6.2.1 폐기물에너지의장단점 장점 - 20 년이상기술개발경험에의한경쟁력이갖춰져있어다른신재생에너지에비해단기간내에상용화가능 - 타신재생에너지에비해폐기물자원이지속적으로생산되므로경제성이매우높음 - 폐기물로인한환경문제, 지방자치단체와산업체의폐기물처리에따른비용절감 - 온실가스저감 ( 고형연료 0.21 TC/ton, 열분해유화 0.48 TC/ton, 가스화 0.47 TC/ton, 소각열회수이용 0.19 TC/ton) 단점 - 핵심적인원천기술및축적된노하우부족 - 종합적인폐기물처리및재활용등관리체제미흡 - 폐기물관련업계의영세성으로기술개발및투자가활발히진행되지않음 - 2 차공해우려 우리나라의문제점 - 재정적, 제도적지원부족 - 수도권등청정연료사용지역에서폐기물고형연료사용을불허 - 미성형고형연료불인정및품질기준의부재, 바이오가스정제연료품질기준부재등폐기물에너지화촉진을위한제도적, 정책적기반취약 - 선진국대비기술수준 50~65% 로수요시장확대및품질확보에애로
6.2.2 국내폐기물에너지분야의전망 전세계적으로신고유가시대에직면 EU 는총에너지소비량의 6% 를신재생에너지로대체, 2010 년까지 12% 달성목표 우리나라 2020 년까지가용폐기물 100% 에너지화목표 2012 년까지 3 조 2408 억원의예산을투입, 고형연료화시설, 바이오가스화발전시설등폐기물에너지화시설설치방안추진중 6.2.3 폐기물고형연료 RDF(Refuse Derived Fuel) - 폐기물에서얻어지는연료 - 폐기물에함유된수분과금속류, 유리등의불연성분을건조, 파쇄, 선별등공정을통해제거한후가연성분만을성형등의과정을통해가공하여만든고체연료 - 석유, 석탄등화석연료고갈에따른에너지공급불안, 지구환경문제, 자원의효율적이용이라는관점에서중요
국내 RDF 제조기술 - 외국기술을직접도입하는수준을넘어국내폐기물실정에맞는 RDF 제조설비를자체적으로개발하여 RDF 생산할수있는단계 - RDF 기술확산필요 - 폐기물에너지회수율극대화가능 - 생활폐기물의경우소각에비해저렴하므로연료로서경제성뛰어남 - 고품질저공해 RDF 를생산할수있는탄화기술, RDF 전용발전소, 석탄혼소발전등기술개발및보급필요 6.2.4 고형연료화기술 폐기물을파쇄, 선별, 건조, 성형공정을거쳐서석탄과비슷한고체연료를만드는것 생활폐기물로만든 RDF 는발열량이 3,500~5,000kcal/kg 정도로국내산무연탄과유사 2011 년기준 자원의절약과재활용촉진에관한법 에는 RDF, RPF, RDF(Tire Derived Fuel) 및 WCF(Wood Chip Fuel) 등 4 종류의폐기물고형연료제품이재활용연료로정해져있고각각의품질기준과사용처기준등도정해져있음 고형연료화기술은에너지함량이높은물질을대상으로하므로, 도시폐기물을이용하기위해서는복잡한전처리공정과연소설비필요
RDF 의분류 ( 표 6.5) - RDF-1~3 : 가공을하지않았거나, 단순가공을한소각용폐기물에가까움 - RDF-4~7 : 연료형태를갖추어화석연료와같이수송하거나저장이가능하며, 산업용연료로서충분한가치가있는연료 장점 - 기존석탄이용시설에큰변화없이사용가능, 열효율조절가능, 석탄의 1/3 가격 - 처리에서도소각에비해설치비적고, 배출가스가적어민원발생소지가적음 - 폐기물처리의유효이용성높이고, 기존의화석에너지절감효과가큼 표 6.5 ASTM 방식에의한 RDF 의분류 분류약칭종류별정의 RDF-1 대형폐기물만을제거한통상의폐기물로서연료로이용이가능한것 RDF-2 RDF-3 RDF-4 RDF-5 Coarse-RDF (C-RDF) Fluff-RDF (F-RDF) Powder-RDF (P-RDF) Densified-RDF (D-RDF) 150 150mm 규격의스크린통과분 95% 의입도로선별된폐기물 ( 불연성물질분리여부에무관 ) RDF-6 Liquid Fuel 폐기물로부터얻어진액상연료 RDF-7 Gaseous Fuel 폐기물로부터얻어진기체연료 50 50mm 통과 95% 의입도로분쇄하여불연성물질을제거한것 10 mesh(2 mm) 스크린통과 95% 의입도로분쇄한후와불연성물질을제거한것 폐기물을분쇄한후 Pellet, Cube 및 Briquette 상으로압축성형한것
