장과에너지 환경문제의동시해결을목표로한혁신적기술개발을추진하고있다.New Sunshine 계획은혁신기술개발, 국제대형공동연구, 적정기술공동연구등 3개의기술체계로구성되어있으며이들의대략적인내용은다음과같다. 혁신기술개발일본국내에특히중요한문제로서 지구온난화방지행동계획 의실천에반드시필요한혁신기술로해외에도개방하여연구개발을가속적으로추진함. 국제대행공동연구 일본은물론세계공통문제인 지구재생계획 을추진하는데있어경쟁적인추진 이불가피한대형혁신기술에있어서국제공동연구를추진함. 적정기술공동연구개발도상국에서필요로하고있고또한일본의에너지 환경개선에도움이되는문제로서 Sunshine 계획등을통하여기본기술의목표가달성된것에대해서는상대국과공동으로연구 Program 을추진함. 또한일본은 2010 년까지신재생에너지보급을 2004 년총에너지소비대비 1.3% 수준에서 3% 까지증대시킬계획이다. 이를위해일본정부는 2000 년이후신재생에너지 R&D 예산을전체에너지예산의 4% 수준을유지하고있다.(2003 년에는총 42 억 5000 만달러중 1억 4800 만달러 (3.5%) 를투입했음 ) 뿐만아니라 2002 년신재생에너지사용에관한특별조치법제정,2003 년신재생에너지발전의무비율할당제, 신재생에너지민간사업자에대한인센티브제도등을운영하여보급확대에주력하고있다. 일본의종합적인바이오매스활용시스템의대표적인실증모델로는농림수산성의바 이오매스타운 (Biomass-town) 과환경성의에코타운 (Eco-town) 을들수있다. 바이오매 스타운의경우 2010 년까지 300 개의타운건설을계획하고있으며,2008 년 8 월현재 -45-

58 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 151 개의지역에서바이오매스타운이진행되고있으며, 에코타운의경우 2006 년 1월기준으로 26 개지구,54 개소가운영되고있다. 바이오연료에관련된정책으로는휘발유품질관리법에의해 E3(Ethanol3%) 의사용허가가났으며민간부문에서 2010 년까지총 21 만톤의에탄올을도입하여 ETBE 에사용할계획으로있다. 또한 2005 년 4월교토의정서목표달성을위해 신에너지대책 을추진하여 2010 년까지 1차에너지공급량의 3% 를바이오연료로대체한다는목표를세우고추진중에있다. 2. 하수슬러지고형화연료사례 선진국의경우환경문제에대한인식이높아지면서하수슬러지의재활용및위험성평가 (risk assessment) 에대한연구가일찍부터추진되어왔다. 이러한배경하에서슬러지의재활용및에너지화에대한기술수준또한매우높은상황이며, 슬러지의고형연료화가선진국에서적용하고있는슬러지의재활용및에너지화의한방법이라할수있다. 가. 일본사례 (1) 법적 제도적사항일본의하수슬러지고형연료제조에관한법률에는크게 2가지종류가있다. 첫째는고형연료제조에관한공장및사업소에대한규제이며, 다른하나는제품및그사용에관한규제이다. 하수슬러지로부터고형화연료를제조하는공장과사업소등으로부터의규제가전자이며, 만들어진고형화연료와그사용에관한것이후자 ( 발전소등 ) 에해당된다. 각각의해당법률관할관청은조금씩달라서철강및발전사업은하수도사업법에따르며, 건축부분은국토교통성, 농림수산업은농림수산성, 폐기물처리사업은후생노동성법률을따른다. 하수슬러지의고형화연료로는발전소연료및토양개량재 ( 비료 ) 등이있다. 이것의용도에관해서는각각관계하는제품을관할하는해당관청에서규제를하고있다. 하수슬러지로부터의재생자원연료에관하여전기사업법에서는폐기물고형화연료, 소 -46-

59 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 방법의 위험물규제에관한정령의일부를개정하는정령부칙제2항및제3항의규정에의한제출에관한성령 (2004 년 10 월 1일시행 ) 에서는 재생자원연료 를지정가연물에지정하는정령이 2005 년 12 월 1일시행되었다. 이재생자원연료라는것은자원의유효이용촉진에관한법률에규정하는재생자원을원재료의연료로서사용하는것을의미한다. 대표적인것으로서는폐기물고형화연료및하수오니건조고형연료가있다. (2) 하수슬러지연료화사례 히다쯔조센일본에서슬러지건조연료화에앞장서고있는기업으로는히다쯔조센 (Hitachi Zosen) 을예로들을수있다. 동기업은일본뿐만아니라우리나라를포함한남미국가들을대상으로슬러지연료화사업에주력하고있으며, 이미 2000 년대초반에슬러지의고형연료화에대한실증을마치고현재상용화단계에있다아래의표는히다쯔조선에서분석한슬러지연료화와관련하여시행한슬러지성분결과로서건조슬러지의발열량이석탄의 1/2~2/3 의수준인것으로평가하고있으며, 슬러지건조연료화의장점으로연료비절감및안정적인슬러지의처분을제시하고있으며, 슬러지연료화를위해서는슬러지내수분함량 10% 이하의건조기술능력이필요함을언급하고있다. < 표 3.2-1> 히다쯔조센의슬러지연료성분조성결과 분석항목단위소화슬러지미소화슬러지석탄 수분 % 공업분석 회분 % 휘발분 % 고정탄소 % 발열량 고위 (kcal/kg) 4,090 4,740 6,860 저위 (kcal/kg) 3,780 4,380 6,

60 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 그림 3.2-1> 히다쯔조센의슬러지연료화설비 : 브라질상파울로 동경전력동경전력이 슬러지연료화와 관련하여 만든 회사인 바이오연료 에서는 동경 하수도국에서 슬러지 탄화물을 생산하여 발전소의 연료 ( 전체사용량의 1%) 로 사용하기위하여슬러지탄화설비를건설중에있다. 발생된탄화물의발열량은 3,500kcal/kg 정도이며, 공정은탈수오니 (300 톤 / 일,76%)-> 건조로 (25%)-> 탄화로 (500 )-> 탄화물 (27 톤 / 일,10%) 로이루어진다. 신일철엔지니어링신일철엔지니어링에서는슬러지연료화연구과제를하수도국과공동으로수행하기위해 20 톤 / 일생산용량의 J-COMBI 시스템을도입하여기술개발을하였으며, 생산된하수슬러지를신일철야하다발전소의연료 ( 전체사용량의 2%) 로사용하고있다. 슬러지탄의발열량은 3,500 4,000kcal/kg 으로가격은 2,000 엔 / 톤에판매를하고있으며, 공정은탈수오니 (65-85%)-> 2축믹서 ( 혼합 )-> 횡형건조기 -> 건조물 (20 톤 / 일,10%) 로이루어진다. -48-

61 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 중부전력아이치현은중부전력과공동으로하수슬러지의연료화에착수하였다. 아이치현은지금까지하수슬러지를소각, 매립처분이외시멘트연료화와비료화등으로이용을해왔지만, 앞으로발생량의증대를예측하여연료화개발을시작하였다. 키누우라동부유역하수도정화센터 ( 아이치현헤키난시 ) 에서하수오니를탄화하고, 연료를제조하며, 탄화물은인접한중부전력의헤키난화력발전소 ( 同 ) 에서활용되고있다. 중부전력은하수슬러지의연료화를통하여 1석탄연료대체를통한온실가스감축 2 하수슬러지의안정된처리및이용 3하수처리비용절감등의효과를얻고있다 나. 독일사례 (1) 법적 제도적사항하수슬러지는식물성장에필요한영양소, 특히질소, 인 ( 탈수의정도에따라칼슘 ) 이많지만반면에생태계에부정적인영향을주는중금속과같은무기물질과독성이있는유기물질등많은종류의다른물질이포함되어있다. 독일에서는유기물을 50% 이상함유하는슬러지의이런특성때문에오랫동안농, 초지에사용하는비료로사용되고있으며슬러지를매립하는것은 2005 년 7월부터금지되었다 ( 폐기물의유기질이 5% 이하일경우에만허용 ). 그러나현재는그에따른여러가지부정적인영향때문에비료용사용이극히제한적이며, 향후에는농, 초지용으로는전면사용이금지될전망이다. 따라서독일에서는슬러지를소각하거나에너지회수용으로재활용 (Thermal recycling orenergy recycling) 되고있으며소각되느냐재활용하느냐를결정하는것은슬러지의성분과가공정도그리고이용하는설비의효율성및환경성에달려있다. 슬러지를소각설비에서전소하는것은소각에필요한발열량에달려있으며충분한열량을얻기위해서는탈수및건조, 성형을하여연료화한다. 슬러지를다른방법으로에너지회수용으로재활용하는방법은다음과같은것이있다 : 발전소에서의석탄과혼소하는방법 -49-

62 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 시멘트공장의석회소성연료로혼소하는방법 Biomass 와혼합하여열분해혹은가스화하는방법 독일에서슬러지를연료화하는것은폐기물로제조한 대체연료 (EBS) 19) 에속한다.EBS 는폐유나폐용제를원료로하여만든것과물질회수를위하여재활용되지못하는합성수지, 폐지, 폐섬유, 폐포장물질등과같은고형폐기물을가공하여만든것으로구분되고있다. 또하나의방법으로는폐기물로부터얻어지는고형연료 20) 를발전원으로이용하는것이다. 독일의경우, 1982 년 Herten Rhur 지역에폐기물고형연료플랜트 ( 용량 :240ton/day, 투입폐기물 : 도시폐기물고형연료 ) 를설치하여운영하는등생활폐기물의고형연료화를통한발전소에서의활용은일반화되고있는추세이다. 이런대체연료는 순환자원 ( 경제 ) 과폐기물에관한법률 (KrW/AbfG) 제 6조 ( 6) 에서정하는규정에따라재활용되고있으며그재활용방법은 연방대기오염방지법률 의 17 호법령과 13 호법령, 폐기물의소각과혼소에관한법령 에서정하고있고, 동규정에슬러지를발전용연료로재활용하는사항이명시되어있다. (2) 석탄화력발전소의하수슬러지혼소사례독일의 EnBW KraftwerkeAG( 전력회사 ) 의하일브론 (Heilbronn) 발전소 7번 Block 에하수슬러지를혼소하기위하여 1997 년에는건조한하수슬러지 ( 함수율 <10%), 1997 년 10 월에는기계적으로탈수한슬러지 ( 함수율약 70%) 의혼소를주정부로부터허가받은바있다.7 번 Block 보일러의연간석탄투입량은 2006 년기준 1,800,000 톤이고 ( 일일평균약 6,000 톤 ) 연간슬러지투입량은탈수슬러지 46,000 톤, 건조슬러지 16,000 톤이었다. 건조슬러지를혼소할경우의당시허가사항및허가규제치는다음과같다. 연소최대용량의 25% 를달하지않은운전초기에는슬러지를혼소할수없음 슬러지는화학적으로안정된슬러지 (stabilized sludge) 만허용됨 19) (Ersatzbrennstoff, 약칭 : EBS, 영 : Substitute Fuel) 20) RDF : Refuse Derived Fuel -50-

63 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 슬러지내에함유된수은의양은 2mg/kg 으로제한하며이를관리할의무있음 투입석탄의수은양 0.5mg/kg 혼소할경우에다음과같은배출규제치를정함 (Unit:mg/cbm) TotalorganicCarbon(TOC) 10 (Cd,Tl) Hg Heavymetalsacc.to17.BImSchV 0.25 (Dioxins,Furans)acc.to17.BImSchV 0.05ng/cbm 규제치에적용되는기준산소함량 6% * 탈수슬러지를혼소할경우에도위와동일한규제치를적용 독일 EnBW 석탄화력발전소슬러지혼소현황 ( 가 ) 발전소개요 발전용량 :1,000MW (120MW/ 기 2기,760MW 1기 ) 사용연료 : 역청탄 (7,500 kcal / kg,240 톤 /hr) ASH 처분현황 : 시멘트원료사용 슬러지혼소율 (4~5%):760MW 발전기에서혼소 발전소인근의약 30 개소하수처리장에서슬러지반입 (2006 년기준 ) ( 하수슬러지함수율 ( 약 70%) 46 천톤 / 년, 함수율 ( 약10%) 16 천톤 / 년혼소처분 ) 발전소폐열을이용한자체슬러지건조기설치 ( 현재보수예정 ) 슬러지혼소시영향 연소로및배가스에영향없음, 연소재는시멘트원료활용 ( 나 ) 주요내용 현재하수슬러지처리비 -탈수슬러지 (dehydrated sewagesludge):40 /ton -건조슬러지 (dried sludge):25 /ton -51-

64 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 ( 투입용량이 10~15ton/hr 인건조슬러지투입설비건설을위하여 2002 년에 2 milioneuro 를투자하였으며,3~4 년만에투자비를회수함 ) 배가스중오염물질 -현재 SO2 의규제치는 190mg/ m3으로강화되었으나, 문제점은발견되지않음 년건설이후석탄대비중량비로하수슬러지를약 4% 주입하여왔으나, 배가스에함유된오염물질농도에는뚜렷한변화가없으며, 모두규제범위내에있음. -현재까지도 3개월에 1회씩슬러지내중금속함량을분석하여, 그결과를정부에보고하고있음. -현재생활하수슬러지만사용가능하고, 산업에서발생하는슬러지는사용하지못하도록되어있음. 석탄및건조슬러지발열량 -역청탄 :30,000MJ/kg(7,200kcal/kg) -건조슬러지 :10,000~12,000MJ/kg(2,400~2,880kcal/kg) 분쇄기 (Mil) 에공급되는건조용공기는배가스를이용하여예열하고있으며, 공급되는건조용고온공기의온도는약 300~350 로 -석탄만사용할경우의밀후단온도가 145 정도로유지되고, -건조슬러지를사용할경우의밀후단온도가 110 정도로유지되고, -탈수슬러지를사용할경우의밀후단온도가 80~ 85 로유지될수있도록탈수슬러지투입량을조절함. #7 발전기의석탄공급량이 240 톤 /hr 이고, 석탄대비중량비로 2~ 4%, 최고 5% 까지하수슬러지를투입하며, 탈수슬러지와건조슬러지를동시에또는독립적으로투입될수있도록설비구성. #7 발전기에는순수한건조슬러지를제외한최고 70,000ton/yr 투입가능함. 탈수슬러지건조설비를 3milion euro 를투자하여설치하였으나, 정상가동이되지않고있으며 (Belt type 건조기의설계이상으로 ), 향후 1milion euro 를투자하여추가개선수행예정임. -52-

65 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 탈수슬러지를혼소할경우배가스내수분량이증가하고, 배가스온도가조금낮아지며, 배가스의이슬점온도가조금낮아져공기예열기에서응축이증가하였으나, 문제점은발견되지않았음. 탈수슬러지이송용펌프로 hydraulicpump 를사용하며, 토출압이 100bar 이며, 탈수슬러지계통에는이물질제거용 strainer 가있으며,2~ 3주에한번씩청소 건조슬러지용저장조의부피 400 m3, 저장용량은 250 톤이며, 저장조배출공기의먼지배출농도는 10 mg / m3이며, 분채이송시배출공기의온도를 60 이하로유지시켜, 저장조내부에서화재가발생하지않도록유지함. 수분함량이 5 ~ 10% 인건조슬러지는석탄과함께밀로공급되며, 여기에서수분함량이 3% 정도가되도록추가로건조됨. 건조슬러지저장조에는열전대,CO 측정기, 질소분사장치가설치되어있으며, 저장조내부온도는최고 65 이하, 통상적으로 60 이하로유지되며,CO 농도가상승하면내부에서화재가발생한것으로간주하여, 직업자가수동으로질소를주입하도록되어있으며, 화재발생시진압을위하여물분사장치도설치되어있다.2002 년설치후질소분사장치와물분사장치를사용한경우는없는것으로조사되고있음 건조슬러지의 pneumatic 수송을위하여 2대의 compressor 가설치되어있음 -수송차량에서 silo 까지수송압력 :3bar -Silo 에서 feed 호퍼로수송압력 :3bar -Feed 호퍼에서투입기까지는스크류피더사용하여수송함. 건조슬러지혼소시위치에따른 CO limit -Silo 내부 :2,500ppm -Truck 내부 :1,500ppm (CO 농도가 limit 보다높은경우에는수송시키지못하고, 대기하면서 CO 농도 값이 limit 값보다낮아질수있도록공기로 Flushing 하면서대기 limit 값이 떨어진후수송시킴 ) -53-

66 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 다. 기타외국사례위에서살펴본일본, 독일의사례외에도많은선진국에서하수슬러지를포함한바이오매스를화력발전소에서혼소를추진하고있다. 아래의표는국제에너지기구 (IEA) 에서 2003 년도에발표한자료로서선진국화력발전소의바이오매스연료의혼소현황을보여주고있다. < 표 3.2-2> 기타유럽국가의화력발전소바이오매스혼소현황 (IEA Year Report 2003) 국가 시설명 설립연도 용량 혼소바이오매스 Gratkom MW 슬러지 Bruck MW 슬러지 오스트리아 St.Veit MW 슬러지, 폐목재 EBS MW 생활폐기물, 하수슬러지 핀란드 Äänevoima OY Äänekoski Jämsenkosken Voima Oy Jämsenkoski MW 폐목재, 슬러지 MW 목제칩, 슬러지 이태리 Cartiere Burgo Mantova BiomasseItalia Strongoli MW 슬러지 x20MW 바이오매스 한편, 슬러지와같은폐기물의연료화는연료의근원에따라다소차이는있으나일반적으로폐기물고형연료 (Refuse Derived Fuel) 로명칭되며, 이러한폐기물연료는적정한품질을갖춤으로서연료로서의성능, 사용및운반의효율을꾀한다. 따라서각국가들은연료의성격에맞는인자들을선정하고각각의여건에맞는품질요건을제시하고있다. 이를좀더자세히살펴보면다음과같다. 연료의성형연료의성형은연소의효율및이동 운반의중요한요건이기도한다. 따라서 -54-

67 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 CEN/TS14961Solid Biofuel-Fuelspecifications& classes(eu) 에서는폐기물연료의크기는최대직경 25 mm이하및길이는직경의 4배로정하고있으며 폐플라스틱의리싸이클폼에관한시험평가방법의표준화조사연구성과보고서 (2001, 일본 ) 에의하면일본의경우형상및크기와모양은 97% 가펠렛형이며직경은 10~20 mm사이가 50% 였고, 25~40 mm사이가 50% 였다. 길이는 10~50 mm가 61%, 50~100 mm가 27%, 100~150 mm가 12% 인것으로나타났다. 미분탄화력발전소나일부시멘트공장등에서는설비형태에따라서미성형폐기물연료를사용하는경우가있다. 미성형의경우부피가크고분진이많아서성형의연료를취급할때보다발생한분진의처리, 운반, 저장등에많은에너지가소요되고외관상이미지도좋지않으며폐기물과구별하여관리하기에어려움이많으므로미성형의연료의경우제조시설과사용시설이같은장소에있는경우가많다. 제조공정중에서이물질의선별효율을높이도록유도하고외관상으로도혐오감을주지않도록하기위해서는미성형폐기물고형연료가가능한한적게만들어지는것이바람직하며독일 RWE 사의경우에는발전용연료로혼소하고있는폐기물고형연료의크기는긴부분이 30~40 mm수준이었다. 발열량발열량은연료의성능을좌우하는가장중요한인자라할수있다. 따라서각국가들은폐기물연료의품질설정시해당연료의발열량을기준으로설정하는데, 일본은비교적낮은 3,000kcal/kg 이상으로정하고있고, 이태리는 3,584kcal/kg 이상, 독일생활폐기물고형연료는 3,824kcal/kg 이상이며, 특정폐기물고형연료는 4,780kcal/kg 이상으로정하고있다. 또한, 05.9 월에제안되어현재회원국이최종승인여부를검토중인유럽폐기물고형연료공통규칙최종 ( 안 ) 에는폐기물고형연료최저발열량을 717kcal/kg 으로제시하고있다. 유럽공통규격 ( 안 ) 에서제안된발열량은매우낮은수준인데, 이것은열량이낮은폐기물이라도최대한으로에너지를회수하여활용하겠다는유럽의의지를나타내고있는것으로파악되고있다. 수 분 일반적으로연료로활용되는폐기물에는유기물의함량이높다. 따라서과다한수 분이함유되는경우장기간저장시부패의문제가발생할수있으므로수분또한 -55-

68 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 연료품질선정시중요한인자라할수있으며, 수분의경우실질적으로연료성능 과관계있는열량에도직접적인영향을미칠수있는인자이다. 일본은 10% 이하, 이 태리는 25% 이하로정하고있는것으로조사된다. 회 분 폐기물의연료화목적은석탄연료대체외에도폐기물의처분에도일부목적이있다. 따라서회분의비율을일정수준이하로유지하는것이필요할것이며, 일본과이태리와동일하게 20% 이하 ( 건기준 ) 로기준을설정하고있다. 염소및황염소의경우핀란드는 1.5%wt. 이하, 이태리는 0.9%wt. 이하로정하고있고최근에유럽공통규격에서최종안으로제시된염소농도는 3%wt. 이다. 유럽과같이폐기물에너지의활용을적극적으로장려하는측면에서는허용농도가높을수록좋으나 3%wt 는너무높은수준으로판단된다. 황의경우핀란드는 0.5% 이하, 이태리는 0.6% 이하로정하고있다. 유해금속유럽공통규격최종안에는유해금속을수은만 1mg/kg(asreceived) 으로정하고있고 Sb,As,Cd,Cr,Co,Cu,Pb,Mn,Ni,Tl,V 는분석값을기록만하도록하고있다. 그러나수은외에도용융점이낮아서연소시대기공해요인이될수있는일반적유해금속인카드뮴, 납, 비소는규격을정할필요가있는것으로판단된다. 다음은참고자료로서독일과일본의슬러지연료화와관련된제도적사항과우리나라의폐기물고형연료와관련된사항을아래와같이정리하였다. -56-

69 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 표 3.2-3> 우리나라의고형폐기물연료와독일, 일본슬러지연료의비교 구분한국독일일본 관련법규명 폐기물관리법 자원재활용촉진법 순환자원과폐기물에관한 자원의유효이용의촉진에법률관한법률 연방대기오염방지법률 하수슬러지연료의정의 재생자원을원료로하는 폐기물을연소설비에서연연료로서 하수오니건조소할수있도록가공되고고형연료 품질관리를받은폐기물 활용방법 고형연료 발전소보조연료 시멘트소성로연료로혼소 시멘트소성로연료혼소 발전소에서석탄과혼소 적용사례 - EnBW 발전소 동경화력 ( 나코소발전소 ) 3,500kca/kg 2,630kca/kg 2,000kcal/kg ( 폐기물고형연료최소열량품질기준 ) Spec. 함수율 10% 이하 건조슬러지 10% 이하 - 연소효율 - 75% 이상 - 배출기준 법적용기준 폐기물처리시설기준 소각설비법과발전소설비법에서정하는공해물질배 - 출기준을 혼소법 에의해결정 금속성분 고형연료제품의품질기준

