3 rd International Symposium on Feedstock Recycling of Plastics & Other Innovative Plastics Recycling Techniques 3년마다플라스틱, 바이오매스등의재생기술에관해전세계관련연구자들이모여발표및토론하는심포지움으로올해 3차심포지움이독일칼스루헤에서열렸다. 특히본심포지움은일본에서스폰서를하여서인지일본연구자들이반수이상을차지하였다. 한국에서도 6명의연구자가참여하였다. 일요일첫날등록후, 월요일부터수요일까지학회발표가진행되었다. 총발표된논문은 plenary lecture 7편, 구두발표 32편, 포스터발표 53편이었다. SESSION: Feedstock Recycling, mainly by Techniques such as Pyrolysis or Solvolysis - Plenary Lecture 제목 : Promotion of monomer recycling in Japan for bridging over reality and vision 연구자 : A. Oku, Research Institute for Production Development, Japan 석유자원의수명을연장하고화학산업에서장기간고갈되지않고지속가능한유기자원의수요를충족시키기위하여 자원 이라는개념의재정의를시도하였다. 본강연에서제시된새로운자원의개념은플라스틱폐기물과플라스틱폐기물, 화석연료자원, 바이오매스에서생산되는단량체의재생에집중된다. 따라서단량체를재생하는기술을강조하는사회적네트워크를이루는것이필요하다. 이러한사회적네트워크의장점은다음과같다. - 재생된단량체를위한화학시장은원료플라스틱만큼넓다. - 재생을방해하는불순물문제가해결가능하다. - 고분자를단량체로전환하는화학기술의 prototype 이알려져있다. - 폐기물로부터원료와같은플라스틱으로재생시킨다는관념은우리의생활스타일을변화시킨다. - Carbon neutral 회로에기반을둔바이오매스-플라스틱산업들의단순한정책은포기되어질것이고더나은정책들이개발될것이다. 아래표는본강연에서제시되는새로운개념을사용하여기존의유기자원을재정의한것이다.
제목 : Current status on recycling of plastics in Japan-Feedstock recycling under C&P recycling law 연구자 : H. Katsumata, Plastic Waste Management Institute, Japan Plastic Waste Management Institute 는액화, blast furnace reducing agent, coke oven chemical feedstock 등이포함된폐플라스틱재활용을위한다양한기술들을개발하였다. 이들기술들은 C&P 재활용법을준수하기위하여개발된것이다. 원료재활용은현재법아래에서 PET 병을제외한모든폐플라스틱을재활용하는데기여하고있다. 재활용기술을더욱더다양화시킴으로써재활용용량을증가시키는것이현재필요하다. 이를위해서열적회수와연료사용을위한재활용이가장중요한위치를차지한다. Plastic Waste Management Institute 는이러한기술을계속개량하고있으며거기에맞는 LCA 연구도계속진행중이다. - Oral Presentation 제목 : Pyrolysis oil of plastic wastes 연구자 : M.. Blazso, Hungarian academy of sciences, Hungary 다양한플라스틱폐기물은열분해에의하여저분자량의열분해오일로분해된다. 이들열분해오일은탄소와수소의함유량이높기때문에열량이매우높다. 그러나산소와질소를
함유한플라스틱의열분해는품질이낮은오일을생산하게된다. 또한열분해오일의안정성과청정성같은여러다른특성들도진지하게고려해야한다. 포장, 자동차, 가전제품등다양한분야에서얻어지는열분해오일의품질을파악하기위하여이들의화학적, 물리적특성간의상관관계가잘분석되어야한다. 특히플라스틱의화학적조성과열분해오일간의관계는직접적이지않은것으로여겨진다. 대신대부분의열분해오일은원료와열분해경로에크게의존하였다. 열분해오일의정성적분석결과, 상당량의오염물질과오염물질전구체를가지고있는것으로나타났다. 또한반응성물질이다수포함되어오일의불안정성을야기하는것으로판명되었다. 그러나제올라이트등을이용한개질반응을통하여오일의안정성을증가시킬수가있다. 또한오일의불안정성을야기하는성분을제거하여안정성을증가시킬수도있다. 예를들어 PET 열분해오일의 decarboxylation 을통하여오일의휘발성과에너지함유량을증가시켰다. 제목 : Development of waste plastics liquefaction technology, feedstock recycle in Japan 연구자 : M. Shioya et al., Sapporo Plastics Recycling Co., Japan Sapporo Plastics Recycling(SPR) 사는 PVC 와 PET 를포함한도시생활폐기물을액화하는공정을개발하였다. SPR 사의시스템은연간도시생활폐기물 14,800 톤을처리하도록설계되었으며 2000 년부터운전에들어갔다. Rekisekiouyu 사의시스템은처리용량이 6,000 톤이고 1999 년부터운전되고있다. SPR 사의시스템은기존에문제되었던 PVC, PET 의분해가스에의한부식문제를해결하였으며 2000 년이후로연간 15,000 톤의오일을생산하고있다. 