6.2.5 RDF(Refuse Derived Fuel) 가. RDF 제조공정 선별, 파쇄, 건조, 성형공정으로구성 1 선별 : 원료로사용되는폐기물을 RDF 생산에알맞게하고사용목적에지장을주지않도록유리, 금속등의불연물을풍력이나자력혹은인력으로선별 2 파쇄 : 건조와성형이잘될수있도록원료의크기를균일하고작게파쇄혹은분쇄 3 건조 : 열풍과같은고온의열원으로원료를가열하여원료속의수분을증발 4 성형 : 이동하거나저장하기편리한형태로성형 일반적으로질을높이기위해부분공정을 2,3 중으로반복하며, 제작사에따라공정순서를다르게변경하기도함
나. Fluff RDF( 비성형고형연료 ) 제조공정 미국 Fluff RDF 제조기술발전 ( 그림 6.21) - 수거된폐기물을최적연소조건에적합하도록 1 차전처리하여에너지생산의연료로이용 1 수거된폐기물을 1 차파쇄하고음식물등 6cm 이하의수분이많은유기성폐기물분리하여발효공정으로보내서유기질비료또는가축용사료생산 2 유기성폐기물이분리된폐기물은풍력을이용한비중차선별기, 자석분리기, 알루미늄분리기를거치면서금속류와비철금속을분리하여재활용센터로보냄 3 최종적으로음식물등유기성폐기물과금속류등불연성물질이분리된폐기물은다시파쇄하여 fluff 형태의 RDF 를생산하여에너지생산설비연료로사용 이탈리아 Romellina 에너지리사이클링 WTE 설비도비슷한시스템적용 - 폐기물처리량연 20 만톤, 1 개예비라인포함 3 개의폐기물분리및 RDF 생산라인설치되어가동중 - 하루 700 톤의폐기물로부터유리및유기물, 유가금속등을분리하고수분을제거하여투입량의 60% 정도인약 450 톤의 RDF 를생산 - 생산된 RDF 크기는 98% 가 90mm 이하인 fluff 형태이며발열량은 3,000kcal/kg 로 17MW 급의발전기구동을위한연료로이용
그림 6.21 Fluff RDF 의제조공정
다. RDF 시설의국내외동향 (1) 국내 1990 년대후반부터기술개발이추진돼실사용규모의 RDF 생산설비가 2006 년부터가동중이며, RDF 연소용보일러설비와 RDF 전용발전시스템에대한기술개발진행중 원주시 - 2006 년 10 월부터국내최초로 80 톤 / 일규모 (16 시간운전기준 ) 생활폐기물 RDF 플랜트가동, 약 6,000 toe/ 년의에너지생산되며, 시멘트공장과건물냉난방보일러연료등으로사용 남해군생활폐기물전처리시설 (MBT) - 바이오컨에서미생물발효를기초로생활폐기물을재활용, 감량하는기술적용 - 남해군생활폐기물 15 톤 / 일처리 - 전처리시설은생활폐기물을기계적, 생물학적처리를통해물질을재활용하고, RDF, 고철등으로선별, 재활용, 나머지매립 고형연료사용연소시설 - 시멘트소성로, 고형연료제품전용발전소및 10MW 이상인화력발전소, 석탄사용량 2 톤 / 시간이상인지역난방시설, 산업용보일러제철소 - 고형연료제품사용량이 400kg/ 시간이상인전용보일러시설또는 200kg/ 시간이상이고연속적으로가동하는전용보일러시설, 그밖에환경부장관이고형연료제품의사용에적합하다고인정하여고시하는시설
그림 6.23 원주시생활폐기물연료화시설공정