70 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 3. 바이오가스사례 가. 현황 1998 년프랑스의아미엠시에 Valoga 공장이준공된이후 2007 년까지프랑스, 오스트리아, 벨기에, 독일, 스위스, 핀란드, 이탈리아, 네덜란드, 덴마크, 스웨덴, 영국등의유럽국가들과인도, 캐나다, 미국등으로유기성폐기물혐기소화시설들이보급되었다. 또한매립부지의확보가어려운 EU 와일본등에서는유기성폐기물을메탄생성반응기에서소화함으로써바이오가스를생성하여열에너지원또는발전연료로사용하는기술을개발보급하고있다. 이와관련출원된특허는일본이약 70 건으로가장많으며, 유럽 26 건, 미국 16 건정도로우리나라와큰차이를보이고있으며, 선진기술보유국가의주요연구개발동향및상용화혐기공정을아래표와같이나타내었다. 유기성폐기물의바이오가스생산기술개발동향의특징은분리수거된음식물류폐기물은부패, 다량의수분포함및특정가용물질의과부족등의이유로병합소화하는방향으로나타나고있다. 분리수거를하고있지만도시쓰레기는소화가거의불가능한협잡물 ( 비닐류 ) 을포함하고있으므로이들을분리하여제거하는여러가지전처리기술과함께혐기소화후안정적으로생산할수있는메탄가스의품질관리및이용방안에관한연구가활발히진행되고있다. < 표 3.3-1> 유기성폐기물의바이오가스화주요선진기술연구개발동향 국가개발동향 유럽 EU 차원의기술개발및실증시험사업진행 미국 정부주도의상용화기술개발및보급추진 중국농부산물바이오매스가스화이용 ( 발전포함 ) 스웨덴 바이오매스가스화발전기술실증 네덜란드, 덴마크 LFG 및바이오가스이용기술개발적극추진 -58-

71 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 나. 추진사례 EU 의경우유기성폐기물의병합처리기술은혐기성소화에집중되어있으며덴마크와독일이혐기소화시설 (biogasplant) 건설및운전분야에서앞서가고있는것으로나타나고있다. 최근 EU 에서는혐기소화액처리와관련하여퇴, 액비살포를위한농경지확보의어려움과자원화의한계로막분리공정을활용하는정화처리및농축공정에관한연구가진행되고있다. 또한덴마크 BioScan A/S 의경우는 Bormholm 에 UF, RO 를적용 230m 3 / 일규모의바이오가스생산시설과연계하는시설을건설중에있다. < 표 3.3-2> 유기성폐기물의바이오가스생산을위한대표적혐기공정 지역명대상폐기물공정명 소화 온도 전처리특징용량 ( 톤 / 년 ) 준공년도 잘쯔부르크 ( 오스트리아 ) 음식물폐기물 DRANCO 고온드럼스크린 20, 바사 ( 핀란드 ) 음식물폐기물하수슬러지 WABIO (AVECON) 중온드럼 40, 아미엥 ( 프랑스 ) 음식물폐기물 VARLORGA 중온드럼 55, 베거 ( 덴마크 ) 음식물폐기물가축분뇨 JYST BIOGAS 중온습식분리 15, 라이덴 ( 네덜란드 ) 바덴바덴 ( 독일 ) 음식물폐기물 PAQUES 고온드럼 100, 음식물폐기물 BTA 중온미분쇄 5, 륌므랑 ( 스위스 ) 음식물폐기물정원쓰레기 KOMPOGAS 중온수선별 5, 그린스테드 ( 덴마크 ) 음식물폐기물하수슬러지 KRUGER A/S 고온 분리수거종이봉지 57,000/ 5, 크리스티안스태드 ( 스웨덴 ) 라홀름 ( 스웨덴 ) 젠틴 ( 독일 ) 스토모센 ( 핀란드 ) 분뇨산업, 가정유기물 분뇨산업유기물 하수슬러지산업, 가정유기물 하수슬러지도시폐기물 BIGANDAN 중온 미분쇄 73,000 BIGANDAN 중온 미분쇄 4,000 - 중온 미분쇄 5,300 VAASA 중온 드럼 4,

72 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 표 3.3-3> 유럽국가및일본의바이오가스플랜트설치현황 ( 출처 :IEA, 2004) 국가명 플랜트설치수 집중형개별농가형기타 독일 11 1,900 오스트리아 ( 하수슬러지 ) 덴마크 프랑스 ( 식품폐기물 ), 20( 기타 ) 그리스 ( 하수슬러지 ) 아일랜드 1 1 이탈리아 ( 식품폐기물 ) 네덜란드 ( 하수슬러지 ), 2( 기타 ) 포르투갈 4 20 스페인 6-27( 식품폐기물 ) 스웨덴 ( 하수슬러지 ) 영국 ( 하수슬러지 ), 26( 기타 ) 일본 한편, 미국에서는유기성폐기물의혐기소화기술이주를이루고있다.2004 년에설립된 BiogasenergyInc. 사의경우 Flow-storageProcess 라는자체기술을확보하여유기물의혐기소화율을향상시켰다. 해당기술은음식물류폐기물, 가축분뇨, 유지 (grease) 등의유기성폐기물과그외옥수수건초 (cornsilage) 등의농업부산물을모두대상으로하는기술이며, 독일등유럽에기술을수출하고있다. 또한 POWER-X 사의경우자체개발한 New Two PhaseAnaerobicSystem 이라는신기술을비롯하여다양한개량형혐기소화기술 (Enhanced anaerobictreatment,eat) 을보유하고있으며, 이를이용하여축산폐기물, 돈분뇨, 해양식물폐기물, 볏짚, 왕겨, 목초등의농산폐기물의통합처리시설을운영하고있다.2000 년설립된 Microgy,Inc. 사는일반적인혐기소화온도보다높은온도 (50~ 55 ) 에서유기물을분해하는고온혐기소화기술을이용하여다양한유기성폐기물을처리하고있다. 주로가축분뇨와축산폐기물, 특히유청 (whey) 을함께처리하여생산한메탄으로발전시설을가동하는기술을적용하고있다. 그외에도미국내다수의기업들이상용혐기소화기술을보유 -60-

73 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 하고있으며, 이러한혐기소화기술은대부분의경우투입기질에대한과학적인분석과생물공학기반의운전기술만확보된다면언제든지유기성폐기물의통합처리가가능하다. 미국정부는이러한혐기소화기술의적극적인이용과보급을위해서축산농가에서발생하는가축분뇨를자체적으로처리하여에너지를생산하도록하는 AgSTAR Program 을 USDA,USDOE,USEPA 의공동주관으로운영하고있다. 동프로그램이시작된 1984 년이후지속적인지원으로 2002 년에는농장기반혐기소화시설 (On-farm digester) 이초기의 2배인 40 개시설로증가하였다 (USEPA,2003). 이후더욱증가하여 2005 년기준 150 개시설이운전중이다 (Roos, 2005). 한편, USDA 는 2003 년 "RenewableEnergyand EnergyEficiencyImprovementGrants" 예산가운데신재생에너지예산의 33.2% 인 7백만달러를혐기소화시설에투자했으며,2004 년에는이보다약 12% 증가한 9.5 백만달러를투자하였다. 이는 USDA 의 2004 년신재생에너지예산의 45.3% 에해당한다. < 표 3.3-4> 미국의유기성폐기물통합처리상용화기술보유기업 기업 기술분류 / 자체기술 대상폐기물협력사기타 Biogass Energy, Inc. 혐기소화 / Flow-storage process 가축분뇨, 윤활유, 농업부산물, 음식류폐기물 Biogas Nord( 독일 ) 유기성폐기물처리 POWER-X 혐기소화 / Enhanced Anaerobic Treatment (EAT) 축산부산물, 가축분뇨, 해양폐기물, 농산폐기물 Cambridge Energy Group 메탄생산, 발전 Microgy Inc. 혐기소화 / Mocrogy system 가축분뇨및축산부산물 메탄생산, 발전 자료 : Biogas Energy, Inc. ( POWER-X (home.pacbell.net/ziakhan/) Microgy, Inc. ( -61-

74 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 다. 품질기준적용사례바이오가스연료화가활발하게진행되고있는유럽의경우 유럽천연가스산업기술협회 (MARCOGAZ) 에서바이오가스의품질요구권장사항을마련하여활용되고있다. 바이오가스의활용은때로가스를통한질병의위험에노출될수있다는우려가있었으나스웨덴의전염병통제협회, 국립수의학협회와스웨덴농업과학대학이공동으로수행한위험성평가 21) 에서바이오가스로부터의질병확산위험성은매우낮은것으로판단된다는결론을내렸고바이오가스에서발견되는많은미생물은천연가스와같은수준으로평가하고있다. 한편, 유럽등의선진국에서는천연가스를도시가스의원료로활용하고있으며, 유기성폐기물혐기성소화를통하여발생되는바이오가스도일정수준품질을높여도시가스및자동차연료로활용하고있다. 그대표적인사례는다음과같다. (1) 스웨덴스웨덴에서는 1999 년에자동차제조업체의요청에의해서자동차연료로공급사용하는바이오가스품질기준 (Swedish standard SS155438,Motorbranslen) 을만들었으며, 아울러천연가스배관망에연계할수있는연료의품질기준을규정하여시행하고있는것으로조사되었다. < 표 3.3-5> 정제되지않은바이오가스와천연가스의품질기준성분바이오가스천연가스 메탄 (%) 60~70 89 탄화수소 (%) 0 10 이산화탄소 (%) 30~ 황화수소 (ppm) 0~4,000 1~8 자료 :BiogasasTransportFuel-UpgradingTechniqueand Application,SwedishGasCentre 21) Identification of the microbiological community in biogas systems and evaluation of microbial risk from gas usage, ELSEVIER,

75 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 표 3.3-6> SS 에의한스웨덴바이오가스품질기준 성분단위 Type A (truck, buses) Type B (private cars) 측정방법 웨버지수 MJ/n m3 44.7~ ~47.3 SS-ISO 6976 메탄 (volume at 273 K, kpa) % 97±1 97±2 ISO 6974 옥탄가 이슬점온도 ( 고압기준 ) (t = 월별, 일간최하온도 ) C t - 5 t - 5 ISO 6327 수분mg / m SS-EN ISO ,-2,- 3 CO 2 + O 2 + N 2 비율. vol-% ISO 6974 최대 O 2 비율 vol-% 황성분mg /n m IS ,-2,-4 SS-EN ISO-3,-5 NH 3 로부터산정된총질소화함물mg /n m ISO 6974 자료 : Biogas as a road transport fuel, 2006, NSCA (2) 스위스스위스에서도일부지역에서는바이오가스를정제하여천연가스배관망에주입하고있다. 바이오가스의품질기준 (Swissregulrations;G13) 은 Limited gasinjection 기준과비교적엄격한기준이적용되는 Unlimited gasinjection 기준두가지의기준을제시하고있다. 즉고질인 Unlimited gas 의경우사용처를제한하고있지않으므로천연가스화하여도시가스연계는물론이고자동차연료로도활용가능한것으로평가되고있으며, Limited gas 인경우품질의수준이낮으므로고발열량및고품질을요구하지않는수요처를대상으로바이오가스가활용되고있는것으로평가된다. -63-

76 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 표 3.3-7> 스위스의가스주입품질기준 성분 단위 품질기준무제한주입제한적주입 메탄 vol-% > 96 > 50 상대습도 phi < 60% < 60% Dust - Technically free Technically free CO 2 vol-% < 6 < 6 O 2 vol-% < 0.5 < 0.5 H 2 vol-% < 5 < 5 H 2S mg /nm3 < 5 < 5 S mg /nm3 < 30 < 30 자료 : Biogas Upgrading to Vehicle Fuel Standards and Grid Injection, 2006, IEA Bioenergy (3) 독일독일의 바이오가스 품질기준 (standard for biogas injection ;G262) 은 German Waterand GasAssociation 과 thegermanbiogasassociation 에의해서만들어졌으 며천연가스품질기준 (DVGW G260) 을기초로하고있다. 따라서독일의경우바이 오가스를아래의표와같이천연가스주입기준을만족시키는경우배관망연계및 자동차연료로사용이가능한것으로조사되었다 < 표 3.3-8> 독일기준 (G260/G262) 에의한가스주입조건 성분단위품질기준 웨버지수 MJ/n m3 46,1 ~ 56,5 in H gas grids(high heating value) 37,8 ~ 46,8 in L gas grids(low heating value) 메탄 % > 97.5 in H gas grids, 87~98.5 in L gas grids 상대밀도 ~ 0.75 Dust - Technically free 이슬점온도 C < ground temp. CO 2 vol-% < 6 O 2 vol-% < 3 (in dry distribution grids) S mg /nm3 < 30 자료 : Biogas Upgrading to Vehicle Fuel Standards and Grid Injection, 2006, IEA Bioenergy -64-

77 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 (4) 프랑스프랑스 (GazdeFrance) 에서는 2004 년천연가스배관망주입을위한바이오가스품질기준을만들었다. 이기준은다른나라들의기준들에비하여산소및기타중금속에대한기준을강화한것이특징이라할수있으며, 프랑스에서도바이오가스를천연가스품질기준에만족하는경우배관망에연계가가능한것으로조사되었다. < 표 3.3-9> 프랑스의가스주입품질기준 성분단위품질기준 고위발열량 웨버지수 MJ/n m3 MJ/n m3 H gas : ~ L gas : 34.2 ~ 37.8 H gas: ~ 56,52 L gas: ~ 46,8 탄화수소이슬점온도 C < -5 from 1 to 80 bar 이슬점온도 C < -5 at MOP downstream from injection point (Gergwater correlation) CO 2 vol-% < 2 Dust mg /n m3 < 5 황성분 mg /n m3 < 100 instant content < 75 annual average O 2 ppmv < 100 Hg mg /n m3 < 10 (Natural gas) < 50 (Liquefied Natural Gas) Cl mg /n m3 < 1 F mg /n m3 < 10 H 2 % < 6 CO % < 2 자료 : Biogas Upgrading to Vehicle Fuel Standards and Grid Injection, 2006, IEA Bioenergy (5) 오스트리아 FerngasAG 는 2005 년에오스트리아최초의바이오가스주입설비를오스트리아북쪽에설치하였다. 이설비는바이오가스를정제하여기존천연가스배관망에주입하는설비로시간당 10 m3의 ( 생 ) 바이오가스를시간당약 6m3의바이오가스로정제하여공급하며이는연간 400,000kWh 의전력량에해당한다. -65-

78 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 < 표 > 정제되지않은바이오가스와천연가스의품질기준 Content 바이오가스품질 (Vol %) OVGW G31 천연가스품질 (Vol %dry) 메탄 60 ~ 67 min. 97 % CO 2 21 ~ 30 2 O 2 > 0.2 ~ 질소 0.6 ~ 6 5 화화수소 700 ~ mg / m3 5 mg / m3 자료 : Austrias first feeding of upgraded biogas to the natural gas grid, OÖ Ferngas AG (6) EU 2003 년부터유럽공동체에서는회원국들에게수송부문에사용가능한바이오연료개발및각종정책을추진하도록하고있으며, 향후 2010 년까지수송부문전체에너지에서바이오연료의비중을 5.75% 까지증가시키는것을목적으로추진하고있다. 또한,Task 37 에서는스웨덴과스위스의바이오가스분야연구성과를바탕으로 EU 각국의기술을증진하고있는것으로조사되었다 ( 자료 :Energy from Biogas and Landfilgas-TechnicalReport, ,IEA Bioenergy). FuelQualityParameters 혐기성소화나매립장에서발생되는바이오가스는대부분 CH 4,CO 2,H 2 S,NH 3 로구성되어있으며, 미량의 H 2,N 2,CO 등이포함되어있다. 또한포화상태의수증기및먼지입자도포함하고있다. 따라서 CH 4 를제외한나머지성분을제거함으로써바이오가스의품질을자동차연료로사용가능한수준으로높일수가있으며대표적인품질기준항목은아래와같다. Hydrogensulphide Water CO 2 Halogencompounds(chlorides,fluorides) Siloxanes Aromaticcompounds Air(oxygen,nitrogen) -66-

79 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 EmissionControl 현재천연가스의오염물질 (CO,NOx,PM 등 ) 배출수준은대체로다른화석연료에비하여양호한수준으로천연가스의품질기준으로정제된바이오가스또한현재천연가스배출수준으로볼수있다. 관련연구 (Swiss,Buwal1998) 에의하면대기환경적측면에서휘발유에비하여 50%, 디젤에비하여 75% 우수한것으로나타나고있다. 라. 유럽의바이오가스적용사례 (1) 프랑스 ( 릴 ) : The Marquette sewage treatment plant 시설개요 : 하수처리장내하수슬러지소화가스의차량연료활용 하수슬러지소화조 :9,000 m3 (4 기 ) 바이오가스정제설비 :WaterScrubbing,PilotPlant < 표 > 정제및정제되지않은바이오가스의성분 Content Raw biogas characteristics Upgraded biogas CH % 97.5% CO % 1.6% ( 제거율 : 95~99%) H 2S 3,000 ppm 2 ppm ( 제거율 : 99%) 자료 : Report on Technological Applicability of Existing Biogas Upgrading Processes, 2007, biogasmax < 그림 3.3-1> The Marquette sewage treatment plant -67-

80 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 (2) 스웨덴 ( 스톡홀롬 ) : The Henriksdal Sewage treatment plant 시설개요 -하수처리장내하수슬러지혐기성소화가스의차량연료 바이오가스정제설비 -CBG/year:8M m3 /year -Flow-untreated gas:600and 800N m3 /h(perproductionline) -Flow-treatedgas:400and 500N m3 /h(perproductionline) -Waterflow throughscrubber:90~ 120 m3 /h(closed loop) -Untreatedgasquality:ca65% CH 4,ca35% CO 2+N 2,H 2S,watervapour -Treatedgasquality:ca97% CH 4,ca2% CO 2,1% N 2 < 그림 3.3-2> Henriksdal gas treatment plant -68-

81 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 (3) 스웨덴 ( 스톡홀롬 ) : The Bromma Sewage treatment plant 시설개요 -하수처리장내하수슬러지소화가스의차량연료 -하수슬러지소화조 :12,000 m3 (6 기 ) 바이오가스정제설비 (1996~2000):WaterScrubber 2기 -CBG(CompressedBiogas)/year:0,36M m3 /year -Flow-untreated gas:55 m3 /h(perproductionline) -Flow-treatedgas:25 m3 /h(perproductionline) -Waterflow throughscrubber:120litre/min(perproductionline) -Untreatedgasquality:ca65% CH 4,ca35% CO 2+N 2,H 2S,watervapour -Treatedgasquality:ca97% CH 4,ca2% CO 2,1% N 2 바이오가스정제설비 (NEW;2000~):PSA(PressureSwingadsorption) -CBG/year:2 1.5M m3 /year -Planned flow -untreated gas:130~ 260 m3 /h(perproductionline) -Planned flow -treated gas:85~ 170 m3 /h(perproductionline) -Untreatedgasquality:ca65% CH 4,ca35% CO 2+N 2,H 2S,watervapour -Plannedtreatedgasquality:ca97% CH 4,ca2% CO 2,1% N 2 < 그림 3.3-3> CBG filling the first biogas vehicle at the pilot plant -69-

82 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 (4) 이태리 ( 로마 ) : Malagrotta sanirary landfill 매립장시설개요 -매립량 :1.5 백만톤 / 년 -유럽에서가장규모가큰위생매립장 Biogastotalproduction:130N m3 /ton Biogasextractioneficiency:0.85 Biogas yearly extraction capacity :6.7N m3 /year and ton(calculated on 15 years) < 표 > 바이오가스의평균성분비교 Content Raw biogas 1st Upgraded (water scrubbing) 2nd Upgraded (water scrubbing) CH 4 50 ~ 60 % 90 % 97 ~ 99 % CO 2 37 ~ 47 % 10 % 1 ~ 3 % H 2S 0.5 ~ 1 % 1 ~ 5 ppm 1 ~ 10 ppm N 2, O 2, H 2 from 0 to 3.5 % no variation no variation H 2O saturated saturated 1 ~ 3 ppm 자료 : Report on Technological Applicability of Existing Biogas Upgrading Processes, 2007, biogasmax < 그림 3.3-4> AMA Biomethane waste trucks at Malagrotta biogas filling station -70-

83 제 3 장선진국의유기성폐기물에너지화사례 (5) 스웨덴 ( 고든버그 ) GöteborgEnergi 는 2000 년부터인근하수처리장의하수슬러지소화조에서생산된바이오가스를구입하여수송용및도시가스주입용으로사용하여왔다. Capacityoftheplant -1,600N m3 /hraw biogas -(approximately)1,100n m3 /hupgraded gas < 표 > 고든버그바이오가스의성분 Content 정제전바이오가스정제후바이오가스 CH 4 65 % 96 % CO % 0.5 % H 2 S max 10 ppm - O 2, N % 4 % 자료 :ReportonTechnologicalApplicabilityofExistingBiogasUpgradingProceses,2007,biogasmax (6) 기타유럽등의선진국에서는바이오가스를천연가스배관망에주입하여공급하고있으며, 어떤나라에서는이러한가스를 Green Gas 라고별도로명명하기도한다. 또한유럽에서는천연가스배관망관련규정인 EU Directive2003/55/EC 발효에의하여배관망에바이오가스 22) 공급을허용하는것을목표로하고있으며, 앞에서살펴본바와같이스위스, 오스트리아, 독일, 스웨덴등의국가에서는이미바이오가스의천연가스공급망연계에대한규정을마련한상태이다한편, 스웨덴은바이오가스를천연가스배관망에주입하는경우에열량을보전하기위하여프로판을일정비율혼합하고있다. -Laholm 시 : 바이오가스 500 m3 /hr 주입 ( 배관망압력 4bar)+ 프로판 -Helsingborg 시 : 바이오가스 350 m3 /hr 주입 ( 배관망압력 4bar)+ 프로판 -Gothenburg 시 : 바이오메탄 1,500 m3 /hr 주입 ( 배관망압력 4bar)+ 프로판 22) 바이오가스성분중정제를통하여메탄성분만을추출한가스로서국제적으로정제된바이오가스를 바 이오메탄 으로명명하기도함 -71-