도입된플라스틱의 70% 가량이열분해유로전환된다. 열분해유는다시경질유, 중간유, 중질유로다시정제된다. 중간유와중질유는공장근처의민가에연료로공급되고경질유는정유산업의원료로공급된다. SESSION: Synthesis gas production by means of gasification or of partial oxidation - Plenary Lecture 제목 : Feedstock recycling of polyethylene-wood mixtures by gasification 연구자 : J.M.N. van Kasteren et al., Eindhoven University of Technology, Netherlands 본논문은폴리에틸렌과나무혼합물을가스화반응을이용하여합성가스를생산하는것이다. 생산된합성가스는직접발효를통하여에탄올로전환된다. 따라서가스화반응을이용하면모든종류의생물학적원료로부터에탄올을생산할수있게된다. 또한얻어진에탄올은연료로이용될수있다. 가스화실험은유동층을이용하였고반응온도는 800-950 o C 였다. 이러한다양한반응조건하에서발효에적당한합성가스최적조성을찾고자하였다. 나무만사용한경우혹은소량의폴리에틸렌이첨가된나무의경우, 탄소전환율은온도에따라
증가하였다. 그러나폴리에틸렌의농도가높아지면반대경향을나타내었다. 15wt% 정도의소량의폴리에틸렌을첨가한원료의경우가장높은전환율을나타내었으며시너지효과도상당하였다. 이것은폴리에틸렌의가스화반응보다많은수소를생산하고결국이러한수소가바이오매스로부터유래되는촤를가스화하는것으로여겨진다. 폴리에틸렌의농도가높아지면탄소전환율은감소하였다. 이는폴리에틸렌이많은양의촤와타르를생산하기때문인것으로여겨진다. 수소의조성은온도와폴리에틸렌의양에따라증가한다. 반면 CO 의조성은그반대이다. CO 와수소를결합한합성가스수율은폴리에틸렌이소량첨가된나무의가스화반응시얻어졌다. 나무는산소를함유하고있고따라서최대합성가스수율은 1000 o C 이상의고온에서얻어진다. 이때타르의생산도가장적다. 결론적으로발효공정을위한합성가스생산의최대온도는 1000 o C 이상의고온으로판명되었다. - Oral Presentation 제목 : Gasification of waste plastics by steam reforming 연구자 : T. Tsuji et al., Hokkaido University, Japan 본연구는수증기개질을이용하여폐플라스틱으로부터합성가스를생산하는공정에관한것이다. 이공정은 2 단계로구성되어있다. 첫단계는폐플라스틱의액화이고다음단계는첫단계로부터얻어진경질유를수증기개질하는것이다. 수증기개질은흡열반응이므로, 반응열은첫단계에서발생하는중질유의일부분을연소함으로써얻을수있다. 이러한공정은가스화온도를기존의부분산화방법에의한것보다낮게감소시킬수있다. 비록탄화수소의수증기개질에대한많은연구결과가보고되고있지만, 플라스틱에서생성된오일의개질에대해서는보고된바가별로없다. 본연구에서는 LDPE 와 PS 에서얻어진오일의수증기개질에대해조사하였다. 수증기개질은작은고정층반응기와작은유동층반응기를이용하여수행하였다. 사용된촉매는 Ni/Al 2 O 3 이다. 고정층반응기에서는코킹문제가고정층입구에서심각하였다. 반면유동층에서는촉매가균일하게퍼져있기때문에코킹문제가거의없었다. 얻어진가스는수소가주성분이었으며그양은 LDPE 의경우 72%, PS 의경우 66% 였다. 제목 : A study on the characterization of vacuum residue gasification in an entrained-flow gasifier 연구자 : Y.C. Choi et al., Korea Institute of Energy Research, Korea 현재한국의정유사들은약 200,000 bpd 의진공잔사유 (vacuum residu oil) 를생산하고있다. 이들잔사유는아스팔트나고황연료유에공급된다. 고황연료유는오일잔사와경질디스틸레이트를혼합하여상업적규격에맞는오일특성을갖게하여제조된다. 진공잔사유는높은에너지양을가지고있으나높은점도, 높은황함량, 높은중금속함유량의단점으로인해연료의품질이낮다. 따라서이를가스화시키는것은훌륭한대안이될수있다. 현재 20 개이상의상업용 IGCC 공장이진공잔사유를원료로하여가스화를한다. 본연구에서는 1 ton/day 의 entrained-flow 가스화기를이용하여온도, 점도, 압력, 산소 / 잔사유비,
수증기 / 잔사유비등의운전변수를조사하였다. 결과적으로, 다음과같은조건이제안되어졌다. 온도 : 1250-1350 o C 열량 : 2000-2500 kcal/nm3 합성가스조성 : 80-85% 산소 / 잔사유비 : 0.8-1.0 수증기 / 잔사유비 : 0.4-0.5 SESSION: Life cycle assessment and risk management in plastic recycling - Plenary Lecture 제목 : Strategic solid waste management for sustainable society 연구자 : M. Tanaka, Okayama University, Japan 정책결정자를도와주기위하여 WLCC(Waste LCC) 와 WLCA(Waste LCA) 에기반을둔전략적고형폐기물관리를위한계획도구 (planning tool) 를개발하였다. 개발된계획도구의얼개 (framework) 는아래그림과같다.