(2) 국외 1 미국 지난 1970 년대초부터 RDF 시설가동, 최대 2,000 ton/ 일 석탄발전소, 시멘트킬른등에서사용 RDF 제조플랜트와발전소가동일한장소에있는일체형플랜트가대다수 대체적으로폐기물고형연료, 열분해유화, 폐기물가스화시장은본격화되지않았거나정체상태이지만장기적으로는주로발전용으로폐기물에너지시장활성화될것으로전망 2 일본 1990 년대중반부터 RMJ 방식으로 1 만 5 천 ~2 만톤 / 일규모의 RDF 를생산 5 개의대용량 RDF 전용발전소를 2000 년대초반부터건설해운전중 생활폐기물이연간약 5 천만톤정도배출, 소각 75%, 매립 15% 정도처리 생활폐기물, 사업장폐기물을합하여약 190 여개 RDF 플랜트, 다수 RDF 발전소가동중 생활폐기물 RDF 플랜트건설비의약 25% 환경청에서국고보조, RDF 발전소경제산업청에서 25% 국고보조 1990 년대중반중소도시소각로에서다이옥신이문제가됨에따라중소형소각로를 RDF 시설로대체하고생산된 RDF 를 RDF 발전소와같은대형시설에일괄적으로모아서사용하는광역화처리개념을정하여실시 이후 RDF 시설이급증하여 2003 년기준으로 57 곳의생활폐기물 RDF 생산시설과 5 곳의생활폐기물 RDF 전용발전소가가동중 사업장폐기물 RDF 포함약 500MW 정도 RDF 발전
표 6.5 일본 RDF 전용발전소현황 사업주체 참가시정촌수 이바라키현미에현후쿠오카현이시가와현히로시마현 카시마공동자원화센터 ( 주 ) 3 시정촌, 75 사 미에현기업청 26 시정촌 (RDF 7 개소 ) 오오무타시리싸이클발전 ( 주 ) 29 시정촌 (RDF 7 개소 ) 이시가와북구 RDF 광역처리조합 24 시정촌 (RDF 5 개소 ) 후쿠야마리싸이클발전 ( 주 ) 15 시정촌 (RDF 7 개소 ) RDF 전소능력 200 t/d 240 t/d 315 t/d 160 t/d 314 t/d 발전능력 3,000 kw 12,050 kw 20,600 kw 7,000 kw 20,020 kw 발전효율 17.5% 28% 약 30% 약 21% 28.1% 전소로형식 킬른스토커 외부순환유동상 내부순환유동상 유동식가스화용융 샤프트로형가스화용융 제작업체 히타치조선 가와사키중공업 히타치조선 JFE 엔지니어링 저장사일로 옥내피트 (1,070m 3 ) 옥내피트 사일로 (1 기 ) (14,000m 3 ) 사일로 (2 기 ) (5,000 2 m 3 ) 사일로 (2 기 ) (10,000 2 m 3 ) 오무타시 - 석탄산업광업도시이며, 교통중심지 - 생활폐기물을 5 종 ( 타는쓰레기, 타지않는쓰레기, 자원화, 대형, 유해물질 ) 으로구분 - 생활쓰레기 : 화장실쓰레기별도수거등여러제도및규칙정해놓고있음 - 오무타시유동층방식 RDF 발전설비 - RDF 생산 : 반입 파쇄 건조 선별 분쇄 성형 냉각공정
3 유럽 MBT 를통해전처리없이매립되던도시고형폐기물 (MSW) 로부터악취, 침출수및매립가스 (Greenhouse gas) 등 2 차환경오염을줄이고매립량감소를통하여매립장사용수명연장과지구온난화가스저감등다양한효과를얻음 생활쓰레기에 MBT 를적용하여얻은생분해성물질의 Bio-Gasification(BA) 및가연성폐기물 RDF 를석탄및석유등화석연료를대처할수있는가장확실한에너지원으로인식하여 MBT 에대한다양한연구과사업화진행중 오스트리아, MBT 에서 180 만 ton/yr 이상의 RDF 가제지, 목재생산공정이용 벨기에, MSW 로부터 40~50% 정도를 RDF 로생산 (27 만톤 ), 주로시멘트공장에서이용 네덜란드 - 생활폐기물에서물리적으로분리된종이및플라스틱등으로 13 개공장에서 RDF 생산 (70 만톤 /yr) 하여전력생산, 가스화공정등에이용 - GAVI Wijster 폐기물재활용시설 ( 그림 6.28) 전처리선별과정에서불연물과유기물, 금속류등을재활용물질로회수하여소각에부적합한물질을최대한제외하여소각효율향상 MBT 를청정개발 (CDM) 과연계 ( 매립시발생되는온실가스감축 ) 생산된 RDF 를 EU 국가간교역