84 -프로판혼합은가격이유로 8% 를넘지는않음현재, 바이오가스를정제하여자동차연료나천연가스배관망에연계하여사용하고있는유럽국가들의경우특별한문제점이발견된사례는없었으며, 다만배관망주입시박테리아, 할로겐탄화수소등의영향에대한조사를 BONGO" 컨소시엄을구성하여실시중에있다. BONGO(Biogasand OthersinNaturalGasOperations) 프로젝트참여기관영국 :Advantica(repr.Transco),NorthEnergy,UniversiyofWarwick 벨기에 :EuropeanEnvironmentalCons,Synergrid 그리스 :DEPA S.A.,Nat.Techn.Univ.Athens 스페인 :GasNatural,Enagas 덴마크 :DGC 프랑스 :GazdeFranceF 폴란드 :TAGUSGas,ISQ 네덜란드 :Gasunie,EnergieNed 독일 :E.ON-Ruhrgas,DVGW 스위스 :SVGW 유럽 :Marcogaz,GERG -72-

85 제 4 장유기성폐기물에너지 제품별품질기준안 -73-

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87 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 1. 에너지회수기준조사 금번연구의대상이되고있는폐기물의에너지화와관련하여국내의경우폐기물의 " 재활용 " 측면에서폐기물관리법에폐기물의재사용등을통하여연료, 열, 전기등의에너지로회수가가능한기준을명시하고있다. 동규정에따르면 폐기물의재활용을통하여다른물질과혼합하지않고저위발열량이 3천 kcal/kg 이상일것, 에너지회수효율이 75% 이상일것, 회수열모두를이용하거나다른사람에게공급할것, 환경부장관이고시하는폐기물일경우폐기물의 30% 이상을원료나재료로재활용하고그나머지중에서에너지의회수에이용할것 등으로명시하고있다. 아울러이에따른세부적인이행방법은 에너지회수기준의검사방법및절차등에관한규정제정고시 (2005.6) 를통하여규정하고있다. < 표 4.1-1> 에너지회수기준에대한제도의운영체계 폐기물관리법제 2 조제 7 호 " 재활용 " 이란폐기물을재사용 재생이용하거나재사용 재생이용할수있는상태로만드는활동또는환경부령으로정하는기준에따라폐기물로부터 에너지기본법 제 2 조제 1 호에따른에너지를회수하는활동 동법시행규칙제 3 조제 1 항 1 호 다른물질과혼합하지아니하고해당폐기물의저위발열량이킬로그램당 3 천킬로칼로리이상일것 동법시행규칙제 3 조제 2 항 에너지회수기준의구체적측정방법등은환경부장관이정하여고시하도록함 고시제정 (' ) 에너지회수기준의검사방법및절차등에관한규정 을제정 고시 ( 환경부고시제 호 ) 이와관련하여금번연구의대상이되고있는하수슬러지의고형연료화와바이오가 스의자동차연료및도시가스연계방안등을고려할때동규정과연계되는연료화대 -75-

88 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 상은없는것으로판단된다. 예컨대동규정에서제시하고있는아래의용어정의를살펴보면 연소설비 를폐기물을연소시키는설비로정의하고있으며, 금번연구의대상이되고있는폐기물에너지제품의사용처의경우석탄화력발전소, 도시가스및자동차로서동규정에서정의하고있는연소설비에는해당하지않고, 또한고시에포함되어있는내용은주로에너지회수와관련된폐기물처리시설에해당하는것으로서열회수가주요내용이며연료로서활용하고자하는금번연구의기본취지와는다소거리가있는것으로판단된다. 다만, 금번연구대상폐기물에너지제품은폐기물을연료로재사용가능하도록제조하는과정이필요하므로폐기물관리법제2조 7호에따른폐기물재활용의에너지회수기준을고려하여폐기물재활용과관련된대상시설의에너지회수효율 75% 기준조항은배제되더라도재활용대상폐기물의기본요건인재활용대상폐기물의 저위발열량이 3,000kcal/kg 이상 의규정은고려할필요가있는것으로검토된다. < 표 4.1-2> 에너지회수기준의검사방법및절차등에관한규정제정고시의용어정리용어정의 연소설비에너지설비투입에너지에너지회수효율 폐기물을연소시키는시설을말함 연소설비로부터열을회수하여온수, 온풍등으로이용하는시설을말함 폐기물로부터에너지재활용시설에투입되는폐기물과보조연료등의에너지총량을말함 에너지회수기준의검사방법에의한에너지회수의총량을투입에너지총량으로나눈비율 에너지회수시설 연소설비와에너지설비가복합된시설로서에너지회수에적합한시설을말함 한편, 바이오매스의에너지화를선도하고있는독일의에너지회수기준을살펴보면 1 타물질과혼합되지않은폐기물의발열량이최소 11,000kJ/kg(2,627kcal/kg 23) ) 이상일때,2 연소효율이최소 75% 이상일때,3 회수된열을자가용으로사용하거나타인에게줄수있을때,4 재활용에기인한잔류폐기물이가능한선에서추가가공을하지않고폐기처리가가능할때 로정하고있으며, 우리나라의에너지회수기준과유사한기준을갖고있는것으로조사되었다. 23)1kcal= J -76-

89 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 < 참고자료 > 폐기물관리법에너지회수기준에따른열회수검사 검사항목세부기준검사방법 1. 에너지회수능력의 유지여부 1. 대상폐기물의저위발열량이 3,000kcal/kg 이상이어야한다. 1. 발열량, 수분, 회분등의시료채취및분석은폐기물공정시험방법에따 2. 에너지회수효율 75% 이상이어야 른다. 한다가. 기준온도는외기온도로한다. 2. 에너지회수효율의산정은다음과같이구한다. 나. 폐기물및보조연료의발열량은저 가. 에너지회수효율 (%)= 총회수 에 위발열량을사용한다. 너지량 / 총투입에너지량 100 다. 구동에너지의경우전력량 1kWh 를 860kcal 로환산한다. 라. 순환열은에너지계산에포함시키지않는다. 마. 에지회수시설에서사용되는공기는수증기를포함하는것으로한다. 투입에너지는폐기물, 보조연료, 연소용공기, 회수용공기및물등의보유에너지를포함하여야한다. 회수에너지는회수대상인온풍, 온수, 스팀등으로이에해당되는회수에너지는모두산정한다. 바. 시험시간은최소 2시간이상으 로한다. 사. 최대출력량을측정하기위하여 반드시정격부하에서실시하여 야한다. 아. 기타사항은 KSB6205육용강제 보일러의열정산방식에따른다. 2. 투입에너지측정 1. 폐기물및보조연료에의한발열량 1. 저위발열량환산식연료의발열량은을측정한다. ( 팬등구동부의전기열량계에의해고위발열량을실측하에너지는전체에너지량에비하여여아래의환산식에의해저위발열량미미하므로측정은제외하되과부으로환산하여사용한다. 하등이상상태유무는확인하여야가. 고체및액체연료인경우 : 한다.) 저위발열량 (kcal/kg)= 고위발열량 (kcal/kg)-5.9 [9 수소분 (%)+ 수분 (%)] 나. 기체연료인경우 : 저위발열량 ( kcal /Nm3)= 고위발열량 ( kcal / N m3 ) ( H / 2 Σ ycxhy+w) 여기에서 H 2, CxHy 및 W는각각연료중의수소, 탄화수소및수증기분의함유율 ( 부피 %) 을나타낸다. -77-

90 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 2. 에너지관련국내법규및제도검토 가. 에너지기본법유기성폐기물이에너지로활용되기위해서는우선국내법규에서정하고있는에너지에대한이해가필요하다. 이와관련하여국내관련법규중 에너지기본법 에에너지의정의를명시하고있다. 동법규에따른에너지는 연료, 열, 전기 를의미하는것으로서이중 " 연료 " 는석유 가스 석탄그밖에열을발생하는열원으로해석 24) 하고있다. 따라서금번용역의대상이되는건조슬러지및유기성폐기물에서추출되는바이오가스는자체발열량을갖고있기때문에에너지에대한기본요건을갖추고있다고할수있다. 다만, 동법시행규칙제5조 1항에국가의에너지수급에관한통계작성이목적이기는하나각연료별발열량을제시하고있으며, 이러한규정은각연료의성능에대한기준으로적용되고있다. 따라서금번연구의대상이되는건조슬러지및바이오가스의경우에도목적별제품의기준에맞는열량을설정하는과정이필요할것이며, 장기적으로는동법에해당연료별적정열량을반영하는방안이검토된다. < 표 4.1-3> 에너지기본법에따른에너지의정의및열량환산기준 구분 내용 정의 1. " 에너지 " 라함은연료 열및전기를말한다. 2. " 연료 " 라함은석유 가스 석탄그밖에열을발생하는열원을말한다. 다만, 제품의원료로사용되는것을제외한다. 3. " 신 재생에너지 " 라함은 신에너지및재생에너지개발 이용 보급촉진법 제 2 조제 1 호의규정에따른에너지를말한다. 에너지열량환산기준 에너지수급에관한통계를작성하는경우에는지식경제부령이정하는에너지열량환산기준을적용하여야한다. [ 별표 ] 참조 24) 동법에서는각제품의원료로사용되는것을제외 -78-

91 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 [ 별표 ] 에너지열량환산기준 ( 에너지기본법시행규칙제 5 조제 1 항관련 ) 1. 총발열량기준 총발열량 에너지원 단위 kcal MJ 환산 석유환산계수 원유 kg 10, 휘발유 l 8, 실내등유 l 8, 보일러등유 l 8, 경유 l 9, B - A유 l 9, B - B유 l 9, B - C유 l 9, 프로판 kg 12, 부탄 kg 11, 나프타 l 8, 용제 l 7, 항공유 l 8, 아스팔트 kg 9, 윤활유 l 9, 석유코크 kg 8, 부생연료1호 l 8, 부생연료2호 l 9, 천연가스 (LNG) kg 13, 도시가스 (LNG) Nm3 10, 도시가스 (LPG) Nm3 15, 국내무연탄 kg 4, 수입무연탄 kg 6, 유연탄 ( 연료용 ) kg 6, 유연탄 ( 원료용 ) kg 7, 아역청탄 kg 5, 코크스 kg 7, 전력 kwh 2, 신탄 kg 4, 비고 1." 총발열량 " 이라함은연료연소과정에서발생하는수증기잠열을포함한발열량을말한다. 2." 석유환산계수 " 라함은에너지원별발열량을 1kg = 10,000 kcal로환산한값을말한다. 3. 최종에너지사용기준으로전력량을환산하는경우에는 1kW h=860 kcal를적용한다. 4. 에너지원별실측결과는 50 kcal에서반올림한다. 5. 석탄의발열량은인수 ( 引受 ) 식기준을적용하여측정한다. 6.1 cal =4.1868J,MJ=106J 로한다.7.N m3은 0,1 기압상태의체적을말한다. -79-

92 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 나. 신에너지및재생에너지개발 이용 보급촉진법일반적으로모든물질은자체적으로열량을보유하고있으므로 에너지기본법 에명시되어있는에너지에대한정의만으로유기성폐기물을에너지제품으로규정하는것에는한계가있을것이다. 따라서유기성폐기물의에너지화와관련하여보다직접적용가능한법적근거가필요하며, 신에너지및재생에너지개발이용보급촉진법 에서폐기물을에너지원으로활용할수있는법적근거를찾을수있다. 동법에따르면 " 신에너지및재생에너지 "( 신 재생에너지 ) 라함은기존의화석연료를변환시켜이용하거나햇빛 물 지열 강수 생물유기체등을포함하는재생가능한에너지를변환시켜이용하는에너지 로정의하고있다. 생물자원을변환시켜이용하는바이오에너지로서대통령령이정하는기준및범위에해당하는에너지 가신재생에너지에포함됨을명시하고있으며, 동규정에따른 대통령령이정하는기준및범위 에 생물유기체를변환시킨바이오가스 를바이오에너지그리고 각종사업장및생활시설의폐기물을변환시켜얻어지는고체의연료 를폐기물에너지범위에반영하고있다. 그러므로금번에너지제품의품질기준설정을위한하수슬러지의건조를통한고형연료화는 폐기물에너지, 그리고유기성폐기물의혐기소화를거쳐생산되는바이오가스의경우 바이오에너지 로제품생산이가능한것으로해석된다. 다만, 국내법규상유기성폐기물에너지의활용이가능함에도불구하고아직까지이들제품에대한제품기준이설정되지않아상용화에는한계가있음에따라유기성폐기물을활용한 바이오및폐기물에너지 제품에대한적정품질을설정하는과정이필요하다. -80-

93 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 [ 별표 ] 신재생에너지법에따른정의및범위 구분 내용 법제 2 조 ( 정의 ) 신 재생에너지정의 " 신에너지및재생에너지 "(" 신 재생에너지 ") 라함은기존의화석연료를변환시켜이용하거나햇빛 물 지열 강수 생물유기체등을포함하는재생가능한에너지를변환시켜이용하는에너지가. 태양에너지나. 생물자원을변환시켜이용하는바이오에너지로서대통령령이정하는기준및범위에해당하는에너지다. 풍력라. 수력마. 연료전지바. 석탄을액화 가스화한에너지및중질잔사유 ( 중질잔사유 ) 를가스화한에너지로서대통령령이정하는기준및범위에해당하는에너지사. 해양에너지아. 대통령령이정하는기준및범위에해당하는폐기물에너지자. 지열에너지차. 수소에너지카. 그밖에석유 석탄 원자력또는천연가스가아닌에너지로서대통령령이정하는에너지 시행령제 2 조에따른별표 1 바이오에너지등의기준및범위 구분 바이오에너지 기준 범위 기준및범위 1. 생물유기체를변환시켜얻어지는기체 액체또는고체의연료 2. 제 1 호의연료를연소또는변환하여얻어지는에너지 제 1 호또는제 2 호의에너지가신 재생에너지가아닌석유제품등과혼합된경우에는생물유기체로부터생산된부분만을바이오에너지로본다. 1. 생물유기체를변환시킨바이오가스 바이오에탄올 바이오액화유및합성가스 2. 쓰레기매립장유기성폐기물을변환시킨매립지가스 3. 동 식물의유지를변환시킨바이오디젤 4. 생물유기체를변환시킨땔감 우드칩 펠렉및목탄등의고체연료 폐기물에너지기준 1. 각종사업장및생활시설의폐기물을변환시켜얻어지는기체 액체또는고체의연료 2. 제 1 호연료를연소또는변환시켜얻어지는에너지 3. 폐기물의소각열을변환시킨에너지 제 1 호내지제 3 호의에너지가신 재생에너지가아닌석유제품등과혼합되는경우에는각종사업장및생활시설의폐기물로부터생산된부분만을폐기물에너지로본다. -81-

94 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 다. 석유및석유연료대체법본연구의궁극적인목적인 유기성폐기물에너지제품의기준설정 은동에너지제품이상용화와함께적정한유지관리를위한기준을설정하기위한것이다. 따라서각유기성폐기물에너지제품별품질기준을설정하기위한기준항목및관련규격평가를위하여국내대표적인에너지로활용되고있는연료인석유류연료와관련된 석유및석유대체연료사업법 을검토하였다동법은석유, 경유, 등유, 액화석유가스등의석유류에너지제품에대한품질기준, 관리방안및유통방안등에대한규정하고있으므로, 동법규의체계를유기성폐기물에너지제품의기준설정에접목시킬수있을것으로평가된다. 우선, 동법에서정하고있는석유류연료의품질기준을보면각연료별평가항목과함께항목별기준치와시험방법을제시하고있다. 아울러, 각연료의적정품질관리유지를위하여전문기관인 한국석유품질관리원 을통하여각연료의적정품질유지여부를평가하는체제로이루어져있다. 따라서바이오가스의사용을제도적으로정착시키기위해서는동법의관리체계를벤치마킹할필요가있을것이다. 한편, 동법에는석유대체연료에대한정의제시와함께 석유대체연료의품질기준 을정하여고시하도록되어있다. 따라서, 바이오가스를자동차연료로활용하는경우석유대체연료에반영하게된다면바이오가스의활성화에크게기여할수있을것으로사료된다. 다만, 동법의정의에서 석유대체연료 의범위에서현바이오가스와성향이가장유사한천연가스를배제하고있고, 연소설비의근본적인구조변경없이석유제품을대체하여사용할수있는연료 로명시되어있으므로현재운영되고있는액화석유가스 (LPG) 차량연료의바이오가스로대체는 엔진개조의범위및방법 등에서논란의소지가있으므로바이오가스를석유대체연료에반영하는방안은보다심도있는검토와함께추가적인연구가요구된다. -82-

95 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 [ 별표 ] 석유및석유연료대체법의정의및대체연료의품질기준적용사례 구분내용 법제1조목적법제2조정의 이법은석유의수급및가격의안정을기하고석유제품과석유대체연료의적정한품질을확보함으로써국민경제의발전과국민생활의향상에이바지함을목적으로한다. 1. " 석유 " 라함은원유 천연가스 ( 액화한것을포함 ) 및석유제품을말한다. 2. " 석유제품 " 이란휘발유 등유 경유 중유 윤활유와이에준하는탄화수소유및석유가스 ( 액화한것을포함 ) 3. " 석유대체연료 " 라함은석유제품연소설비의근본적인구조변경없이석유제품을대체하여사용할수있는연료 ( 석탄및천연가스제외 ) 로서대통령령이정하는것을말한다. 지식경제부고시제 호 ( ) 석유대체연료품질기준 1. 바이오디젤연료유바이오디젤연료유 (BD20) 는자가정비시설 ( 자동차관리법시행규칙제 62 조별표 9 에서규정하는자동차정비시설로서사업자의계약에의한위탁정비시설등을포함한다 ) 및자가용주유취급소 ( 위험물안전관리법시행규칙제 37 조별표 13 에서규정하는자가용주유취급소를말한다 ) 를갖추고관리가가능한사업장의버스, 트럭및건설기계에사용하기위하여석유제품인자동차용경유 80% 와제 2 호의바이오디젤 (BD100) 20% 을혼합한연료로서다음의품질기준에적합하여야한다. 구분항목 품질기준 시험방법 지방산메틸에스테르함량 ( 부피 %) 20±3( 겨울용 : 10±3) EN14078 유동점 ( ) 0.0이하 ( 겨울용 :-17.5이하 ) KS M 2016 인화점 ( ) 40이상 KS M 2010 동점도 (40, mm2 /s) 1.9이상 ~ 5.5이하 KS M 2014 증류성상 (90% 유출온도, ) 360이하 KS M ISO % 잔유중잔류탄소분 ( 무게 %) 0.15이하 KS M ISO 황분 ( mg / kg ) 30이하 KS M 2027 회분 ( 무게 %) 0.02이하 KS M ISO 6245 세탄가 ( 세탄지수 ) 45이상 KS M ISO 5165 KS M ISO 4264 동판부식 (100, 3h) 1이하 KS M 2018 필터막힘점 ( ) -16이하 KS M ( kg / m3 ) 815이상 ~ 845이하 KS M 2002 물과침전물 ( 부피 %) 0.02이하 KS M 2115 전산가 ( mg KOH/g) 0.10이하 KS M ISO 6618 (HFRR 마모흔경, μm ) 460이하 KS M ISO 주 ) 1. 겨울용기준은 11월1 일부터다음해 3월31 일까지적용한다. 2. 필터막힘점은혹한기 (11월15일부터다음해 2월28일까지 ) 에적용한다. 3. 지방산메틸에스테르함량은 11월과 4월중에한하여 10(±3)~20(±3) 적용할수있다. -83-

96 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 3. 폐기물관련법규및제도검토 가. 폐기물관리법유기성폐기물의에너지화제품기준설정을위하여우선적으로검토되어야할법규가폐기물의적정관리를위하여제정된 폐기물관리법 이다. 동법의규정을살펴보면폐기물의 재활용 정의에에너지회수등의방식으로재활용이가능한것으로규정하고있으나, 동규정과관련된 재활용용도및방법 의내용을보면동연구에서하수슬러지의연료화에대한재활용의용도및방법을포함하고있지못하다. 따라서, 본연구에서수행하고자하는하수슬러지를에너지원으로활용하기위해서는폐기물의 재활용용도및방법 ( 폐기물관리법시행규칙별표16) 에하수슬러지의에너지로재활용이가능함을규정하는것이필요할것이다. 또한, 동규정을자세히살펴보면각폐기물의재활용용도및방법의규정에있어일정수준의품질기준을제시하고있다. 예컨대폐플라스틱을재생원료재활용하는경우무게기준으로 80 퍼센트 ( 건축자재용인경우에는 60 퍼센트, 필름의경우에는 50 퍼센트, 자동차용자재인경우에는 25 퍼센트 ) 이상사용한성형제품을제조하는경우에한한다는단서조항을넣고있다. 따라서, 본연구의대상이되고있는하수슬러지, 가축분뇨, 음식물폐기물및음폐수등에대하여서도에너지원료로재활용될수있음을규정하고아울러, 본연구를통하여도출되는제품별품질기준을단서조항으로포함시키는방안이검토된다. 한편, 본연구의대상이되는또다른에너지화대상인바이오가스의자동차연료및도시가스연료는이미각각의소관법에서품질및제조기준을제시하고있다 25). 따라서, 각각의소관법에금번연구를통하여도출되는각연료별품질및제조기준을추가하는방안이제안된다. 다만, 이경우에도폐기물관리법의 폐기물의재활용용도및방법 에우선적으로반영하는방안이검토될수있을것이며, 각소관법에서의세부적인적용방안은해당관련법검토에서추가로제시하였다. 25) 폐기물고형연료기준은 자원의절약과재활용촉진에관한법률, 자동차연료제조기준은 대기환 경조전법, 도시가스기준은 도시가스사업법 에서규정. -84-