고형폐기물관리는인간생활의한부분이고생산과소비패턴에강한영향을끼친다. 또한환경에도영향을미치고이는인간생활에장기간으로영향을미친다. 이러한시스템에대한나쁜영향을감소시키기위하여, 폐기물관리를국제적으로할필요가있고이는지속가능한사회를달성하기위해서도중요하다. 제목 : Effect of dissolved organic matter on behavior of toxic organic compound in landfill site pore water 연구자 : T. Kose et al., Okayama University, Japan 시멘트고형재와 shredder dust 는일본국내폐기물의주요한성분이되고있다. 시멘트고형재는다양한중금속과 PAH, 다이옥신같은유독한물질들을함유하고있다. Shredder dust 에있는폐플라스틱은비스페놀, 알킬페놀, dioxane 같은유독유기물질을함유하거나생산한다. 이들화합물들은물에대한용해성이높아서침출수에서자주검출된다. 반면 PAH 나다이옥신은용해도가낮아서침출수에서검출되는일이거의없는것으로여겨졌다. 그러나용해된유기물질이존재할때 PAH 의물에대한용해도가크게증가하는것으로보고되었다. 즉 PAH 가용해된유기물질에녹아들게되고외관상물에대한용해도도따라서증가하게된다. 특히침출수에는용해된유기물질의양이매우높기때문에 PAH 가침출수에존재할가능성이매우크게된다. 따라서본연구는매립지침출수에서용해성유기물질이 PAH 의거동에미치는영향을알아보는것이었다. 그결과 PAH 가용해된유기물질에완전히흡착하지는않고일부가흡착하여용해도를증가시켰다. SESSION: Energy derived form plastics, rubber and other high calorific waste systems - Plenary Lecture 제목 : Feedstock recycling and energy recovery to benefit from heterogeneous contaminated plastics rich waste 연구자 : H. Kraehling, tecpol GmbH, Germany 많은유럽에서잘정리되고깨끗한플라스틱으로부터에너지를회수하거나기계적재활용을하는것은잘확립되어있다. 그러나비균일하고오염된플라스틱에서에너지회수등은잘이루어지지않고있으며이들대부분은매립등에의해서처리된다. 그러나차량과전자제품에서발생되는비균일 / 오염플라스틱의처리에대한규제가최근강화되고있어이들을매립이외의방법으로처리하는기술개발이필요하다. Tecpol 사는이러한차량과전자제품폐플라스틱을처리하기위해설립된회사로다음과같은일을수행하였다. - 발생하는폐기물의양과품질에대한정보제공 - 폐기물회수를위한기술개발및지원 - 폐기물처리를위한네트워크구성
특히본강연에서는다음과같은관점을강조하였다. - 에너지회수와재활용을위해투입되는비균일플라스틱의양 - 비균일 / 오염플라스틱을사용하여재활용과에너지회수를위한대규모장치의운전경험 - 시장에재생품목을공급할때의가능성과제한점 - Oral Presentation 제목 : Production of gaseous and liquid fuels by gasification or pyrolysis of plastics 연구자 : C.G. Jung et al., Universite Libre de Bruxelles, Belgium 1980 년이후전세계적으로고분자의사용은 3 배이상이되었다. 또한 LCA 분석은폐기물로부터얻어진폐플라스틱을재가공함으로써에너지와원료물질이절약되는것을보여주었다. 그러나혼합된폐기물에서 PVC, PE, PET 등과같은플라스틱을선별해서분류하기란쉽지않다. 이러한이유로상당량의플라스틱이매립되고있다. 매립의대안중의하나는가스화다. 그러나가스화를위해플라스틱을펠렛으로제조해야하는데이때의제조단가가비싸다는단점이있다. 다른대안은열분해이다. 열분해의장점은직접연소에비해생성가스의부피를엄청나게감소시키는데있다. 또한열분해공정에서는금속등을쉽게분리할수있고재도덜생긴다. 혼합플라스틱의열분해결과 2.9% 의촤, 75.1% 의오일, 9.6% 의비응축성가스를얻었으며, 이때오일의발열량은약 40 MJ/kg 이었다. 