그림 6.26 EU 의 MBT 처리시스템
그림 6.28 Gavi Wijster 폐기물종합처리장처리계통도
스페인, 4 가지형태로폐기물연료를분류하여이용하고주로시멘트공정에이용 이탈리아, 주로 MBT 공정에서 97 만톤 /yr 의 RDF 생산되어시멘트킬른에사용 독일, 영국, 이탈리아등, 유기성폐기물처리공정과 RDF 공정이결합된 MBT 90 기이상가동중 독일 Neumuenster 시의 MBT+RDF/ 석탄혼합발전시설 (2005 년 5 월가동시작 ) - 반입폐기물은파쇄와자력선별을거쳐드럼선별기에서 80mm 를기준으로가연성위주가볍고입도가큰 RDF, 유기물과무겁고작은생물학적처리대상물질로분리 - 생물학적처리대상은전량호기성퇴비화시설로유입되어 4 주간유기물분해후 2 차선별과정을거쳐약 25% 매립 - RDF fluff 는전체반입량의약 50% 정도로회수되어압축후도시중심에있는열병합발전시설로이송되어에너지생산 - 이송된 RDF 를저장벙커에서압축해지한다음순환유동상보일러연소실로투입하여소각하고이열을이용해발전및여열을회수하여전기와난방공급 - 생활폐기물 RDF 를기준으로하여연간 150,000 톤처리, 6,500,000kWh 전기생산 (16,000 가구전기공급 ) - 100% 유연탄, 100% RDF 소각가능하도록설계
그림 6.30 MBT 시설의공정구성
이탈리아로멜리나시의 MBT+RDF 발전소 (1995 착공, 1998 가동 ) - MBT(RDF 생산 ) 와순환형유동상소각 ( 발전 / 난방 ) 의복합처리방법 - 생활폐기물을반입, 생분해성물질은호기성안정화를거쳐매립지복토재로활용 - 가연성물질회수하여 RDF fluff 로저장, 이를연료로하여에너지 ( 전기, 열 ) 생산및판매 그림 6.32 이탈리아모멜리나 MBT+RDF 발전소시설구성
그림 6.33 이탈리아로멜리나 MBT+RDF 시설공정도
라. RDF 국내기술개발동향 RDF 제조국내연구는 1980 년대부터시작되었으나본격적연구는 1990 년대중반부터임 서울난지도매립장 1,500 톤 / 일규모대형 RDF 제조시설건설 (1983~1988) : 덴마크 I. Kruger 사로부터도입 - 잠실운동장배출폐기물 RDF 화가능 - 일반생활폐기물 RDF 화실패 : 당시생활폐기물연탄재 30% 이상차지, 고함수율 한국기계연구원, 고함수율의음식물쓰레기포함생활폐기물대상으로 RDF 기술연구 고려자동화, 국내최초 RDF 제조공정개발 - 폐기물투입, 1 차선별, 건조, 2 차선별, 성형, 냉각시스템으로구성 - 수거된생활폐기물은파봉하여캔을분리하고자력에의해금속류를분리하고파쇄기거쳐건조기에유입하여수분건조 - 건조된폐기물은풍력선별에의해유리, 도기류등불연성분분리후철금속을분리하여전처리완료 - 폐기물에석회석을혼합, 성형기에공급하여일정형태의 RDF 생산 - 고온, 고압에서성형이이루어지므로생산된 RDF 를냉각과정을거쳐실온보관
그림 6.35 고려자동화의폐기물고형연료제작공정
원주생활폐기물 RDF 제조플랜트 - 위시설후속으로고효율선별기및 Ring-Dies 식성형기등개발되어현재상용운전중 - 건조가스부분순환기술, 밀폐형풍력선별기 ( 비산먼지배출방지 ), 고효율 Ring-dies 성형기술등 - 건조배가스악취는고온열풍으로분해처리 - 고온폐열을회수하여연소공기예열및건조배가스승온 그림 6.36 Ring-dies 방식성형기
RDF 연료이용기술 - 석탄화력열병합발전소 RDF 10% 혼소기술상용화 - 1 MW 규모순환유동층 RDF 발전보일러개발, 10MW 개발중 - 400kg/hr 급무한궤도화격자식 RDF 보일러개발, - 한국기계연구원, 하수슬러지 /RDF 혼소유동층소각로, RDF 전용유동층소각로개발중 - 한국에너지연구원, 스토커형소형 RDF 소각로개발중