97 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 [ 별표 ] 폐기물관리법의정의및시행규칙의에너지회수기준 폐기물관리법제 2 조 ( 정의 ) 이법에서사용하는용어의뜻은다음과같다. < 개정 > 7. " 재활용 " 이란폐기물을재사용 재생이용하거나재사용 재생이용할수있는상태로만드는활동또는환경부령으로정하는기준에따라폐기물로부터 에너지기본법 제 2 조제 1 호에따른 에너지를회수하는활동을말한다. 제 46 조 ( 폐기물재활용신고 ) 1 다른사람의사업장폐기물을재활용하는자로서다음각호의어느 하나에해당하는자는환경부령으로정하는바에따라시 도지사에게신고하여야한다. < 개정 , > 4. 자원의절약과재활용촉진에관한법률 제 2 조제 5 호에따른재활용제품을제조하는자로서환경부령으로정하는자 5. 환경부령으로정하는사업장폐기물을재활용하는자 6. 환경부령으로정하는사업장폐기물을환경부령에서정한용도및방법으로재활용하는자 7. 제 5 호의사업장폐기물중환경부령으로정하는폐기물을수집 운반하는자 8. 그밖에환경부장관이폐기물을안전하게재활용할수있다고인정하여고시하는방법에따라 폐기물을재활용하는자폐기물관리법시행규칙 제 3 조 ( 에너지회수기준 ) 1 폐기물관리법 ( 이하 " 법 " 이라한다 ) 폐기물관리법 ( 이하 " 법 " 이라한다 ) 제 2 조제 7 호에따른에너지의회수기준은다음각호와같다. 1. 다른물질과혼합하지아니하고해당폐기물의저위발열량이킬로그램당 3 천킬로칼로리이상일것 2. 에너지의회수효율 ( 회수에너지총량을투입에너지총량으로나눈비율을말한다 ) 이 75 퍼센트 이상일것 3. 회수열을모두열원 ( 열원 ) 으로스스로이용하거나다른사람에게공급할것 4. 환경부장관이정하여고시하는경우에는폐기물의 30 퍼센트이상을원료나재료로재활용하고그나머지중에서에너지의회수에이용할것 [ 별표 ] 폐기물의재활용용도및방법 ( 폐기물관리법시행규착별표 16) 1. 가연성고형폐기물을제 3 조에따른에너지회수기준에맞게연료로이용하는경우 2. 지정폐기물을제외한사업장폐기물을재활용하여건축 토목공사의성토재 보조기층재 도로기층재와매립시설의복토용등으로이용하는경우 가. 재활용대상폐기물은광재 분진 도자기조각 석탄재 연탄재 점토점결폐주물사 폐석회 폐석고 폐내화물 폐콘크리트전주 ( 사업장일반폐기물만해당한다 ), 석재가공과정이나벤토나이트제조공 정에서발생하는폐석재, 레미콘제조공정에서발생하거나건설현장에서반품된폐레미콘, 무기성오니 [ 하수준설토 ( 고형물중유기성물질의함량이 7 퍼센트이하인것만해당한다 ), 토기 자 기 내화물 시멘트 콘크리트 석제품의제조및가공시설 건설공사장의세륜 ( 洗輪 ) 시설, 수도사업용정수시설, 비금속광물분쇄시설 ( 굴착시설을포함한다 ) 또는토사세척시설에서발생하는 무기성오니로서수분함량 70 퍼센트이하로탈수 건조한것만해당한다 ] 13. 유기성오니나음식물류폐기물을이용하여부숙토나지렁이분변토를만드는경우 [ 별표 5 제 2 호다 목 5) 와제 3 호라목 2) 나 )(1)( 가 ) 에따른고시에적합하게재활용하는경우만해당한다 ] 21. 유기성오니 ( 지정폐기물은제외한다 ) 를고형화하거나고화처리하여 산업표준화법 제 15 조에 따른규격표시인증을받은보도블럭등경량골재를제조하거나시멘트공장의원료로사용하거나탄화시켜재활용제품의원료로사용하는경우 23. 음식물류폐기물을탄화시켜흡착제를제조하는경우 26. 그밖에환경부장관이폐기물종류와용도및방법을정하여고시하는경우 -85-

98 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 나. 자원의절약과재활용촉진에관한법률동법에서는구체적으로폐기물의재활용및자원화에대한규정을명시하고있다. 즉, 동법시행규칙제2조 ( 재활용제품 ) 에따른별표 1을보면재활용이가능한폐기물들을명시하고있으며, 고형연료로서는생활폐기물을활용한고형연료 (RDF), 폐타이어를활용한고형연료 (TDF), 폐플라스틱을이용한고형연료 (RPF) 로구분하여정의하고있다. 이러한고형연료들은동법제20 조3( 폐기물고형연료제품사용시설등 ) 의 2항에따른별표 7에이들폐기물고형연료에대한픔질등급을제시하고있다. 따라서, 하수슬러지의경우에도이러한폐기물연료규정과연계하여품질기준을설정하는것이타당할것으로사료된다. 하수슬러지의경우이미동법에서재활용가능자원으로분류하고있으므로고형연료로의활용타당성이검증된다면이와관련된품질기준을동법에정하고있는고형연료품질기준에반영하는방안은있으나, 국내에서의하수슬러지고형연료로의활용은초기인점을고려하여장기적인측면에서접근하는것이필요할것이다. 따라서, 하수슬러지의고형연료에대한법적인사항은 폐기물관리법 에서검토한바와같이폐기물관리법의 폐기물의재활용용도및방법 에반영하되품질기준평가항목및규격등은 자원의절약과재활용촉진에관한법률 에서규정하고있는고형연료제품의품질기준과연계하여기준을설정하는것이필요할것으로사료된다. 즉동법에고형연료의성상및수분, 회분, 염소함량등의고형연료에대한평가항목과항목별기준을설정하고있으므로동품질기준틀에맞추어하수슬러지의품질기준을검토하는것이필요하다, 다만하수슬러지고형연료의경우슬러지의특성을고려하여발열량및회분등의평가항목에대한등급및규격은연료원에부합하는기준을제시하는것이필요할것이다. -86-

99 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 [ 별표 ] 자원의절약과재활용법에따른재활용제품 구분내용 1. " 재활용가능자원 " 은사용되었거나사용되지아니하고버려진후수거된물건과 법제2조정의시행규칙제2조에따른별표 1 재활용제품 부산물중원재료로이용할수있는것 ( 회수할수있는에너지및폐열을포함하 되, 방사성물질및이에의하여오염된물질을제외한다 ) 을뜻한다. 5. " 재활용제품 " 은재활용가능자원을이용하여만든제품으로서환경부령이정하 는제품을뜻한다. 1. 다음각목에해당하는재활용가능자원을주원료로사용하여제조한제품 가. 폐금속류 나. 폐산 폐알칼리 다. 폐유기용제 라. 폐섬유 마. 하 폐수처리오니 바. 공정오니 사. 육가공잔재물아. 수산물가공잔재물자. 피혁가공잔재물차. 식물성잔재물카. 폐유 ( 폐윤활유를포함한다 ) 타. 폐내화물및도자기편류파. 건설폐재 ( 토사 콘크리트 아스팔트콘크리트및벽돌을포함한다 ) 하. 폐전지류거. 폐석고류너. 폐석회류 2. 폐지를사용하여제조한재생종이 재생판지또는재생종이제품등으로서다음각목에해당하는제품가. 폐지를일정비율이상사용한다음의재생종이또는재생종이제품 (1) 폐지를중량기준으로원료의 40퍼센트이상사용한신문용지또는전자복사용지 (2) 폐지를중량기준으로원료의 30퍼센트이상사용한중질지, 백상지 (3) 폐지를중량기준으로원료의 10퍼센트이상사용한아트지또는크라프트지 (4) (1) 내지 (3) 의재생종이를사용한재생종이제품나. 폐지를일정비율이상사용한다음의재생판지또는재생판지제품 (1) 폐지를중량기준으로원료의 90퍼센트이상사용한골판지용골심지 (2) 폐지를중량기준으로원료의 65퍼센트이상사용한백판지 (2) 폐지를중량기준으로원료의 50퍼센트이상사용한골판지용라이너 (4) (1) 내지 (3) 의재생판지를사용한재생판지제품다. 폐지를중량기준으로원료의 100퍼센트사용한포장용완충재라. 폐지를중량기준으로원료의 50퍼센트이상사용한그밖의종이제품 3. 폐목재를중량기준으로 50퍼센트이상사용한나무판제품 4. 폐플라스틱을사용하여제조한것으로서다음각목에해당하는제품가. 폐플라스틱을중량기준으로 50퍼센트이상사용한성형제품나. 폐플라스틱재생원료 ( 펠렛, 플레이크등 ) 다. 폐플라스틱재생원료를중량기준으로원료의 80퍼센트 ( 건축자재용인경우에는 60퍼센트, 필름의경우에는 50퍼센트, 자동차용인경우는 25퍼센트 ) 이상사용한성형제품 -87-

100 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 구분 재활용제품 내용 라. 폐플라스틱을사용하여제조한유류 ( 폐기물관리법시행규칙 별표 5 제 4 호의규정에의한폐유를정제연료유로재활용하는경우의기준에적합한것이어야한다. 마. 폐플라스틱을중량기준으로 60 퍼센트이상사용하여별표 7 에따른고형연료제품의품질 등급기준에적합하게제조한고형연료제품 [RPF (Refuse Plastic Fuel). 이하 " 폐플라스틱고형연료제품 " 이라한다 ] 5. 폐고무를사용하여제조한것으로서다음각목에해당하는제품가. 재생타이어및폐타이어단순가공제품나. 폐고무를분쇄한고무분말다. 폐고무를중량기준으로원료의 50 퍼센트이상사용한제품라. 폐고무를사용하여제조한유류 ( 폐기물관리법시행규칙 별표 5 제 4 호의규정에의한폐유를정제연료유로재활용하는경우의기준에적합한것이어야한다 ) 와메탄올마. 폐타이어고무분말을중량기준으로 15 퍼센트이상사용한고무아스팔트제바. 폐타이어를사용하여별표 7 에따른고형연료제품의품질 등급기준에적합하게제조한고형연료제품 [TDF(Tire Derived Fuel). 이하 " 폐타이어고형연료제품 " 이라한다 ] 6. 고로슬래그 석탄재 광재 분진 연소재 석분오니 소각잔재물또는폐주물사를사용하여제조한것으로서다음각목에해당하는제품가. 고로슬래그를중량기준원료의 40 퍼센트이상사용한토목 건축자재나. 석탄재 광재 분진 연소재 석분오니또는소각잔재물을중량기준으로원료의 40 퍼센트이상사용한요업제품다. 석탄재 광재 분진 연소재 석분오니또는소각잔재물을중량기준으로원료의 50 퍼센트이상사용한토목 건축자재라. 폐주물사를중량기준으로원료의 60 퍼센트이상사용한건축자재마. 시멘트대체재로서석탄재, 고로슬래그를중량기준으로시멘트소요량의 5 퍼센트이상사용한레미콘및건축자재 ( 시멘트대체재로사용되는석탄재는 KS L 5405 또는 KS L 5211 에적합한것이어야하며, 고로슬래그는 KS F 2563 또는 KS L 5210 에적합한것이어야한다 ) 7. 폐유리를사용하여제조한것으로서다음각목에해당하는제품가. 폐유리를중량기준으로원료의 50 퍼센트이상사용한유색병및원료의 40 퍼센트이상사용한무색병나. 폐유리를중량기준으로원료의 50 퍼센트이상또는부피기준으로원료의 70 퍼센트이상사용한건축자재 8. 유기성폐기물을주원료로사용하여제조한사료 비료, 퇴비등의제품 9. 폐식용유를사용하여제조한다음각목의제품가. 폐식용유를주원료로사용한비누제품나. 폐식용유를사용하여제조한유류 ( 석유및석유대체연료사업법 제 31 조제 2 항에따라고시된바이오디젤및 BD20 품질기준에적합한것이어야한다 ) 10. 가연성생활폐기물을사용하여별표 7 에따른고형연료제품의품질 등급기준에적합하게제조한고형연료제품 [RDF(Refuse Derived Fuel). 이하 " 생활폐기물고형연료제품 " 이라한다 ] 11. 그밖에재활용가능자원을사용하여제조한것중환경부장관이필요하다고인정하여고시하는제품 -88-

101 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 [ 별표 ] 고형연료제품의품질 등급기준 ( 제 20 조의 3 제 2 항관련 ) 구분 시행규칙제 20 조의 3 제 2 항 고형연료제품의품질 등급기준 내용 1. 고형연료제품의품질기준가. 형상및크기 1) 생활폐기물고형연료제품 (RDF) 은파쇄 분쇄 절단되어성형이되지아니한상태의가연성고형폐기물을형상과크기의일관성을유지하기위하여압출 가열 마찰등의방법으로성형가공하고, 가공품의단면형상은원형으로서직경은 30 밀리미터이하로하고, 길이는 100 밀리미터이하로하되, 길이전체에걸쳐서단면적모양이일정할것 2) 폐플라스틱고형연료제품 (RPF) 은파쇄 분쇄 절단되어성형이되지아니한상태의가연성고형폐기물을형상과크기의일관성을유지하기위하여압출 가열 마찰등의방법으로성형가공하되, 가공품의단면형상은원형으로서직경은 50 밀리미터이하로하고, 길이는 100 밀리미터이하로할것 3) 폐타이어고형연료제품 (TDF) 은크기의일관성을유지하기위하여선별 파쇄 절단등의방법으로가공하되, 가공품의가장긴단면의길이가 120 밀리미터이하로할것나. 저위발열량 : 고형연료제품의저위발열량은킬로그램 (kg) 당 3,500 킬로칼로리 (kcal) 이상일것. 다만, 폐플라스틱고형연료제품 (RPF) 과폐타이어고형연료제품 (TDF) 의저위발열량은킬로그램 (kg) 당 6,000 킬로칼로리 (kcal) 이상일것다. 수분 : 수분함유량은고형연료제품무게의 10.0 퍼센트이하일것라. 회분 ( 건조된상태기준 ) : 회분함유량은고형연료제품무게의 20.0 퍼센트이하일것. 다만, 폐타이어고형연료제품 (TDF) 의회분함유량은그무게의 4.0 퍼센트이하일것마. 염소 ( 건조된상태기준 ) : 염소의함유량은고형연료제품무게의 2.0 퍼센트이하일것바. 황분 ( 건조된상태기준 ) : 황분의함유량은고형연료제품무게의 0.60 퍼센트이하일것. 다만, 폐타이어고형연료제품 (TDF) 의황분함유량은고형연료제품 (TDF) 무게의 2.0 퍼센트이하일것사. 금속성분 ( 건조된상태기준 ) 1) 수은 : 킬로그램 (kg) 당 1.20 밀리그램 (mg) 이하일것 2) 카드뮴 : 킬로그램 (kg) 당 9.0 밀리그램 (mg) 이하일것 3) 납 : 킬로그램 (kg) 당 밀리그램 (mg) 이하일것 4) 비소 : 킬로그램 (kg) 당 13.0 밀리그램 (mg) 이하일것 2. 고형연료제품의등급기준가. 발열량기준 1) 1 등급 : 6,500kcal/kg 이상 2) 2 등급 : 5,500 이상 6,500kcal/kg 미만 3) 3 등급 : 4,500 이상 5,500kcal/kg 미만 4) 4 등급 : 3,500 이상 4,500kcal/kg 미만나. 염소농도 ( 건조된상태기준 ) 1) 1 등급 : 염소농도 0.50 퍼센트미만 2) 2 등급 : 염소농도 0.50 퍼센트이상 1.00 퍼센트미만 3) 3 등급 : 염소농도 1.00 퍼센트이상 1.50 퍼센트미만 4) 4 등급 : 염소농도 1.50 퍼센트이상 2.00 퍼센트미만 -89-

102 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 4. 바이오가스연료화관련법규및제도검토 금번연구에서유기성폐기물의바이오가스수요처는자동차와도시가스와의연계이다. 따라서본장에서는, 저공해자동차와자동차의연료제조와관련이있는 수도권대기환경개선에관한특별법 및 대기환경보전법 과도시가스배관망연계와관련하여서는 도시가스법 에대하여검토하였다. 가. 수도권대기환경개선에관한특별법동법의경우수도권의대기환경개선을위하여 저공해자동차 에대한규정을제정하고있다. 이를자세히살펴보면동법시행령제3조에저공해자동차의종류에대하여오염물질배출정도에따라다음과같이제1종저공해자동차, 제2종저공해자동차및제3종저공해자동차로구분하고있다. < 표 4.4-1> 저공해자동차의구분구분정의 제 1 종저공해자동차 전기자동차, 연료전지자동차, 태양광자동차등당해자동차에서배출되는대기오염물질이환경부령이정하는기준에적합한자동차를말한다. 제 2 종저공해자동차 제 3 종저공해자동차 환경부령이정하는연료 26) 를사용하는자동차또는하이브리드자동차로서당해자동차에서배출되는대기오염물질이환경부령이정하는기준에적합한자동차를말한다. 경유 휘발유또는제 2 호의규정에의하여환경부령이정하는연료를사용하는자동차중당해자동차에서배출되는대기오염물질이환경부령이정하는기준에적합한자동차를말한다 그러나현법규에서는일반적으로대기오염물질배출이적은것으로알려진바이오가스의자동차연료화에대한근거를찾아볼수없다. 따라서현제2종및제3종의저공해자동차에해당하는 환경부령이정하는연료 에 바이오가스 연료를추가하는법개정이제안된다. 만약관련법이개정되어바이오가스연료자동차의운행이가능하다면동류의자동차는현재법규에있는저공해자동차의배출허용기준을적용하여해당차량의배출가스관리가가능할것으로판단된다. 26) 환경부령이정하는연료를 압축천연가스또는액화석유가스 로제한 -90-

103 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 < 표 4.4-2> 수도권특별법시행규칙제 3 조에따른 2 종저공해자동차의배출허용기준 저공해 자동차 차종 일산화 탄소 질소 산화물 배기관 가스 탄화수소 부로 바이가스 증발가스 입자상 물질 측정 방법 제 2 종 가스자동차 경자동차, 소형승용 화물, 중형승용 화물 대형승용 화물, 초대형승용 화물 g/km 이하 0.4 g/kwh 이하 g/km 이하 2.0 g/kwh 이하 g/km 이하 0.2 g/kwh 이하 0g/1 주행 1g/ 테스트이하 0g/1 주행 - - CVS-75 모드 ND-13 모드 나. 대기환경보전법동법은국내에서운행되고있는자동차의연료에대한제조기준을설정하고있다. 동법에따른자동차연료는휘발류, 경유, 액화석유가스 (LPG) 로명시하고있으며, 이들연료에대한제조기준을제시하고있다. 따라서, 바이오가스의자동차연료화를위해서는동법에바이오가스의자동차연료로의활용명시와함께품질제조기준을제시할필요가있다. 한편지난 2008 년 8월 5일환경부에서공고한 대기환경보전법개정 ( 안 ) 입법예고 ( 호 ) 에따르면자동차연료로친환경연료의사용을권고할수있는규정 27) 을추가하고해당연료의제조기준을마련할수있는법적근거를마련하고있다. 따라서국내외적으로이미잘알려진바이오가스자동차연료의친환경성을고려할때대기환경보전법에바이오가스의자동차연료명시및제조기준의반영은충분히가능하고설득력이있을것으로판단된다. < 대기환경보전법입법예고안 : 환경부공고제 호, > 사. 자동차연료의친환경연료사용권고및지원 ( 안제73조신설 ) (1) 대기환경규제지역등대기질개선이필요한지역은기존수송용자동차연료보다환경성이더좋은친환경연료를사용할필요성이있음 (2) 대기환경개선을위해필요한경우차량소유자에게친환경연료의사용을권고할수있도록하고사용을활성화하기위해정부에서재정지원등을할수있도록함 (3) 환경성이더좋은친환경연료의사용이활성화됨으로써대기환경규제지역등의대기질이개선될수있을것으로기대됨. 27) 대기환경보전법개정 ( 안 ) 입법예고내용중제 73 조 -91-

104 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 참고적으로바이오에너지를선도하고있는유럽의경우바이오가스의자동차연료 화는이미상용화단계에있으며, 미국, 일본등의선진국에서도유기성폐기물을활용 한바이오가스의자동차연료는일반화되어있는상황이다. 국내에서도지난 2004 년 도에실증단계를거쳐현재다수의지자체에서바이오가스의자동차연료화를준비 중인것으로파악되고있다. 아울러, 바이오가스의품질기준설정은현재제도화가되어있는스웨덴, 독일, 프랑 스등의선진국사례와함께현재입법예고중인천연가스의제조기준을종합적으로 검토하여바이오가스의자동차연료품질기준을설정하는것이필요할것이다. < 표 4.4-3> 대기환경보전법의자동차연료제조기준관련규정 법명내용비고 제 115 조 ( 자동차연료또는첨가제의제조기준등 ) 법제 74 조제 1 항에따른자동차연료또는첨가제의제조기준은별표 33 과같다. [ 별표 33] 자동차연료또는첨가제의제조기준 ( 제 115 조관련 ) 1. 자동차연료제조기준가.~ 나. ( 생략 ) 다. LPG 항 목 2008 년 12 월 31 일까지 2009 년 1 월 1 일부터 황함량 (ppm) 100 이하 40 이하 대기환경보전법시행규칙제 115 조 증기압 (40, MPa) 1.27 이하 1.27 이하 밀도 (15, kg / m3 ) 500 이상 620 이하 500 이상 620 이하 동판부식 (40, 1 시간 ) 1 이하 1 이하 100ml 증발잔류물 (ml) 0.05 이하 0.05 이하 프로판함량 (mol, %) 11 월 1 일부터 3 월 31 일까지 4 월 1 일부터 10 월 30 일까지 15 이상 40 이하 15 이상 40 이하 15 이하 15 이하 비고 :1. 제주도지역에서는위표의프로판함량기준에대하여연중 15% 이하를적용한다. 2. 위표에도불구하고유통시설 ( 일반대리점 주유소 일반판매소 ) 에대하여는시행후 1 개월이지난날부터적용한다. -92-

105 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 다. 도시가스사업법금번연구에서바이오가스의또다른수요처가도시가스배관망과의연계이다. 현재국내의경우 도시가스사업법 에근거하여도시가스가공급되고있으며, 공급방식은법에서정한특별한경우를제외하고는배관망을통하여공급하는것으로규정하고있다. 일반적으로도시가스는한국가스공사, 지역도시가스사업자그리고수요자순으로공급된다. 공급되는도시가스의품질및방법에대하여서는이미관련법및천연가스공급규정에기준을설정하고있으며도시가스사업자가정기적인측정과함께기록을관리하고있는상황이다. 동규정을살펴보면도시가스의발열량에대한품질기준을저위발열량 10,400kcal/kg 로정하고있다. 일반적으로, 유기성폐기물을통한바이오가스생산규모는비교적소규모일것으로예측되므로현도시가스사업법상의도시가스품질기준을적용하기위하여품질을제고 (up-grading) 하는것은경제성측면에서현실성이부족한것으로평가된다. 따라서, 바이오가스를도시가스배관망과연계하는방식으로는유럽의사례와같이바이오가스를일정수준까지품질을향상시킨후도시가스배관망에혼입하여공급하는방식이가장적절할것으로판단된다. 전술한바와같이바이오가스의도시가스공급량은현도시가스공급량과비교매우미미하기때문에바이오가스와도시가스가혼입되더라도전체적인도시가스품질에는커다란영향을미치지않을것으로검토된다. 다만, 바이오가스의도시가스배관망혼입시도시가스에부취제공급시설과같이바이오가스공급시설에부취제설비를반드시갖추는것은필요할것이다. 혼입을하게된다면, 선진사례와같이바이오가스에대한도시가스배관망연계에있어서도시가스발열량에비해바이오가스의발열량이적으므로도시가스에바이오가스의혼합비율을초기에는적은비율 ( 도시가스 : 바이오가스 = 8:2) 에서큰비율 ( 도시가스 : 바이오가스 = 5:5) 로확대하여나가는것이바람직할것으로사료된다. 따라서, 유기성폐기물로부터추출되는바이오가스의도시가스연계를위해서는 1차또는 2차공급자인한국가스공사또는지역도시가스사업자및소관법인도시가스사업법을관장하는관계부처와의협의를통하여규정을개정하는방안이제안된다. -93-