공기를사용한가스화에의해생성된합성가스는발열량이 4-6 MJ/m 3 로다소낮았다. 반면산소를사용하여가스화를한결과, 발열량은 8-14 MJ/m 3 로증가하였다. 최적의가스화는수증기를사용했을때얻어졌으며, 이때의값은 18 MJ/m 3 이었다. SESSION: Innovative techniques in mechanical recycling, including studies and experiences with the logistic and economic factors in collection and sorting, separation, processing, product specifications, as well as developing suitable outlets for the materials and products obtained -Plenary Lecture 제목 : Challenges of PVC recycling in Japan 연구자 : T. Sakauchi, Vinyl Environmental Council, Japan 일본에서는다른어떤플라스틱보다도 PVC 의기계적재활용이잘발달되어있다. 그러나대부분의 PVC 폐기물은다른물질들과섞여있어기계적재활용에한계를가지고있다. 따라서이와같은다양한형태의 PVC 폐기물의처리를위하여많은방법들이시도되었다. 그
결과다음과같은 3 가지중요한도전분야가존재함을알수있었다. - 염소의재활용 - 혼합폐기물의유효한이용 - PVC 내에있는중금속성분의재활용 - Oral Presentation 제목 : A study on DME synthesis from wasted plastics and woody biomass 연구자 : M. Yukumoto et al., JFE Holdings, Japan 본연구에서는폐플라스틱과바이오매스를사용한혼성시스템을이용하여 DME 를생성하였다. DME 는현재청정하고경제적인대체에너지로알려져있어많은연구가진행되고있다. DME 는천연가스, 석탄, 폐플라스틱, 바이오매스등다양한원료로부터제조될수있다. 또한 DME 는프로판과특성이비슷하여발전, 가정용, 디젤엔진연료등으로사용될수있다. 본연구에서는두가지시나리오에의해바이오매스로부터 DME 를합성하였다. 첫번째시나리오는하루에 40 톤의 bark 폐기물을공기로가스화시켜 DME 를생산하였다. 이때하루에 30 톤의 DME 와 3 MW 의전력이생산되었다. 두번째시나리오는하루 40 톤의 bark 폐기물과 60 톤의폐플라스틱을산소로가스화하는것이다. 그결과하루에 30 톤의 DME 를합성할수있었다. 제목 : Dry separation of actural shredded bulky wastes by fluidized bed technology 연구자 : Y. Kakuta et al., Hokkaido University, Japan 재활용과매립을하기위한폐기물의부피를줄이기위하여, 가구나작은가전기구같은폐기물들은보통분쇄가된후입자크기에따라가연성과비가연성으로분리된다. 가연성은소각되고비가연성은매립된다. 그러나분리효율이낮기때문에이러한분리법은소각로의클링커와매립에서안정화에문제를발생시킨다. 본연구에서는밀도차를이용한유동층분리법을적용하여분쇄된폐기물의분리성능향상을가져왔다. 제목 : Recovery options for plastic parts from end-of-life vehicles: An eco-efficiency assessment 연구자 : W. Jenseit, Oko Institue, Germany 본연구는환경영향과가격관점에서다양한기술들에대한평가도구를제공하는것이다. 이를위해현존하는데이터를분석하고전문가판단을완료하였다. 그결과얻어진결론들은아래와같다. - 매립은가장환경효율이낮다.
- Blast furnace, 합성가스생산, 시멘트킬른등의환경효율은연소와비슷한수준이다. - 기계적재활용은단량체플라스틱물질을대규모로쉽게다룰수있을때경쟁력이있다. - 기계적재활용에있어서분해비용이환경효율을결정짓는가장큰요소다.