106 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 선진국의경우에도바이오가스의도시가스배관망연계를위하여도시가스품질기준과는별도로바이오가스의도시가스연계품질기준을별도로마련하여추진하고있으므로국내의경우에도바이오가스를도시가스화할수있는법개정이제안되며, 관련법개정내용으로는바이오가스의정의, 도시가스공급을위한바이오가스의품질기준설정, 공급방식및도시가스사업자의시장독점규정배제등의개정이필요할것으로검토된다. < 표 4.4-4> 도시가스사업법의도시가스공급관련규정 구분 내용 목적 이법은도시가스사업을합리적으로조정 육성하여사용자의이익을보호하고도시가스사업의건전한발전을도모하며, 가스공급시설과가스사용시설의설치 유지및안전관리에관한사항을규정함으로써공공의안전을확보함을목적으로한다. 정의 1. " 도시가스사업 " 이란수요자에게연료용가스를공급하는사업 ( 석유및석유대체연료사업법 에따른석유정제업은제외한다 ) 으로서가스도매사업및일반도시가스사업을말한다. 2. " 가스도매사업 " 이란일반도시가스사업자외의자가일반도시가스사업자또는지식경제부령으로정하는대량수요자에게천연가스 ( 액화한것을포함한다. 이하같다 ) 를공급하는사업을말한다. 3. " 일반도시가스사업 " 이란가스를제조하거나가스도매사업자로부터천연가스를공급받아일반의수요에따라배관 ( 배관 ) 을통하여수요자에게공급하는사업을말한다. 4. " 가스공급시설 " 이란가스를제조하거나공급하기위한시설로서지식경제부령으로정하는가스제조시설과가스배관시설을말한다. 가스의유해성분 열량 압력및연소성의측정 1. 도시가스 ( 천연가스또는액화석유가스에공기를혼합한것을제외한다 ) 의황전량, 황화수소및암모니아에대하여는매주 1 회씩가스홀더 ( 다른가스홀더에서도시가스를받아성분의변경없이도시가스를보내기위한가스홀더를제외한다 ) 의출구 ( 가스홀더가없는경우에는정압기의출구 ) 에서 KS M 2082 ( 연소가스의특수성분분석방법 ) 에의한분석방법에의하여검사할것 2. 상기규정에의하여측정한도시가스성분중유해성분의양은 0, 101,325Pa 의압력에서건조한도시가스 1 m3당황전량은 0.5g, 황화수소는 0.02g, 암모니아는 0.2g 을초과하지못하며, 그밖에산업자원부장관이정하는기준을초과하여서는아니된다. -94-

107 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 5. 제품기준설정기준항목평가 유기성폐기물의에너지제품에대한기준설정을위해서는기준항목및규격을평가하는과정이필요하다. 예컨대하수슬러지의경우연료로서최소로필요로하는열량과원활한연소를위한함수량이필수기준항목으로평가되어야할것이며, 바이오가스의경우도연료의사용목적에맞는필요열량및적정수요처에공급하기위한제품의규격이평가되어져야할것이다. 우선본장에서는금번연구대상이되고있는연료화대상제품의평가기준항목에대하여검토하였다. 가. 하수슬러지연료의기준항목평가앞에서살펴본바와같이하수슬러지의연료화목적인고형연료의경우이미 자원의절약과재활용촉진에관한법률 에폐기물고형연료에대한품질기준을제시하고있다. 비록동법에서제시하는폐기물고형연료의원료가슬러지는아닐지라도금번연구의대상이되고있는슬러지연료화의경우건조를통하여고형연료화를추진하고자하는것으로서기존제도화되어있는폐기물고형연료제품의평가기준항목을하수슬러지고형연료에도도입하는것이타당할것으로사료된다. 따라서, 자원의절약과재활용촉진에관한법률 에명시되어있는평가기준항목과슬러지의특성을고려하여각항목별규격기준마련을위한기본방향을아래의표에제시하였다. < 표 4.4-5> 하수슬러지연료의기준항목및규격의기본방향 기준항목형상및크기저위발열량수분회분염소황분금속성분 규격의기본방향 하수슬러지의특성및연료품질로서의규격을고려하고, 잠재적인수요자의입장에맞춰규격을설정 폐기물관리법시행규칙제 3 조에의거에너지회수기준에따른저위발열량기준준수 슬러지의특성및발열량의성능을고려한기준설정 슬러지의특성및발열량의성능을고려한기준설정 기존법규사항을준수하되슬러지의특성고려 기존법규사항을준수하되슬러지의특성고려 기존법규사항을준수하되슬러지의특성고려 -95-

108 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 나. 바이오가스자동차연료제품의기준항목평가현재우리나라에서상용되고있는자동차의연료의제조기준은 대기환경보전법 에의하여규정되고있으며, 동법률에따른자동차연료는휘발류, 경유그리고액화석유가스로이들연료의제조기준을제시하고있다. 한편, 환경부에서는친환경자동차연료보급정책을추진하고있으며 2008 년 9월에입법예고된 대기환경보전법시행규칙개정 ( 안 ) 에천연가스의자동차연료에대한제조기준을추가하였다. 동기준의경우메탄의주성분인천연가스의특성을고려하여기준을제시하고있으므로동연구에서검토하고있는유기성폐기물의혐기성소화를통하여생산되는바이오가스와는다소구분은되나성상측면에서는매우유사하다고할수있다. 따라서현재상용화및활용이가능한자동차연료중바이오가스와가장유사한성상을가지고있는천연가스자동차연료의평가항목및규격을활용하여바이오가스자동차연료품질기준설정의주요판단자료로활용하였다. < 표 4.4-6> 입법예고중인천연가스자동차연료제조기준 ( 안 ) 항목 제조기준 메탄 ( 부피 %) 에탄 ( 부피 %) C3 이상의탄화수소 ( 부피 %) C6 이상의탄화수소 ( 부피 %) 황분 (ppm) 불활성가스 (CO 2, N 2 등 ) ( 부피 %) 88.0 이상 7.0 이하 5.0 이하 0.2 이하 40 이하 4.5이하 아울러, 현재입법예고중인천연가스의제조기준항목과함께유럽선진국에서적용하고있는바이오가스자동차연료제조기준을포괄적으로검토하여, 우리나라에적용될바이오가스자동차연료의품질기준항목과각항목별규격에대한기본방향을다음과같이제시하였다. 우선, 바이오가스연료화의근원이될수있는메탄은바이오가스자동차연료의핵심적인기준항목으로서현재상용화되어있는기술적용을통하여정제가가능한수 -96-

109 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 준으로품질기준을설정하는것이타당할것이다. 이와연계하여바이오가스연료의품질기준으로설정될수있는항목은수분과차량엔진에영향을미칠수있는황분의기준과함께정제된바이오가스내에함유가예상되는산소, 이산화탄소, 질소등의미량성분의비중등이바이오가스의연료품질기준평가항목으로검토된다. < 표 4.4-7> 바이오가스자동차연료제품의기준항목및규격의기본방향 기준항목메탄함량수분함량황함량 CO 2+O 2+N 2 함량 규격의기본방향현재상용화된기술로서정제가가능한수준제시바이오가스가자동차연료로서성능을발휘할수있는수준유지자동차연료로서의품질을유지할수있는황함량제시자동차연료로서성능을발휘할수있는수준유지 다. 바이오가스의도시가스연계품질기준기준항목평가도시가스의경우에는현재우리나라법규체제상 도시가스사업법 과 천연가스공급규정 에도시가스공급에대한품질기준을설정하고있다. 그러나메탄이주성분인바이오가스의특성을고려할때현법규에서정하고있는발열량기준을맞추는것에는한계가있다. 따라서바이오가스를도시가스공급배관망에직접연계하기위해서는별도의품질기준이필요하며, 이에대한평가항목및각항목별규격에대한기본방향을선진국의사례와우리나라의도시가스품질기준을고려하여아래와같이제시하였다. < 표 4.4-8> 바이오가스의도시가스연계를위한기준항목및규격의기본방향 기준항목 메탄함량 수분함량 규격의기본방향 국내별도의규정이없으므로도시가스로서의성능발휘및정제가가능한기술수준에서제시 도시가스연료로서성능을발휘할수있는수준유지 CO 2+O 2+N 2 함량 도시가스연료로서성능을발휘할수있는수준유지 황함량 도시가스사업법에명시되어있는기준준수 황화수소 도시가스사업법에명시되어있는기준준수 암모니아 도시가스사업법에명시되어있는기준준수 -97-

110 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 6. 폐기물에너지제품의환경성평가 가. 하수슬러지연료화부문 (1) 국립환경과학원시험자료하수슬러지의연료화가대기환경에미치는영향을분석하기위하여 2008 년에국립환경과학원에서시행한슬러지미분탄의모형시설 (Pilot) 에서석탄연료와의혼소에대한시험을실시하였으며, 그결과를대기환경보전법의대기오염물질배출허용기준과비교하여분석하였다. 적용법규에배출시설의분류는화력발전소에서슬러지연료를혼소하는경우미량의중금속이검출되므로발전시설의배출허용기준적용외에도검출되는중금속에대하여서는 그밖의배출시설 의배출허용기준과함께 200kg/hr 이상사용시설에한하여고형연료제품전용시설기준도적용하여검토하였다. 국립환경과학원에서실시한시험내용은슬러지연료의혼소비율을 0%,5%,10%,15% 로각각구분하여각혼소비율별 3회측정한평균값을제시하고있다. 시험결과에따르면방지시설처리전배출가스의경우먼지,SOx,NOx 등과같은주요대기오염물질들은이미대기환경보전법에서규정하고있는발전시설의대기배출허용기준을모두초과하고있는것으로나타났으며, 혼소율이증가함에따라먼지와 SOx 의농도는감소되나,NOx 는증가 ( ppm) 하는경향을보였다. 한편구리, 니켈, 아연등과같은일반항목들은혼소율이증가함에따라농도는증가되나배출허용기준이내에서발생하는것으로나타났다. 특정대기유해물질 (HCl,Cl 2,Pb 등 ) 의농도도슬러지연료의혼소율이증가됨에따라농도가증가되는경향을보이나배출허용기준이내에서측정되었으나, 다만염화수소 (HCl) 의경우에는 5% 의혼소에서도배출허용기준을초과하는것으로나타났다. 28) 또한, 방지시설을거친배출가스의경우에도먼지,SOx,NOx 모두배출허용기준을초과하는것으로나타났으며, 구리, 니켈, 아연등은발생농도가증가하는것으로나타났으나배출허용기준을만족하는것으로나타났다. 유해물질인 Pb,HCN 등의경우혼소시미량발생되기는하나허용기준이내에서배출되고있는것으로조사되었고방지시설처리전허용기준을초과하였던염화수소 (HCl) 의경우에는방지시설을거친 28) HCl( 기준 10) : 4.31(0%) 11.63(5%) 10.73(10%) 31.73ppm(15%) -98-

111 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 후허용기준을만족하는것으로나타났다. 따라서, 국립환경과학원에서시행한시험결과를토대로살펴보면먼지,SOx,NOx 의배출농도가허용기준을초과하므로, 화력발전소에서슬러지연료를혼소하는경우현재규정되어있는대기오염물질배출허용기준을준수하는것에는한계가있다. 그러나, 금번시험결과는혼소에대한단순반응기차원에서의분석결과로서하수슬러지를혼소하지않는경우에도배출허용기준을초과하는등하수슬러지혼소율에따른배출허용기준준수여부판단자료로활용하는것에는한계가있으며, 단지하수슬러지혼소비율에따른오염물질증가및감소에대한경향을판단하는자료로서유용하게활용할수있을것이다따라서, 배출허용기준을초과하는오염물질의경우실제운전상황, 조건및규모에따라변동의폭이있을수있으므로이의규명을위해서는추가적인검토와함께실제규모의시설에서실증을통한분석이요구되는사항이다. -99-

112 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 국립환경과학원의하수슬러지혼소에따른오염물질배출시험자료 대기방지시설처리전농도 오염물질 배출허용기준 측정결과 (3 회평균 ) 0% 5% 혼소 10% 혼소 15% 혼소 먼지 50(6)mg/ m3 15, 황산화물 270(6)ppm 질소산화물 150(6)ppm 일산화탄소 (12)ppm 염화수소 6ppm 암모니아 100ppm 0.42 불검출 이황화탄소 30ppm 불검출 시안화수소 10ppm 불검출 불검출 황화수소 10ppm 불소 3ppm 브롬 5ppm 페놀 10ppm 벤젠 30ppm 염소 10ppm 포름알데히드 10ppm 불검출 불검출 불검출 불검출 카드뮴 1mg/ m3 불검출 불검출 불검출 불검출 납 5mg/ m3 불검출 크롬 1mg/ m 구리 10mg/ m 니켈 20mg/ m 수은 5mg/ m 비소 3ppm 불검출 불검출 불검출 불검출 아연 10mg/ m 매연 도

113 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 대기방지시설 (EP+ 탈황설비 ) 처리후농도 오염물질 배출허용기준 측정결과 (3 회평균 ) 0% 5% 혼소 10% 혼소 15% 혼소 먼지 50(6)mg/ m 황산화물 270(6)ppm 질소산화물 150(6)ppm 일산화탄소 (12)ppm 염화수소 6ppm 암모니아 100ppm 불검출 불검출 불검출 불검출 이황화탄소 30ppm 불검출 불검출 불검출 불검출 시안화수소 10ppm 불검출 불검출 불검출 불검출 황화수소 10ppm 불검출 불소 3ppm 불검출 불검출 불검출 불검출 브롬 5ppm 페놀 10ppm 불검출 0.44 벤젠 30ppm 염소 10ppm 불검출 불검출 포름알데히드 10ppm 불검출 불검출 카드뮴 1mg/ m3 불검출 불검출 불검출 불검출 납 5mg/ m3 불검출 불검출 불검출 크롬 1mg/ m 구리 10mg/ m 니켈 20mg/ m 수은 5mg/ m 불검출 불검출 비소 3ppm 불검출 불검출 불검출 불검출 아연 10mg/ m3 불검출 불검출 불검출 불검출 매연 도

114 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 배출시설별배출허용기준비교 오염물질 혼소율농도 ( 처리후농도 ) 배출허용기준 ( 발전시설 Pilot Plant) 고형연료제품소각시설발전시설 0% 5% 10% 15% 전용시설 먼지 30(12)mg/ m3 50(6) 20(12) 황산화물 30(12)ppm 180(6) 30(12) 질소산화물 80(12)ppm 150(6) 70(12) 일산화탄소 50(12)ppm - 50(12) 염화수소 30(12)ppm 암모니아 (12) 불검출 불검출 불검출불검출 이황화탄소 30ppm 불검출 불검출 불검출불검출 시안화수소 10ppm 불검출 불검출 불검출불검출 황화수소 2(12)ppm 10 2(12) 불검출 불소 2(12)ppm 3 2(12) 불검출 불검출 불검출불검출 브롬 5ppm 페놀 10ppm 불검출 0.44 벤젠 30ppm 염소 10ppm 불검출불검출 포름알데히드 10ppm 불검출 불검출 카드뮴 0.02(12)mg/ m (12) 불검출 불검출 불검출불검출 납 0.2(12)mg/ m (12) 불검출 불검출불검출 크롬 0.5(12)mg/ m 구리 10mg/ m 니켈 20mg/ m 수은 0.1(12)mg/ m (12) 불검출 불검출 비소 0.5(12)ppm 3 0.5(12) 불검출 불검출 불검출불검출 아연 10mg/ m 불검출 불검출 불검출불검출 매연

115 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 (2) 에코스타프로젝트슬러지연소시험자료한편하수슬러지의고형연료화와관련하여국책연구과제로 에코스타프로젝트 에서 고형연료화및가스화를통한하수슬러지의에너지이용기술개발 과제가추진되고있으며, 동과제의추진과제에서국내하수슬러지건조를통한고형연료연소시험이실시된바가있다. 동시험결과에따르면, 무연탄과의혼소율을 3% 로하였을때질소산화물 (NOx) 만배출허용기준을초과하는것으로나타났으며, 기타항목은모두법적기준을만족하는것으로나타났다. 동시험결과에서도혼소율의증가에따라먼지항목은감소되나, 황산화물은증가하는것으로나타났으며, 질소산화물항목의경우혼소율에따른추세를분석하기어렵게측정자료가도출되었다. 그러나동시험의경우에서도하수슬러지건조연료를혼소하지않은경우에도먼지및질소산화물이배출허용기준을초과하고있으며, 또한모형시설에서대기방지시설로전기집진기 (EP) 만적용한사례로서대기방지시설이잘갖춰진실제석탄화력발전소에서도동일한결과가도출되리라고판단하는것은타당하지않을것이다. < 표 4.5-1> 슬러지고형연료연소시배출가스분석 시험항목 단위 발전소기준혼소율혼소율혼소율혼소율현재 2010년 0% 3% 5% 7% 기준 혼소율 10% 혼소율 15% 먼지 (6)mg/m 황산화물 (6)ppm 질소산화물 (6)ppm 일산화탄소 ppm(12) 염화수소 ppm 암모니아 ppm 이황화탄소 ppm 황화수소 ppm 자료 : 폐자원에너지화및 non-co2 온실가스사업단과제 고형연료화및가스화를통한하수슬러지의에너 지이용기술개발 1단계보고서 (2008.8) -103-

116 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 (3) 민간부분슬러지연소시험자료 슬러지고형연료화는정부차원에서뿐만아니라민간부분에서도여러차례시도된 바가있다. 폐기물의연료화평가를위해서는환경성이가장먼저고려되어야할사 항이나, 민간부분에서도슬러지에대한열량및원소분석과함께중금속에대한조 사 평가는많이이루어져있지만, 대기오염물질배출에대한시험분석사례는많 지않은것으로조사되고있다. 최근 K사는슬러지건조연료제조기술에대한기술인증을신청한바가있다. 동 기술신청서의내용을살펴보면, 건조능력은수분함량 4% 이하까지가능한것으로 제시하고있으며, 동기술의적용을통하여생산된건조슬러지연료의대기오염물 질배출농도를평가한사례의내용은다음과같다. < 표 4.5-2> K사의슬러지건조연료화실증시설대기오염물질시험결과 측정일시소각로 (200kg/hr~ 측정항목 2톤 /hr) 기준 (12:00~15:00) (12:00~15:00) (12:00~15:00) 먼지 (mg/ m3 ) O 2(%) CO 200(12) NOx 150(12) SOx 70(12) HCl 40(12) H 2S 2(12) ND NH 배출가스량 ( m3 /hr) 1, , ,538.0 자료 : 유분을혼합하여증발건조기술을적용한슬러지건조 연료제조기술 (K사, 2008) 위시험의시험재료는함수율 4% 이하의건조슬러지로서비교적건조상태가양호한건조슬러지를활용하였다. 시험대상시설은소각로에준하는슬러지건조연료화 30 톤 / 일규모의실증시설에서시행한것이며, 건조슬러지연료의혼소가아니라전량슬러지연료를소각한것으로국립환경과학원및에코스타프로젝트에서시행된모형시설의사례와는구분된다. 한편, 위시험에서의기준은소각용량 200kg/hr 이상,2 톤 /hr 미만의시설을기 -104-

117 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 준으로한것으로서아래와같은발전시설의배출허용기준을적용하는경우에도법 적기준을만족하고있는것으로조사된다. 한편, 슬러지연료화의경우이미 GR 기준으로품질기준이설정된상태이다. 그러 나이기준은건조슬러지에발열량상승을위한첨가제가혼합된연료로서본연 구에서추진하고자하는건조슬러지연료와는다소구분된다. 이러한첨가제가혼 합되는슬러지의경우에도대기오염물질배출허용기준은발전시설의기준에부합하 는것으로검토된다. < 표 4.5-3> 슬러지연료연소배출가스의환경분석결과 ( 배기가스산소농도 12% 기준 ) 오염물질종류 단위 발전시설배출허용기준 대전 Pilot Plant 황산화물 (SOx) ppm 300(12) 91 염화수소 (HCl) ppm 50(12) 4 질소산화물 (NOx) ppm 200(12) 65.3 일산화탄소 (CO) ppm 600(12) 97 불소화합물 (HF) ppm 3 trace 황화수소 (H 2S) ppm 10 불검출 비소화합물 (As) ppm 3 불검출 크롬화합물 (Cr) mg/sm 구리화합물 (Cu) mg/sm 아연화합물 (Zn) mg/sm 니켈화합물 (Ni) mg/sm3 20 불검출 수은화합물 (Hg) mg/sm3 5 불검출 카드뮴화합물 (Cd) mg/sm 매연 ( 링겔만비탁표 ) 도 시안화합물 (Cn) ppm 브롬화합물 (Br) ppm 5 불검출 벤젠화합물 (C 6H 6) ppm 50 불검출 페놀화합물 (C 6H 6OH) ppm 10 불검출 염소 (Cl 2) ppm 1.6 다이옥신 ng-teq/nm3 악취 ( 직접관능법 ) 도 먼지 mg/sm3 100(12) 출처 :( 주 ) 조이환경에너지,

118 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 (4) 하수슬러지연료내의중금속하수슬러지연료화의경우중금속배출논란의여지가있으므로기존의자료를활용하여중금속의배출가능성을검토하여보았다. 하수슬러지를연료화하는경우중금속의배출가능성은연소과정을거쳐배출가스를통하여배출되는경우와소각재로잔류되어용출되는경우로구분되어질수있을것이다. 이에대한평가를위하여국립환경과학원시험자료, 에코스타프로젝트과제의분석결과및국내광역시단위의하수슬러지처리시설설치사업기본계획의슬러지성분분석결과를토대로검토하였으며, 배출가스를통한중금속배출가능성은앞장에서살펴본바와같이모두법적인기준을만족하고있는것으로검토되었으므로소각재로잔류되어향후용출에대한가능성만을검토하였다. 우선, 하수슬러지는폐기물관리법에따른폐기물분류기준에의거사업장폐기물에해당하며, 중금속함량은아래의표와같으며모든중금속항목에서폐기물관리법시행규칙제2조 1항에따른유해물질함유량도지정폐기물의범위이하인것으로검토된다. 특히폐기물관리법에서규정하고있는유해물질의측정시험방법은용출시험을근거로하고있으므로중금속에대한우려는없는것으로판단된다 < 표 4.5-4> 하수슬러지의중금속분석결과 ( 단위 : mg/kg) 시료명 결과값 Pb Cd Cu Cr As Hg 시료 1( 생 ) N.D. N.D 시료 2( 생 ) N.D. N.D 시료 3( 생 ) N.D. N.D 시료 4( 소화 ) N.D. N.D 시료 5( 소화 ) N.D. N.D 시료 6( 소화 ) N.D. N.D 주 )1.N.D.:NotDetected( 불검출 ) 2. 자료 : 폐자원에너지화및 non-co 2 온실가스사업단과제 고형연료화및가스화를통한하수슬러지 의에너지이용기술개발 1 단계보고서 (2008.8) -106-

119 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 다만, 하수슬러지건조연료의사용대상이되는화력발전소의경우발생되는재 (ash) 를시멘트원료등으로재활용하고있는상황으로미량이지만재 (ash) 에중금속 이함유되어있을가능성이있으므로이에대한추가평가가필요할것이다. 이와관련하여서는국내광역시단위의하수슬러지처리시설설치사업기본계획에 따른대구시하수처리장 1 2 단계및 3 4 단계탈수기동에서발생하는슬러지를채 취하여단계별처리용량의비례로혼합하여중금속용출시험분석결과자료를참조 하였다. 본분석에사용된슬러지는 3계절 ( 여름, 가을, 겨울 ) 에발생하는하수슬러지로서, 분석결과 CN,T-Cr,Hg, 유기인,Cr 6+,TCE,PCE 등의항목은검출되지않았으며, 나머지항목들은미량검출되는것으로나타났으나, 모두국내법 ( 폐기물관리법에 따른지정폐기물에함유된유해불질의기준 ) 에따른지정폐기물에포함되지않는재 활용이가능한수준으로검토되므로하수슬러지를건조연료화하여화력발전소에 서사용하는경우배출가스또는소각재로중금속이배출될가능성은없는것으로 평가된다. < 표 4.5-5> 하수슬러지중금속용출실험결과 ( 단위 : mg/l) 분석결과 분석항목 3차 1차 2차 A B 평균 Cl 황산이온 CN N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. T-Cr N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Zn Cu Cd Hg N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 유기인 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. As Pb Cr 6+ N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. Ni TCE N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. PCE N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. 주 )N.D.:NotDetected( 불검출 ) -107-

120 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 ( 참고 ) 지정폐기물에함유된유해물질 ( 폐기물관리법시행규칙제 2 조제 1 항관련 ) 1. 오니류 폐흡착제및폐흡수제에함유된유해물질가. 납또는그화합물 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 3밀리그램이상의납을함유한경우만해당한다 ) 나. 구리또는그화합물 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 3밀리그램이상의구리를함유한경우만해당한다 ) 다. 비소또는그화합물 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 1.5 밀리그램이상의비소를함유한경우만해당한다 ) 라. 수은또는그화합물 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 밀리그램이상의수은을함유한경우만해당한다 ) 마. 카드뮴또는그화합물 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 0.3 밀리그램이상의카드뮴을함유한경우만해당한다 ) 바.6 가크롬화합물 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 1.5 밀리그램이상의 6가크롬을함유한경우만해당한다 ) 사. 시안화합물 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 1밀리그램이상의시안화합물을함유한경우만해당한다 ) 아. 유기인화합물 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 1밀리그램이상의유기인화합물을함유한경우만해당한다 ) 자. 테트라클로로에틸렌 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 0.1 밀리그램이상의테트라클로로에틸렌을함유한경우만해당한다 ) 차. 트리클로로에틸렌 ( 폐기물공정시험방법에의한용출시험결과용출액 1리터당 0.3 밀리그램이상의트리클로로에틸렌을함유한경우만해당한다 ) 카. 기름성분 ( 중량비를기준으로하여유해물질을 5퍼센트이상함유한경우만해당한다 ) 타. 그밖에환경부장관이정하여고시하는물질 2. 광재 분진 폐주물사 폐사 폐내화물 도자기조각 소각재, 안정화또는고형화처리물및폐촉매에함유된유해물질가. 제1호가목부터사목까지의규정과카목에따른유해물질 ( 분진과소각재의경우에는제1호가목부터사목까지의규정에따른유해물질만해당한다 ) 나. 그밖에환경부장관이정하여고시하는물질 -108-

121 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 (5) 건조하수슬러지연료화의환경성평가결과위에서살펴본바와같이연소조건및상황은다르지만건조하수슬러지연료를연소하는경우일부현대기환경보전법에서규정하고있는대기오염물질배출기준을초과할수있는여지가있다. 다만, 위에서도대기배출기준을초과한경우는모형시설에서혼소하여연소한경우로서시험에적용된모형시설이실제규모화력발전소의대기오염물질방지시설과같다고볼수없다. 다만항시운전모드에있는실제시설과비교하여모형시설은일시적으로운전되었다는점을고려할때실제시설에서건조슬러지연료를혼소하는경우대기오염물질배출기준을준수할수없다고보기는어렵다. 그예로위에서검토되었듯이 "K" 사의실규모시설에서는대기오염배출허용기준을모두준수하고있는것으로나타났다. 다만건조슬러지연료화조건은혼소의형식으로대기오염물질기준을초과한국립환경과학원의시험사례가가장근접하고있으므로, 실제규모의시설에서의대기오염물질에대한재평가가요구되는사항이기도하다. 한편, 위의모든조건에서중금속에대한시험결과는모두긍정적인것으로평가된다. 예컨대건조슬러지를연료화하여연소하는경우 NOx,SOx 와같은대기오염물질들은일관성있는자료형태를보이지는못하였으나수은, 구리등과같은중금속류의경유국내법규에서규정하고있는배출기준이하에서일관된자료형태를보였으며, 소각재로중금속이배출되는경우에도국내폐기물관리법의지정폐기물에포함되지않는수준으로나타남으로서재활용이가능한것으로평가된다

122 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 나. 유기성폐기물의바이오가스부문유기성폐기물의바이오가스에너지화에대한환경성평가를위하여환경관리공단에서시행한바있는매립가스의에너지화에대한환경성평가내용을분석하였다. 매립가스는국내에서자원화가가장활발하게진행되고있는바이오가스의하나로서그간추진되어오던발전을통한자원화에서최근에는자동차연료화로에너지활용방향이전환되고있는추세이다. 바이오가스사용에따른환경문제는주로대기오염을통해발생한다. 물론에너지의소비는대기오염뿐만아니라수질오염, 폐기물의발생등여러가지다른환경문제를일으키므로이에대한고려도필요하지만본평가에서는대기오염의범위에서환경관리공단이추진했던청소차에대한천연가스청소차의오염물질배출량과환경적영향을분석하였다. 청소차운행으로배출되는대기오염물질에따른환경피해의사회적비용에대해국내외의많은연구가이루어지고있다. 연구에따라서다양한접근방식을취하고있으며사용된데이터도서로다름에따라추정결과도큰차이를보이고있다. 또한모든물질에대하여환경오염의사회적비용이조사되어있는것도아니다. 먼지, 황산화물, 질소산화물의경우국내외에다수의연구결과가나와있으며, 그중에서도 UNEP 추정치의신뢰도가높다고판단하여본평가에서는이를검토대상으로하였다.UNEP 의추정치는사회적비용에인체피해, 농산물생산성감소, 구조물부식등의피해비용을총체적으로고려했으나, 지구온난화의피해비용은제외하였다. < 표 4.5-6> 오염물질별대기오염의사회적한계비용 (UNEP) ( 단위 : 원 /kg) 오염물질 대기오염의사회적 한계비용 위해도지수 먼지 26, 황산화물 (SOx) 9, 질소산화물 (NOx) 8, 주 1. 위해도지수는 SOx 를기준으로함 자료 :A Markandya,Economics ofgreenhouse Gas Limitations:The IndirectCosts and Benefits of -110-

123 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 GreenhouseGasLimitations,UNEP,1998 한편 UNEP 는규제대상 5 대오염물질중 CO 와 HC 에대하여사회적한계비용을제 시하지못하고있는단점이있다, 따라서 HC 와 CO 에대한사회적비용은국내 KAIST 의기존연구결과를활용 29) 하였다.SOx,NOx, 미세먼지에대한위해지수로는 UNEP 의추정치를활용하되, 추정치가발표되지않은 CO,HC 에대해서는 SOx 를기 준으로하여 KAIST 가제시한위해지수를활용하였다. < 표 4.5-7> 오염물질의사회적한계비용 (UNEP+KAIST) 오염물질 대기오염의사회적 한계비용 ( 원 /kg) 위해도지수 (SOx 기준상대지수 ) 자료원천 먼지 26, UNEP SOx 9,233 1 UNEP NOx 8, UNEP HC 7, KAIST CO 6, KAIST 자료 :A Markandya,Economics ofgreenhouse Gas Limitations:The IndirectCosts and Benefits of GreenhouseGasLimitations,UNEP,1998KAIST, 한편, 오염물질배출량은연료사용량에거리당오염물질배출계수를적용하여산출할수있다. 먼저차종별연료사용량은차량의연간주행거리를공식연비로나누어산출하였다. 연비자료는청소차의경우공인된자료가없는관계로같은규모의 11L 급시내버스의연비를활용하였으며, 경유를연료로하는 11ton 청소차의경우 2.10km/ l, 바이오가스인매립가스를활용한 11ton 급청소차의경우기존의 11L 급 CNG 시내버스의연비를활용하여 11ton CNG 차량의연비인 1.85km/m 3 의 90% 수준인 1.67km/m 3 를활용하였다. 연간주행거리는수도권매립지의 11ton 청소차의실운행거리인 124.3km/d 를기준으로가정하여연간 45,370km 를운행한다고보았다. 29) KAIST 는 5 대오염물질의대기위해지수를전문가의설문조사를통하여 SOx 1, NOx 0.97, 미세먼지 1.21, CO 0.74, HC 0.86 을제시한바있다

124 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 < 표 4.5-8> 차종별연비및연간연료사용량 구 분 경유 LFG 연비 2.10(km/l) 1.67(km/ m3 ) 연간연료사용량 21,605(l) 27,249( m3 ) < 표 4.5-9> 연료별배출계수 출력당배출계수 (g/kwh) 거리당배출계수 (g/km) 구분 경유바이오가스 (LFG) 경유바이오가스 (LFG) 배출계수 (g/kwh) 배출계수 (g/kwh) 저감율 (%) 배출계수 (g/km) 배출계수 (g/km) 먼지 SOx NOx HC CO 자료 : 중 소규모매립지매립가스의대체연료화방안연구 ( 환경관리공단, ) < 표 > 차종별연간오염물질배출량 ( 단위 : g/ 년 ) 구분경유 LFG 경유 -LFG 먼지 41,697-41,697 Sox 1,944-1,944 Nox 257, , ,288 HC 28,950 5,722 23,228 CO 215, , ,311 계 545, , ,468 주 ) 산출식 : 연간연료사용량 x 거리당배출계수 = 오염물질별배출량 -112-

125 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 이와같은방법으로차종별대기오염물의배출량을산출해본결과경유 11ton 청소 차의 경우 연간 대당 545kg/year 의 대기오염물질을 배출하며 LFG 의 경우 대당 234kg/year 의오염물질을배출하여경유에비해 57% 이상의저감효과가있는것으로 나타났다. 차종별대기오염의환경비용은연비와배출계수를활용하여산출한연간오염물질 배출량에대기오염의사회적한계비용을곱하는것으로산출할수있다. < 표 > 차종별대기오염물질별사회적비용 ( 단위 : 원 / 년 ) 구분 경유 LFG 경유-LFG 먼지 1,119,015-1,119,015 Sox 17,953-17,953 Nox 2,113, ,581 1,136,730 HC 229,863 45, ,429 CO 1,471, , ,487 계 4,951,735 1,774,122 3,177,614 대기오염의사회적비용을보면경유청소차는한대가연간배출하는오염물질의양은 545kg/year 이며이로인해발생되는연간환경비용은 4,951,735 원,LFG 를연료로한천연가스차량의경우 1,774,122 원 / 대의환경비용을발생시키는것으로나타났다. 이는경유청소차의경우매립가스청소차에비해 2.79 배정도의환경비용이소요된다는것을의미하며, 청소차를기체연료로전환할경우청소차대당약64% 이상의환경적비용절감효과로대당약 318 만원정도의비용적효과가있을것으로기대된다. 위에서살펴본바와같이바이오가스는이른바청정연료로알려져있으며화석연료와비교할때환경적인측면에서매우유리한것으로나타나고있다. 특히국내의경우경유차에서발생되는분진및매연등이도시공해의근본적인원인점을고려할때바이오가스자동차연료화의제도적도입은필요한상황이다

126 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 7. 유기성폐기물품질기준 ( 안 ) 앞에서살펴본바와같이, 하수슬러지및바이오가스를연료로활용하기위한법적근거는 신에너지및재생에너지개발 이용 보급촉진법시행령 ( 제2조 ) 에서찾아볼수있다. 즉하수슬러지를고형연료화하는경우폐기물에너지로구분되며, 음식물류폐기물및가축분뇨의협기소화를통한바이오가스는바이오에너지로구분될수있을것이다다만, 에너지로활용가능한법적근거는마련되어있으되이들의사용처및품질기준이마련되어있지않는바하수슬러지의화력발전소에서의석탄과혼소로활용하는방안과바이오가스의도시가스및차량연료로활용하기위한제도적기반을마련이필요하다. 따라서, 본장에서는하수슬러지의건조를통한화력발전소석탄연료혼합사용하는연료화품질기준방안과유기성폐기물의분해과정에서발생하는바이오가스의도시가스및자동차연료로활용하기위한품질기준안을제시하고자한다. 가. 유기성폐기물연료의품질기준 (1) 하수슬러지고형연료일반적으로하수슬러지는수분을제외하면 50% 이상이가연성유기물로구성되어있고, 함수율이 70~80% 인관계로곧바로연료로활용할수없기때문에건조과정을거쳐야한다. 건조후발열량은 2,000~5,000kcal/kg 의범위에있으며, 소화조에서체류시간이짧을수록그열량이높은것으로분석되고있다. 따라서하수슬러지의연료화제품기준설정을위해서는제품의열량및이와가장밀접하게연관되어있는수분함량을결정하는것이가장중요하다할수있다. 이외에도앞장에서살펴본바와같이국내의경우폐기물의가공을통한고형연료를법적 제도적으로허가하고있다. 따라서앞에서검토한바와같이건조슬러지의연료품질기준항목에서도기존고형연료의품질기준과연계하여설정하는방안을검토하였으며, 각항목별규격설정은다음과같다

127 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 ( 가 ) 발열량 발열량은에너지기본법에서검토된바와같이연료의품질기준조건의가장기본 이되는요건이기도하다. 또한폐기물관리법에서도폐기물을에너지로재활용하는 경우에너지회수기준을저위발열량기준 3,000kcal/kg 이상인것으로명시하고있 다. 이러한제도적인테두리안에서국내하수처리장에서발생되는하수슬러지의발 열량은아래의표와같이나타나고있다. 하수슬러지의발열량은계절별, 발생원별, 지역별로다소차이는있으나대체적으로저위발열량을기준으로건조조건에서 3,800kcal/kg 인것으로나타났다. 이러한수준은현재제도화되어있는고형연료의 4 등급수준으로서이미연료로서의조건을갖춘것으로판단된다. 다만, 이러한발 열량값은건조기준이었음을고려할때발열량기준설정은보다하향조정되어야 할것으로평가된다. 따라서건조슬러지의연료품질기준설정에서발열량은 3,000kcal/kg 이상으로 규정하는것으로제안되어진다. 동기준은폐기물관리법의에너지회수기준에도부 합하고가능한많은슬러지를연료화할수있을것으로판단되기때문이다. < 표 4.6-1> 하수슬러지발생원별발열량현황 발생원 구분 Calorific Value (kcal/kg) 고위발열량 ( 건조기준 ) 저위발열량 ( 건조기준 ) 고위발열량 ( 습기준 ) SJ 3,785 3, SS 3,168 2, SN 3,491 3, KS(R) 4,910 4, KS(S) 4,275 3, KS(R+S) 4,491 4, KK 4,428 4, KA 4,819 4, KSN 4,732 4, KU 4,588 4, BS 4,293 3, BN 3,374 3, IK 3,967 3, CD 3,518 3, JJ 5,052 4,697 1,096 평균 4,193 3, 자료 : 폐자원에너지화및 non-co 2 온실가스사업단과제 고형연료화및가스화를통한하수슬러지의에너 지이용기술개발 1 단계보고서 (2008.8) -115-

128 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 ( 나 ) 수분연료의발열량과함께중요품질기준의하나가수분이다. 특히, 슬러지의경우함수량은발열량에도직접적인영향을미치며, 악취발생및보관 운반등에도직접적인영향을미치는것으로나타나고있다. 우선, 폐기물고형연료기준을살펴보면공통기준으로고형연료제품의 10% 이하로규정하고있다. 즉연료의등급과관계없이일률적으로 10% 이하의기준을적용함에따라슬러지고형연료도이러한공통적인기준에준하여야할것이다. 따라서건조슬러지연료의수분기준은 10% 이하가제안된다. 슬러지연료함수율을 10% 결정시, 위에서결정한저위발열량 3,000kcal/kg 이상 이연계되어진행될수있는지가주요검토사항이다. 이를위하여그간조사된함수율에따른발열량자료를취합하여추세선으로수분 10% 에서발열량 3,000kcal/kg 이상가능성을평가한결과타당한것으로분석되었다 y = Ln(x) (1000) 수분 (%) Bomb 로그 ( 수분 (%) Bomb) < 그림 4.6-1> 하수슬러지수분함량및발열량관계물론조사된슬러지별로지역별, 계절별로다소차이는있을수있으나동자료의경우지역별로구분없이생슬러지 / 소화슬러지를함수율과발열량관계를비교한것으로서, 객관성을가지고있는것으로판단된다

129 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 ( 다 ) 회분일반적으로슬러지고형물에서발열의근원이되는유기물의함량과회분의양은서로반대되는경향을보여주게된다. 즉유기물은연소에의하여분해되지만, 무기물은고착되기때문에상호반비례관계를갖는다. 또한슬러지처리과정에서회분량을제어하는것은매우어려우므로건조슬러지연료제조와관련하여 회분 의비율을제품기준에적용하는것은논란의여지가있을수있다. 반면회분에대한기준을설정하지않을경우, 향후건조슬러지연료사용후과대한불연분발생이우려되므로적정기준의설정은필요할것으로검토된다. 위에서검토한바와같이슬러지연료품질기준이되는발열량을근거로적정한회분의허용비율을결정하는것이필요하다. 이를위해서가장최근에수행되고있는 에코사업단 의과제 30) 및신기술지정신청과관련하여분석된 K" 사의자료를근거로분석하였다 y = Ln(x) R 2 = < 그림 4.6-2> 회분과슬러지고형연료열량과상관관계분석 위의도표에서보는바와같이회분율의증가에따라발열량이감소하고있으나, 발열량이회분의비율과반드시일치한다고는볼수는없을것이다. 따라서좀더 30) 고형연료화및가스화를통한하수슬러지의에너지이용기술개발 -117-

130 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 세부적인검토를위해서는슬러지연료의발열량과직접적인연관이있는함수율과유기성분과의연계성을고려하여야할것이다. 슬러지연료의활성화차원에서회분의기준은 30% 이하가제안되며, 이는 재활용법에서규정하고있는폐기물고형연료의 20% 회분기준과상이하므로슬러지연료의특성을고려하여별도의기준설정이제안된다. ( 라 ) 고정탄소및휘발분슬러지의연료화를위해서는건조과정이필수적이며, 연료로서의발열량유지를위해서는적정유기물함량비율이고려되어져야한다. 아래의분석표에서보듯이유기물함량에따른발열량의상관관계를검토해본결과유기물함량이증가함에따라발열량이증가하는정비례관계에있는것으로분석되었다. calorific value (kcal/kg) S - H g S - H L W - H g W - H L V S ( % ) < 그림 4.6-3> 슬러지의유기물함량에따른발열량의변화상관관계이러한슬러지내의유기물함량은탄소함량과연계되며슬러지내의탄소함량은대체로약 50-70% 범위내에존재하는데탄소의함량이증가할수록발열량은거의정비례로증가한다. 따라서건조슬러지연료의탄소함량을일정수준으로유지하는것이슬러지연료의품질을유지하는데주요인자로작용할수있다

131 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 y = x R 2 = Carolyfic value (kcal/kg) C a r b o n c o n t e n t ( % ) < 그림 4.6-4> 슬러지의탄소함량에따른발열량의변화상관관계 슬러지내의탄소성분은다시휘발성과고정성분으로구분할수있으며, 슬러지고형연료화와관련하여환경부에서추진하고있는에코스타프로젝트의 1단계과제의시험내용중하수슬러지의원소분석및발열량의분석결과를살펴보면, 앞에서저위발열량기준으로설정한 3,000kcal/kg 을준수하기위해서는건기준에서탄소성분은최소 30% 를초과하여야할것으로분석되고있다. < 표 4.6-2> 하수슬러지의원소분석및발열량분석 Classification Ultimate Analysis (Dry Basis, unit : wt.% ) Calorific Value (kcal/kg) HHV LHV HHV C H N S Cl ( 건기준 ) ( 건기준 ) ( 습기준 ) sample SJ ,785 3, SS ,168 2, SN ,491 3, KS(R) ,910 4, KS(S) ,275 3, KS(R+S) ,491 4, KK ,428 4, KA ,819 4, KSN ,732 4, KU ,588 4, BS ,293 3, BN ,374 3, IK ,967 3, CD ,518 3, JJ ,052 4,697 1,096 평균 ,193 3,

132 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 한편, 슬러지연료의원료는소화조를거친소화슬러지와하수처리장에서탈수과정만을거친탈수슬러지로구분할수있으며에코사업을통하여도출된시험결과는다음과같다. < 표 4.6-3> 슬러지연료별발열량및고정탄소 휘발분의비율구분저위발열량고정탄소휘발성시료 1 4, 생슬러지연료탄 시료 2 3, 시료 3 3, 평균 3, 시료 1 3, 소화슬러지연료탄 시료 2 3, 시료 3 3, 평균 3, 혼합슬러지연료탄 시료 1 3, 시료 2 3, 평균 3, 위시험결과를토대로살펴보면앞에서설정한저위발열량의기준을만족시키기위해서는고정탄소의경우 10% 미만과휘발성분은 50% 이상으로기준을설정함이타당한것으로분석되었다. 다만, 이미하수슬러지연료의저위발열량의기준을설정하고있고위의기준을적용하였을때모든조건에서발열량기준을만족하고있으며, 현고형연료의품질기준에고정탄소및휘발성분에대한별도의규정이없으므로향후기존생활폐기물고형연료와의연계를고려하여하수슬러지건조연료의품질기준대상에 고정탄소및휘발성 에대한기준설정은불필요한것으로검토된다. ( 마 ) 슬러지연료의성상 연료의크기및길이와같은성상조건은품질조건보다연료로서의활용용이성 -120-

133 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 및편의성과운반등의조건을고려하여야할것이다. 현재법규에서정하고있는생활폐기물고형연료제품 (RDF) 의경우직경은 30 밀리미터이하, 길이는 100 밀리미터이하로하되전체에걸쳐서단면적모양이일정할것, 폐플라스틱고형연료제품 (RPF) 은단면형상은원형으로서직경은 50 밀리미터이하로하고, 길이는 100 밀리미터이하로할것, 폐타이어고형연료제품 (TDF) 은크기의일관성을유지하기위하여선별 파쇄 절단등의방법으로가공하되가공품의가장긴단면의길이가 120 밀리미터이하로할것등으로규정하고있다. 즉연료화대상폐기물의특성을고려하여연료의성상을결정하고있다. 따라서, 하수슬러지고형연료의경우에도슬러지특성을고려하여성형조건을제시하는것이타당할것이다. 본연구에서의하수슬러지고형연료는화력발전소의연료로활용되는것에초점을맞추고있다. 또한화력발전소의석탄연료소모량을고려할때국내에서발생되는하수슬러지의전량을연료화하여도불과 1~2% 수준에머무를것으로예측된다. 결과적으로하수슬러지의특성과수요처인화력발전소의요구에맞게연료의성형이이루어지는것이필요할것이다. 현재, 화력발전소의경우연소및연료투입방식에따라다소차이는있을수있으나일반적으로석탄연료를믹서에갈아서미분탄으로연소하는방식을채택하고있다. 따라서국내의하수슬러지건조연료의경우최소기준은정하지않되연료의품질로서성형을갖추기위하여독일 RWE 사의사례 ( 발전용연료로혼소 ) 를벤치마킹하여긴부분이 30~40mm 이하로하는최대기준을결정하는것이타당할것이다. ( 바 ) 기타환경성관련평가기준현재국내에서운영되고있는고형폐기물연료의제품기준에서환경성과관련된기준은연료제품의원료와관계없이아래와같이공통된기준을적용하고있으므로슬러지연료의경우에도아래의기준을준수하는것이타당할것으로검토된다

134 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 < 표 4.6-4> 슬러지연료의환경성관련품질기준 : 건조된상태기준 평가항목염소황분금속성분 평가기준 고형연료제품무게의 2.0 퍼센트이하일것 고형연료제품무게의 0.60 퍼센트이하일것 1) 수은 : 킬로그램 (kg) 당 1.20 밀리그램 (mg) 이하일것 2) 카드뮴 : 킬로그램 (kg) 당 9.0 밀리그램 (mg) 이하일것 3) 납 : 킬로그램 (kg) 당 밀리그램 (mg) 이하일것 4) 비소 : 킬로그램 (kg) 당 13.0 밀리그램 (mg) 이하일 다만, 에코스타과제에서실시한하수슬러지의원소분석결과황 (S) 성분은약 1% 이상존재하는것으로조사되고있으므로하수슬러지의특성을고려하여연료 화하는경우황분의기준은 1.5% 이하로설정함이타당할것이다. ( 사 ) 슬러지연료품질기준총괄위에서검토된슬러지연료의평가기준항목별검토결과를아래와같이제시하였다. 석탄화력발전소의석탄연료와의혼소율은현재까지슬러지연료화력발전소실증시설에대한검증이미완료된상태로 2% 이하 31) 수준에서추진함이타당할것으로사료된다. < 표 4.6-5> 슬러지연료품질기준기준항목평가기준비고 형상및크기 저위발열량 40mm 이하수준 저위발열량 3,000kcal/kg 이상 슬러지의특성및수요처의활용도를고려하여최대규격만규정폐기물관리법시행규칙제3조 ( 에너지회수기준 ) 저위발열량및슬러지의발열량을고려 수분 10% 이하저위발열량기준만족을위한건조수준제시 회분 ( 건기준 ) 30% 이하저위발열량기준만족을위한회분수준제시 기타환경성관련 재활용법 에규정된폐기물고형연료기준준수하되황분의경우건기준 1.5% 이하 대기오염물질과연계되는항목으로서기존법규사항준수및하수슬러지의특성반영 31) 국내화력발전소의총석탄사용량대비슬러지연료가용량을고려하였을때약 1% 의수준이며, 석탄 화력발전소에서슬러지연료혼합시 SOx 및 NOx 의농도증가를고려하여안정수준인 2% 수준으로결정 -122-

135 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 위와같은품질기준이설정됨에따라앞장의 폐기물관련법및제도 에서검토한바와같이폐기물관리법시행규칙별표 16 에 하수슬러지의건조를통한연료화재활용가능 함과함께하수슬러지고형연료로서의주요판단기준이될 발열량및수분 의품질기준을함께반영하는것이필요할것이다예로서, 관련법 ( 시행규칙별표 16) 에 유기성오니 ( 지정폐기물은제외한다 ) 를건조하여저위발열량 3,000kcal/kg 이상, 수분함량 10% 이하,40mm 이하의고형연료로제조하여석탄화력발전소에서연료 ( 혼소율 2% 이하 ) 로사용하는경우 ( 단, 염소, 황분및금속성분은자원의절약과재활용촉진에관한법률에서정한폐기물고형연료품질기준을준수하되황분은 1.5% 이하로설정 ) 의문구를명시함으로서하수슬러지의고형연료활용이가능할것으로사료된다. (2) 바이오가스분야 바이오가스의에너지제품에대한품질기준은차량연료로활용하는방안과도시가 스에공급하기위하여두가지방안에대한기준을제시하였다. ( 가 ) 차량연료용품질기준 ( 안 ) 국내의경우차량연료로서바이오가스에대한기준을마련하고있는규정은없는것으로파악된다. 따라서바이오가스의자동차연료를사용하고있는스웨덴의품질기준사례와함께바이오가스와성상이유사하며현재입법예고된천연가스자동차연료의제품기준을참고하여바이오가스자동차연료의품질기준방안을마련하였다. 우선선진국의바이오가스자동차연료품질기준적용사례를보면, 바이오가스의주성분인메탄의함량과함께차량연료의품질기준이될수있는노점온도, 수분함량등을평가기준으로제시하고있으며, 환경성과연계될수있는질소및황함량등을바이오가스의자동차연료품질기준으로제시하고있다. 한편, 바이오가스와천연가스는매우유사한성격및형태를보이고있으나, 일반적으로인간의부산물에기인하는바이오가스의경우천연가스와는발생원자체가다르므로주요성분은유사하나미량성분에서다소차이가있다

136 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 현재대기환경보전법개정을통하여적용예정인천연가스의자동차연료제조기준의경우메탄외에도 에탄,C 3,C 6" 을포함하고있어열량보조제의역할을하고있다. 반면바이오가스의경우메탄외에는열량을발휘할수있는성분이함유 32) 되지않은것으로알려져있다. 따라서, 바이오가스의경우천연가스와비교하여열량측면에서불리할수있으며, 자동차의성능발휘하기위해서는일정수준의열량을발휘할수있는품질기준을설정하는것이필요할것이다. 자동차의성능유지를위한발열량확보를위한바이오가스의성분은메탄이며이미바이오가스를자동차연료로상용화하고있는선진국의사례를보면일반적으로메탄함량을 95% 이상으로기준을설정하고있다. 이러한기준은국내에서도 2004 년도에환경관리공단에서실시한실증시험에서도동일하게나타났다. 따라서국내바이오가스의자동차연료제조기준에서메탄함량은 95% 이상으로설정하는것이타당하며, 이는현재국내에도입되고있는정제기술로도충분히적용가능한것으로평가되고있다. 다음으로고려되어야항목이수분이다. 이는천연가스자동차연료제조기준에는설정되어있지않은평가항목이나앞에서살펴보았듯이바이오가스는천연가스와비교할때수분형성이용이하게이루어지며결국품질에영향을미칠수있으므로일정수준의기준을설정하는것이품질유지에타당할것으로사료된다. 이기준은바이오가스자동차연료가일반화되어있는스웨덴의사례를벤치마킹하여 32 mg /N m3으로설정하는방안이제안된다. 천연가스의제조기준과비교하여다음으로고려되어져야할항목들이황, 질소및기타미량항목들이며이들성분은자동차연료의성능에저해가되는요소들로서가능한최소화하는방안이제안되며, 기준은천연가스와비교하여동일하게적용하는방안이제안된다. 다만황성분의경우자동차엔진의결함을일으키는원인물질로작용될수있는잠재성이있으므로향후기준을보다강화하는방안이제안된다. 32) 바이오가스성분 : CH4(45~60%), CO2(50%) 불순물가스 (5%) H2S, H2O 등 -124-

137 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 < 표 4.6-6> 바이오가스의자동차연료제조기준 기준항목단위평가기준비고 메탄함량부피 % 95 이상 현재상용화된기술로서정제가가능한수준이며, 바이오가스자동차연료가상용화되고있는해외사례적용 천연가스자동차연료의경우 88% 수준을제시하고있으나이는바이오가스에포함되어있지않은에탄 (7%) 을고려한것임 수분함량mg /N m3 32 이하 바이오가스자동차연료가상용되고있는해외사례적용 황함량 ppm 40 이하입법예고된천연가스자동차연료의기준적용 질소, 산소등기타미량물질 부피 % 4.5 이하입법예고된천연가스자동차연료의기준적용 위의표와같이바이오가스의자동차연료품질기준을제시하였으며, 전술한바와같이이미천연가스의자동차연료제조기준법제화가추진되고있는상황으로위의제조기준이천연가스자동차연료와연계되어제도화하는것이타당할것이다. 예컨대친환경자동차연료에바이오가스를반영하고바이오가스자동차연료의기준으로는적용예정인천연가스자동차연료의제조기준을준수하되다만, 천연가스자동차연료기준과상이한발열량 ( 메탄 95% 이상 ) 과수분 (32 mg /N m3이하 ) 의기준을단서조항으로제시하는방안이제안된다. < 표 4.6-7> 입법예고중인천연가스자동차연료제조기준 ( 안 ) 항목메탄 ( 부피 %) 에탄 ( 부피 %) C3 이상의탄화수소 ( 부피 %) C6 이상의탄화수소 ( 부피 %) 황분 (ppm) 불활성가스 (CO 2, N 2 등 )( 부피 %) 제조기준 88.0 이상 7.0 이하 5.0 이하 0.2 이하 40 이하 4.5이하 -125-

138 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 이러한방안은아래와같이현재입법예고중인대기환경보전법의개정내용중에환경부장관은대기환경개선을위하여필요하다고인정하는때에는친환경연료를자동차연료로사용할것을권고할수있다는규정을포함하고있으므로가능성이높은것으로평가되어진다 제73조 ( 자동차연료의친환경연료사용권고 ) 1 환경부장관또는시ㆍ도지사는대기환경개선을위하여필요하다고인정하는때에는환경부령으로정하는바에따라친환경연료를자동차연료로사용할것을권고할수있다. 2 제1항에따라사용하고자하는친환경연료의종류, 품질기준, 사용차량, 사용지역등에필요한사항은미리지식경제부장관과협의하여환경부령으로정한다. ( 나 ) 도시가스주입용품질기준 ( 안 ) 국내의경우도시가스공급에대한품질기준은 도시가스공급규정 에따라메탄 85% 이상, 표준열량 10,800Kcal/N m3, 최저열량 10,400Kcal/N m3의규정이마련된상태이다. 유해성분의경우도시가스사업법에따라 0,101,325Pa 의압력에서건조한도시가스 1m3당황전량은 0.5g, 황화수소는 0.02g, 암모니아는 0.2g 을초과하지못하게하는규정이마련되어있다. 따라서앞장에서살펴본바와같이메탄이주성분인바이오가스를도시가스품질기준에맞추는것에는많은문제점을안고있다. 따라서, 바이오가스의도시가스공급망과원활한연계를위해서는다음과같은두가지방안이제안된다. 첫째, 현장에서생산되는바이오가스를도시가스공급망에직접연계하지않고도시가스공급을관할하는한국가스공사에서생산된바이오가스를일괄수거 가공하여도시가스사업자를통하여도시가스공급망계통에연계하는방안이다. 현재우리나라의도시가스공급체계및신재생에너지활성화를유도하고있는국가정책을고려할때가장타당성이있는방안으로사료된다. 둘째, 바이오가스생산현지에서일정수준의바이오가스를제품화하여인근도시가스배관망에직접연계하여혼입하여공급하는방안이다. 이경우바이오가스로제조된제품이현재사용되고있는도시가스의품질과비교발열량부분에서차이가나타나므로가능한바이오가스의도시가스화로적용가능한공급대상을고려 -126-

139 제 4 장유기성폐기물에너지제품별품질기준안 하여도시가스배관망과연계하는방안마련이필요할것이다. 이와같이바이오가스의도시가스공급망연계를위해서는위의두가지방안이제안되어지나어떠한방안이든 도시가스사업법 의개정이필요한사항이다. 법개정내용으로는바이오가스를도시가스로활용할수있다는규정 ( 제2조정의 ) 과함께도시가스로공급되는바이오가스의일정수준의품질기준반영 ( 시행규칙제35 조가스의유해성분 열량 압력및연소성의측정등 ) 및도시가스공급방식 ( 시행규칙제17 조시설기준및기술기준 ) 에따른바이오가스의공급방식에대한별도의규정마련 33) 이필요할것이다. 또한위에서검토된두가지바이오가스의도시가스화방안에대하여어떠한방안이든도시가스로의활용을위해서는바이오가스의품질기준설정이필요하고전술한바와같이바이오가스의도시가스화를위한품질기준은유럽에서적용하고있는가스의품질과현재국내에적용되고있는도시가스를고려하여아래와같이국내도시가스배관망연계및원료로제공할수있는품질기준을제시하였다. < 표 4.6-8> 바이오가스의도시가스연계를위한기준항목및규격 평가항목단위평가기준비고 메탄함량부피 % 95 이상 도시가스로서의성능발휘및국내도입되어있는바이오가스정제기술로적용가능한수준 수분함량mg /N m3 32 이하도시가스연료로서성능을발휘할수있는수준 황전량 ppm 0.5 이하도시가스사업법의품질기준적용 황화수소 ppm 0.02 이하도시가스사업법의품질기준적용 암모니아 ppm 0.2 이하도시가스사업법의품질기준적용 질소, 산소등기타미량물질 부피 % 4.5 이하도시가스연료로서성능을발휘할수있는수준 33) 바이오가스의도시가스화방안으로한국가스공사에서바이오가스를일괄수거하여도시가스배관망에 연결하거나또는바이오가스생산자가도시가스배관망에직접연계할수있는규정반영필요 -127-

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141 제 5 장폐기물에너지제품의 적정관리방안 -129-

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143 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 1. 개요 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 본연구에서추진되는연료화방안은하수슬러지의고형연료화를통한석탄화력발전소의공급과유기성폐기물의혐기성소화과정에서발생되는바이오가스의자동차연료및도시가스공급으로구분될수있다. 즉, 하수슬러지의고형연료및바이오가스의자동차연료는유기성폐기물의연료화제조를통하여석탄화력발전소및자동차라는특정수요처가정해져있는상황이나, 바이오가스의정제과정을통한도시가스공급망연계는수요처가불분명하므로도시가스공급사업자와연계하여관리방안이이루어져야할것으로판단된다. 아울러, 유기성폐기물연료제품관리를위해서는제품의제조 생산단계부터수요자에게공급되기까지의적정관리방안이이루어져야할것이다. 이와관련하여제도적으로상용화되어있는폐기물고형연료제품및천연압축가스 (CNG) 와같은기존상용화되어있는연료와연계하여관리하는방안이제안되며, 도시가스와연계하는경우도시가스공급규정을준수하되세부적인방안은지역별도시가스공급사업자또는도시가스공급을총괄하는한국가스공사와협의를통하여결정하는것이타당할것으로사료된다. 2. 관리방안 가. 하수슬러지의고형연료하수슬러지는슬러지내에함유하고있는수분을제거하여열량을제고시킴으로써연료로서의품질을갖는고체연료에해당하므로, 이경우 자원의절약과재활용촉진에관한법률 에따른품질관리방안적용이가능할것으로판단된다. 즉동법제25 조의2 ( 폐기물고형연료제품의사용시설 ) 에따르면, 재활용제품중폐기물을이용하여 -131-

144 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 만든고형연료제품을사용하는자는환경부령으로정하는사용시설에서사용하여야한다 고규정하고있으며, 아울러동법제25 조의3( 고형연료제품의제조 사용자의준수사항등 )1 항에는 고형연료제품을제조하여공급하려는자는환경부장관이지정하는기관 ( 이하 " 인증기관 " 이라한다 ) 으로부터고형연료제품의품질 등급인증을받아야하며, 동조 2항에는 고형연료제품을제조하거나사용하는자는품질 등급의유지 관리, 제조 저장 사용시설의관리등에관한준수사항을지켜야한다 는규정을정하고있으며, 이에따른고형연료제품의품질 등급의인증절차, 품질 등급기준, 인증을위한시험 분석에관한구체적인사항및관련준수사항을환경부령으로정하고있다이에따른고형연료제품의인증기관은 한국환경자원공사 로명시되어있고인증에관한세부내용은별첨으로본보고서에수록하였다. 우선, 고형연료제품제조자의준수사항을살펴보면 1. 인증기관으로부터고형연료제품의품질 등급의인증을받은품질 등급에관한정보를고형연료제품의용기에표기하거나사용자에게제공할것,2. 고형연료제품별의각각의정기적제조한고형연료제품에대한품질검사를실시할것,3. 고형연료제품공급시설소재지를관할하는시 도지사에고형연료제품공급계획서를제출할것과 4. 제조시설의기준으로 폐기물저장시설, 선별 ( 選別 ) 시설, 이송시설, 파쇄 분쇄 절단시설, 건조시설, 저장시설등의시설에대한기준을정하고있으며, 또한, 고형연료제품사용자의준수사항으로는 1. 고형연료제품의저장시설설치,2. 관할시 도지사에게별지제14 호의8서식의고형연료제품사용신고서제출,3. 대기오염공정시험방법에따라연 1회이상다이옥신배출량을측정등을규정하고있다. 아울러고형연료제품품질시험 분석방법으로는 a) 발열량,b) 수분,c) 회분,d) 염소,e) 황분,f) 금속성분등에시험방법등을제시하고있으며, 동세부내용 34) 또한본보고서의별첨에수록하였다. 34) 폐플라스틱고형연료제품의품질기준 사용처등에관한기준환경부고시 ( 제 호 ) -132-

145 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 따라서, 하수슬러지고형연료의경우적정관리방안은이미관련법규에의하여제도적으로관리가가능한것으로검토된다. 다만아직까지동규정상에하수슬러지의고형연료가상용화되고있지않은단계로이에대한규정이명시되고있지않으므로하수슬러지고형연료가제도적으로허용되는경우위에서살펴본 고형연료사용품질관리및유지관리와관련된규정 에하수슬러지고형연료에대한내용을반영하거나또는 폐기물관리법시행규칙 에따른별표 16 에 하수슬러지고형연료의재활용용도및방법 을규정할때위에서검토된 자원의절약과재활용촉진에관한법률 에따른고형연료관리방안을일부분준수한다는단서조항을반영함으로서적정유지관리가가능할것으로검토된다. 한편, 위에서제안된관리방안은상대적으로소규모일것으로예상되는하수슬러지건조연료의제조자입장에서는다소엄격한방안일수있으며, 현실적으로위의내용을준수하는데한계가있을수있다. 따라서하수슬러지건조연료의평가항목을대상으로제조자가정기적 ( 분기 1회이상 ) 으로측정하여재활용신고기관에보고하는방법으로제조자에게자율권을보장하는것도하수슬러지고형연료활성화에도움이될것으로사료된다. 나. 바이오가스의자동차연료화국내자동차연료의경우연료의관리체계는크게생산및판매와품질관리가이원화되어있다고할수있다. 즉, 연료의생산및판매는지식경제부소관법인 석유및석유대체연료사업법 에의하여관리되고있으며, 각자동차연료의환경성과관련하여서는환경부의 대기환경보전법 에서자동차연료의제조기준및대상차량의배출가스를관리할수있는법적 제도적체계를갖추고있다. 따라서, 유기성폐기물을이용한바이오가스가자동차연료로활용이가능한경우현제도를적용하여제품의생산부터사용단계까지적정하게관리할수있는체계를갖추고있다고할수있다

146 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 우선바이오가스의생산과관련하여서는금번용역에서도출되는결과에따라바이오가스자동차연료품질기준을준수하여지식경제부장관이정하는기준의시설에서생산하는것이타당할것이다. 즉, 현재법규상바이오가스생산시설에대한특별규정은없으나바이오가스를자동차연료로공급하는경우고압상태의저장및공급이불가피하므로 고압가스안전관리법 의내용을준용하여바이오가스를활용한자동차연료를제조하여저장 공급할수있을것으로검토된다. 동법의내용을살펴보면고압가스를제조 ( 용기에충전하는것을포함한다. 이하같다 ) 하려는자 ( 이하 " 고압가스제조자 " 라한다 ) 는 그제조소마다특별자치도지사 시장 군수또는구청장 ( 구청장은자치구의구청장을말하며, 이하 " 시장 군수또는구청장 " 이라한다 ) 의허가를받아야하며, 제조 저장및판매에필요한시설기준과기술기준은지식경제부령으로정하는것으로한다 고규정하고있으므로동규정에따라바이오가스자동차연료생산시설의적정관리가가능하다고판단된다. 다만, 자동차연료의제조에대한기준은환경부소관법령인 대기환경보전법 에서규정하고있으므로본보고서에서도출된바이오가스자동차연료제조기준은동법률에반영하여관리하는방안이제안된다. 대기환경보전법제74 조 1항에 자동차에사용하는연료를환경부령으로정하는기준에맞게제조하여제조기준에맞는지에대하여미리환경부장관에게검사를받아야한다 는규정을제시하고있으므로동제도에적용하여바이오가스자동차연료생산제품에대한적정관리가가능할것으로판단된다. 한편, 이와관련환경부에서정하고있는고시내용 35) 을세부적으로살펴보면, 검사기관은국립환경과학원으로정하고있으므로, 동고시에바이오가스내용을반영함으로서제품의적정관리가가능할것으로검토되며, 세부적인환경부고시내용은부록에첨부하였다. 35) 자동차연료또는첨가제의검사방법및등록에관한규정 ( ) -134-

147 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 다. 바이오가스의도시가스연계바이오가스의도시가스연계와관련하여서는자동차연료화부분에서살펴본바와같이바이오가스의상용화에따른공급을위해서는바이오가스생산및정제등일련의과정을거쳐제품이생산되는과정을거쳐야한다. 현재에너지화가가장활발하게진행되고있는바이오가스의하나인매립가스의경우매립시설이폐기물처리시설에해당하므로폐기물관리법에준하여설치 운영하며가스의정제및저장단계에따라 고압가스안전관리법 에따라설치 운영하는관리방안이제안된다. 다만, 바이오가스의생산원이되는유기성폐기물은현재매립장에반입되지않는음식물류폐기물, 가축분뇨및하수슬러지로서, 이들유기성폐기물을수집하여소화과정을거쳐바이오가스를생산하는시설은매립시설부지외의지역에설치될수있으므로각시설이설치되는장소및위치에부합하는소관법규를적용하여야할것이다. 또한, 이경우에도혐기소화시설은복합공정이며, 폐수발생, 대기오염물질배출, 폐기물의처리과정및악취등이발생하므로종합적인관리가필요한시설이라할수있다. 바이오가스의제조및생산단계를거쳐도시가스연계망을통하여수요자에게공급하는경우현재국내에적용되는관련법규는 천연가스공급규정 및 도시가스사업법 이라할수있다. 이와관련하여천연가스공급규정은한국가스공사가도시가스공급사업자에게공급하는규정이고도시가스사업법은도시가스사업자가일반수요자에게공급하는사항을규정하고있다. 따라서, 일반폐기물처리관련사업자가도시가스공급망과의연계를위해서는법개정이필요하다할수있다. 다만위에서언급된관련법규에의하여유기성폐기물의가공을통한바이오가스생산으로도시가스공급자의신청이가능할수있으나, 다음과같은세부기준에따라현실성은없어보인다

148 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 < 도시가스사업법에 ( 제3조제4항 ) 따른도시가스사업허가의세부기준 > 1. 도시가스를공급하고자하는권역이다른도시가스사업자의공급권역과중복되지아니할것 2. 도시가스사업이적정하게수행될수있도록자기자본비율이가스공급개시연도까지는 30% 이상이고, 개시연도의다음연도부터는계속 20% 이상유지되도록사업계획이수립되어있을것 3. 도시가스가공급권역안에서안정적으로공급될수있도록원료조달및간선배관망건설에관한사업계획이수립되어있을것 4. 도시가스공급이특정지역에편중되지아니할것 5. 도시가스의안정적공급을위하여산업자원부장관이정하는예비시설을갖출것 6. 천연가스를도시가스원료로사용할계획인경우에는사업계획이천연가스를공급받는데적합할것 아울러바이오가스를도시가스로연계한 천연가스공급규정 및 도시가스사업법 규정에서요구하는열량이 10,400kcal/kg 로서현바이오가스의정제과정을거쳐메탄의순도를높이더라도동규정을준수하는것에는한계가있다. 따라서동규정을준수하기위해서는현장에서부탄과같은고열량의가스혼합이불가피하며, 이경우에도관련규정에따라배관망을통하여서만이공급이가능하므로상대적으로소규모의가스를생산하는유기성폐기물바이오가스생산시설의입장에서는상당한경제적부담이될수있다. 결과적으로유기성폐기물의가공을통하여생산되는바이오가스의도시가스배관망연계는제도적인지원이필요하며, 이는앞장에서살펴본바와같이관련법개정을통하여해소가가능하리라판단된다. 유기성폐기물의바이오가스가제도적인뒷받침과이해관계자와의긍정적인협의하에도시가스배관망연계가실현된다면적정한품질의가스공급을위하여생산자와지역도시가스사업자및한국가스공사간협약을맺는과정이필요할것이다. 이경우현재규정 ( 천연가스공급규정 ) 에정해져있는기본적인틀을정하여추진이가능할것이다. 참고적으로 천연가스공급규정 에서정하고있는가스공급의품질기준은다음과같다

149 제 5 장폐기물에너지제품의적정관리방안 < 공급가스의성분및열량등 > 1 공사가공급하는가스의성분, 열량, 압력및연소속도는다음과같다. 다만, 공사인수기지에서직접수요자에게공급하는가스의성분및열량등은따로정할수있다. 1. 주요성분 : 매탄 85% 이상 2. 열량 : 표준열량 - 10,800Kcal/Nm3최저열량 - 10,400Kcal/Nm3 3. 표준공급압력 : 도시가스용 - 8.5Kg/ cm2 (±1.5Kg/ cm2 : 허용압력편차 ) 또는 18Kg/ cm2 (±2Kg/ cm2 : 허용압력편차 ) 발전용 - 8.5Kg/ cm2 (±1.5Kg/ cm2 : 허용압력편차 ) 또는 27Kg/ cm2 (±3Kg/ cm2 : 허용압력편차 ) 직공급용 - 8.5Kg/ cm2 (±1.5Kg/ cm2 : 허용압력편차 ) 또는 18Kg/ cm2 (±2Kg/ cm2 : 허용압력편차 ) 4. 연소속도 : 최고웨버지수-13,800 최저웨버지수-12,600 2 수요자는공사가공급하는가스의열량을변경하기위하여다른가스, 공기또는기타혼합물을첨가하거나이와관련된설비를시설하고자하는경우에는미리공사와협의를하여야한다. 3 공사는제1항에서규정하는표준공급압력을초과하는가스의공급신청이있는경우에는그수요자와협의하여가스를공급할수있다. 다만, 이로인한추가비용은수요자부담으로한다. 4 공사는수요자에게공급하는가스의성분및열량측정결과를수요자요구시제공한다. 가스의유해성분 열량 압력및연소성의측정장소 시간및측정방법등은관련규정에따라정하고있으며세부내용은본보고서의별첨에포함하였다. 도시가스사업자는동법에의하여정기적으로도시가스품질에대한내용을기록 보관하게되어있으므로, 동규정에바이오가스를연계하는경우동규정에따른적정품질관리유지가가능할것으로검토된다

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151 제 6 장폐기물에너지제품 이용 보급촉진방안 -139-

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153 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 1. 관련법령및제도적인사항 가. 하수슬러지고형연료화 (1) 하수슬러지고형연료이용확대을위한에너지회수기준완화현폐기물관리법규정상폐기물을에너지로재활용할수있는법적근거는마련되어있는상태이다. 그러나동법시행령에폐기물로부터회수되는에너지의회수기준을다른물질을혼합하지않은상태에서저위발열량을 3,000kcal/kg 로규정하고있어일부하수슬러지의고형연료화에장애요인으로작용할수있다. 예컨대, 하수슬러지의발열량과직접적으로관련이있는하수슬러지내의유기성분의경우현재통계상상당량의하수슬러지가발생하고있는도시지역의경우상대적으로불리한것으로파악되고있다. 이는주로대규모인도시지역의하수처리장에서발생하는하수슬러지는혐기소화과정을거치므로, 발열량의근원이되는유기성분이사전에분해되어현행법규에서정하고있는에너지회수기준을만족시키기에는한계 36) 가있는것으로파악된다. 국내광역시단위의하수슬러지처리시설설치사업기본계획에따르면광주시및대구시등의일부지역의하수처리장에서발생한탈수슬러지의발열량은 2,259~ 2,500kcal/kg 정도로현규정에서제시한기준보다상당히낮은범위를나타내었다. 따라서, 하수슬러지를연료로활용하는것은재생에너지의사용확대뿐만아니라폐기물의효과적인재활용수단이될수있으므로현행폐기물관리법시행규칙에서정하고있는폐기물에너지회수기준을완화시켜줌으로서가능한많은하수슬러지가연료로재활용될수있도록유도하는것이필요할것으로검토된다. 36) 하수슬러지원소분석에의한건조건 (dry basie) 에서의저위발열량산정시법적기준인 3,000kcal/kg 준수는가능할것으로조사되나, 발열량과직접적으로연계되어있는수분함량이주요관건으로서현행 법규의기준만족을위해서는수분함량을최대한낮춰야하는노력이필요 -141-

154 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 (2) 하수슬러지연료의수요처확대를통한이용촉진본연구의과업범위에서하수슬러지고형연료의수요처는석탄화력발전소만으로검토되고있다. 그러나현행대기환경보전법배출시설에대한배출허용기준을살펴보면고형연료전용발전소의배출허용기준이소각로배출허용기준과동등한수준또는일부항목의경우엄격하게적용되어있는것으로조사됨에따라화력발전소의기준보다더욱엄격한것으로검토된다. 따라서하수슬러지연료를화력발전소에서의사용을제도적으로인정하게된다면이와동등또는그이상의기준을적용하고있는시설에대하여서도하수슬러지연료를사용할수있도록인정하여수요처를확대하는것이하수슬러지연료이용및보급촉진에기여할수있을것이다다만, 하수슬러지연료는현행 자원및재활용촉진법 에서정한 RDF,RPF,TDF 와같은고형연료와는물리적 화학적으로특성이다르기때문에신규수요처시설의운영상의문제점및 2차적인대기오염문제등을발생시킬수가있다. 따라서하수슬러지연료의신규적용시설선정은추가적인검토과정을거쳐야할것이며아울러해당시설에맞는품질기준을마련하는것이바람직할것이다. 하수슬러지연료의신규수요처로는현재일부하수슬러지가재활용되고있는시멘트및제지시설등을대상으로검토할필요가있을것이며, 특히하수슬러지의경우하수처리장에서발생되고있으므로처리장부터수요처간의이동거리및운반비를감안하여처리장에서보다거리가가까운곳으로부터수요처를확대시켜나아가는방향설정이필요할것이다. 나. 유기성폐기물의바이오가스화 (1) ' 수도권대기환경개선에관한특별법 ' 과연관된자동차연료범위확대수도권대기질을개선하기위해서는 수도권대기환경개선에관한특별법 에근거하여저공해자동차를의무적으로구입 운행해야하며, 저공해자동차종류를제시하고있다. 동법시행령제3조에저공해자동차의종류에대하여오염물질배출정도에따라다음과같이제1종, 제2종및제3종저공해자동차로구분하고있다

155 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 1. 제1종저공해자동차 : 전기자동차, 연료전지자동차, 태양광자동차등당해자동차에서배출되는대기오염물질이환경부령이정하는기준에적합한자동차를말한다. 2. 제2종저공해자동차 : 환경부령이정하는연료를사용하는자동차또는하이브리드자동차로서당해자동차에서배출되는대기오염물질이환경부령이정하는기준에적합한자동차를말한다. 3. 제3종저공해자동차 : 경유 휘발유또는제2호의규정에의하여환경부령이정하는연료를사용하는자동차중당해자동차에서배출되는대기오염물질이환경부령이정하는기준에적합한자동차를말한다. 아울러동법시행규칙제3조에근거하여저공해자동차배출허용기준을마련하고있으며, 동법시행규칙제4조에의거환경부령이정하는연료를 압축천연가스또는액화석유가스 로제한하고있다. 따라서바이오가스에대하여서도환경부령이정하는연료로추가하여사용을촉진하고, 이에따른자동차의배출허용기준등은이미기준이설정되어있는규정을활용하면가능할것으로검토된다 37). 한편, 현재입법예고를거쳐개정중인대기환경보전법 38) 내용을살펴보면자동차연료로친환경연료의사용을권고하고있으므로, 앞장의환경성평가에서살펴보았듯이바이오가스의친환경성을고려할때친환경연료로분류하는것이타당할것이다. 제73조 ( 자동차연료의친환경연료사용권고 ) 1 환경부장관또는시ㆍ도지사는대기환경개선을위하여필요하다고인정하는때에는환경부령으로정하는바에따라친환경연료를자동차연료로사용할것을권고할수있다. 2 제1항에따라사용하고자하는친환경연료의종류, 품질기준, 사용차량, 사용지역등에필요한사항은미리지식경제부장관과협의하여환경부령으로정한다. (2) 바이오가스의도시가스배관망연계를위한제도적지원필요 도시가스공급의기준이되고있는 도시가스사업법 을검토하여볼때일반적으 로소규모인바이오가스의도시가스배관망연계는경제성측면에서한계가있는 것으로검토된다. 또한, 현재국내에서발생되는바이오가스의특성을고려할때현 행규정상도시가스로의연계는발열량등품질측면에서도제한적이다. 따라서, 신 재생에너지의보급확대를추진하는정부의정책방향과함께이미선진국에서시 행되고있는바이오가스의도시가스연계를고려할때바이오가스의도시가스연계 37) 수도권대기환경개선특별법시행규칙제 3 조 38) 환경부공고 호 ( ) -143-

156 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 사업자에대해서는정부의경제적지원이필요한상황이다. 경제적지원방법으로는바이오가스관련사업자에대한세금감면혜택, 사업장선정시설치보조금지원등을통한사업활성화방안이필요할것으로판단된다. 또한, 바이오가스의도시가스배관망연계를위해서는도시가스사업법에도시가스연료로바이오가스를활용할수있는규정추가와함께도시가스사업법에명시되어있는 지역도시가스사업자간중복공급배제 39) 항목에서바이오가스의경우예외조항을신설함으로서소규모의바이오가스생산자가도시가스배관망에직접연결하여공급할수있는체제를제도적으로허가하여주는보완책이필요하다. 아울러, 도시가스사업법 및 천연가스공급규정 을보면도시가스는배관망공급을원칙으로하고있으며, 상대적으로소규모인바이오가스도시가스공급자의경에는동조항이경제적부담으로작용할수있다. 따라서 천연가스공급규정 제7 조의3( 탱크로리공급대상 ) 에한국가스공사가탱크로리로도시가스를공급을할수있는규정 40) 을마련하고있으므로바이오가스를도시가스로공급하는사업자의경우도탱크로리로바이오가스를공급할수있는신축성있는제도적체제마련이필요할것으로검토되며, 이러한제도마련으로바이오가스의도시가스화의활성화에기여할수있을것으로검토된다. 39) 도시가스사업법 ( 제 3 조제 4 항 1 호 ) 에 도시가스를공급하고자하는권역이다른도시가스사업자의공급권역과 중복되지아니할것 으로규정하고있음에따라바이오가스를생산하여혼소하여도시가스로공급하고자 하는사업자에게는장애요인으로작용 40) 제 7 조의 3( 탱크로리공급대상 ) 1 공사가탱크로리공급을할수있는수요자는다음각호와같다. 1. LPG 를원료로하는일반도시가스사업자 2. 일반도시가스사업자가법에따라허가받은공급권역에포함되지아니한법시행규칙제 2 조 2 항 3 호의 3. 일반도시가스사업자가법에따라허가받은공급권역에포함되어있으나일반도시가스사업자가도시가스 배관을설치하지아니한법시행규칙제 2 조 2 항 3 호의대량수요자. 이경우공사는탱크로리공급에대 하여일반도시가스사업자와사전협의를하여야한다. 다만, 협의개시일현재법제 18 조의 3 제 1 항에따 라해당대량수요자에대한공사계획이없는데도불구하고일반도시가스사업자가협의해주지않을경 우대량수요자의선택에따르며, 대량수요자가일반도시가스사업자로부터배관으로가스를공급받을경우 에는탱크로리공급을철회한다. 4. 공사의생산기지로부터 20 킬로미터이내에있는지역또는배관설치가불가한육지와교량으로연결된도 서지역을공급권역으로하는일반도시가스사업자 * " 지식경제부령으로정하는대량수요자 " 란 1 월 10 만세제곱미터이상의천연가스를배관을통하여공급 받아사용하는자, 2 발전용 ( 시설용량 100 메가와트이상 ) 으로천연가스를사용하는자, 3 액화천연가스 저장탱크 ( 시험 연구용으로사용하기위한용기를포함한다 ) 를설치하고천연가스를사용하는자 -144-

157 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 (3) ' 석유및석유대체연료사업법 ' 에석유대체연료로바이오가스반영국내에너지이용관련대표적인법안이 석유및석유대체연료사업법 이라할수있다. 동법제2조 11 항의 " 석유대체연료 " 라함은석유제품연소설비의근본적인구조변경없이석유제품을대체하여사용할수있는연료 ( 석탄및천연가스를제외한다 ) 로서대통령령이정하는것을말한다 라고정의하고있으며, 동법시행령제5조석유대체연료의종류제 6호에보면 그밖에에너지이용효율의향상을위하여이용보급을확대할필요가있고사용기기 [ 자동차또는이와비슷한내연기관, 보일러및노를말한다 ] 에적합한품질과성능및안전성등을갖추고있다고인정하여지식경제부장관이관계행정기관의장과협의하여지식경제부령으로정하는연료 라고정의하고있다. 이러한규정을근거로 바이오가스 의석유대체연료로서의활용가능성이검토된다. 즉시행령에서명시하고있듯이바이오가스의에너지이용효율향상을위하여보급확대가필요한연료라할수있을것이다. 따라서, 바이오가스의이용촉진을위해서는 석유및석유대체연료사업법 에대체연료로명시함으로서수요처를다각화하여야이용및보급의확대에기여할수있을것으로사료된다

158 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 2. 활성화를위한인센티브방안 가. 생산단계에서의방안 (1) 폐기물에너지생산시설설치시설치보조금지급및확대최근유기성폐기물의처리와관련하여해양배출의기준이강화되고있으며, 정부의기후변화협약대응대책의강화로폐기물의에너지화가더욱절실한상황이다. 폐기물즉바이오매스의에너지화는이미선진국에서는실증단계를넘어상용화단계에있으며, 국내의경우에도일부분야에서는이미상용화단계에있다. 따라서, 이러한국내외정세를고려할때폐기물에너지시설은국책과제로추진함이타당할것이다. 그러나현재까지도폐기물에너지시설에대한인식부족과함께그간전통적으로추진되어오던폐기물처리시설과비교하여재정적인정부의지원이부족한것으로판단된다. < 표 6.2-1> 환경및신재생에너지시설관련정부의국고보조금지원현황 구분지원분야지원규모 음식물류폐기물바이오가스화시설총사업비의 30% 환경부 생활폐기물소각시설총사업비의 30% 하수슬러지자원화시설총사업비의 70% 지식경제부 지자체 가축분뇨자원화시설 총사업비의 80% 타당성조사등기반구축사업 용역비 100% 신재생에너지시설 공사비의 70% 민간시행 총사업비의 80% 특히, 폐기물에너지는국가신재생에너지생산량에서약 76.1%( 06 기준 ) 41) 정도로대부분을차지하고있으며, 경제적인측면에서도태양광, 풍력등의신재생에너지원보다유리함에도불구하고정부의재정적지원에서는오히려불리한측면이있다. 따라서, 지자체국고보조시폐기물에너지화시설설치사업에대해예산을우선적 41) 녹색성장과기후변화대응을위한 폐자원및바이오매스에너지대책 ( 환경부, ) -146-

159 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 으로지원하고, 민간처리업체의공동에너지화시설설치시에도금융및세제지원을추진할수있는방안을강구해야할것이다. 또한, 신재생에너지보급확대사업의형평성을고려하여지식경제부에서추진하고있는폐기물과관련된민간부분의재정지원사업은환경부로일원화하여추진함이제안된다. (2) 현실성있는발전차액제도적용정부에서는국내신재생에너지의보급확대를위하여발전차액제도를운영하고있다. 발전차액제도는신재생에너지로부터생산되는전력가격이정부에서고시한가격보다적을경우차액을보상하는제도이나, 폐기물로부터생산되는폐기물소각및바이오에너지의차액제도가태양광등에비하여상대적으로불리한측면이있다. 현재바이오에너지중사업이가장활발하게진행되고있는매립가스 (LFG) 발전의경우발전차액은 68.07~74.99/kWh 이며바이오가스를활용한발전은 72.73~85.71 원 /kwh, 그리고폐기물고형연료발전요금은고정요금없이 SMP+5 원으로정하고있다. 그러나선진국인독일의기준 42) 과비교하여보았을때큰차이를보이고있으므로국내민간분야의바이오에너지활성화를위해서는고형연료발전및바이오가스발전에대한보조금지급에대해충분한검토를거쳐확대지급하여야할것으로판단된다. 또한, 국내발전차액제도의대상이되는폐기물에너지사업의경우대부분정부의재정적지원하에추진되고있으나정부의무상지원금비율이 30% 이상인경우동제도의지원을받을수없는문제점을안고있다. 따라서이러한제한비율을상향조정하는경우보다많은폐기물에너지화사업유도가가능하고아울러유기성폐기물에너지제품의이용보급촉진에기여할것으로판단된다. 42) 독일의경우 kwh 당 120 ~ 150 원수준인것으로파악 -147-

160 제 6 장폐기물에너지제품이용 보급촉진방안 < 표 6.2-2> 정부의발전차액제도현황, 에너지관리공단신재생에너지센터 태양광발전 태양광외발전 < 별표 1-2>: 적용대상전원의적용기준및기준가격 ( 이후 ) 전원 적용설비용량기준 구분 기준가격 ( 원 / kw h) 고정요금 변동요금 비고 풍력 10 kw이상 감소율 2% 수력 폐기물소각 (RDF 포함 ) 바이오에너지 해양에너지 연료전지 LFG 바이오가스 바이오매스 5 MW이하 일반 기타 1 MW이상 SMP+15 1 MW미만 SMP+20 1 MW이상 SMP+ 5 1 MW미만 SMP MW이하 - - SMP+5 50 MW이하 50 MW이하 조력 50 MW이상 20 MW이상 SMP MW미만 SMP kw이상 SMP kw미만 SMP MW이하목질계바이오 SMP kw이상 최대조차 8.5m 이상 최대조차 8.5m 미만 방조제유 방조제무 방조제유 방조제무 바이오가스이용 기타연료이용 화석연료투입비율 : 30% 미만 감소율 3% 주 1) 기준가격의적용대상은정부무상지원금의지원비율이 30% 미만에한하며신에너지및재생에너지개발 이용 보급촉진법제 12 조제 2 항에의한의무화대상으로설치된설비는기준가격의적용대상에서제외한다. 2) 화석연료투입비율은월단위를기준으로하며, 발전에소요된열량에대한화석연료의열량비율임. 3) 풍력, 연료전지의발전차액지원개시일별기준가격은별표 2 와같음 4) 수력의일반은수력발전을주목적으로하는설비이며, 기타는수력발전이부가적인목적의설비임. 주 1) 기준가격보장기간 (15 년 ), 태양광은 20 년중선택가능 ('08.10 부터 ) 주 2) 발전원별적용용량한계 : 태양광 (500MW), 풍력 (1000MW), 연료전지 (50MW) -148-