목차 목 차 목차 ⅰ 표목차 ⅲ 그림목차 ⅳ Abstract ⅴ Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 연구내용및방법 2 1. 연구의범위및주요내용 2 2. 대상시설현황및연료화가능성평가 3 가. 대상시설현황 3 나. 목질계대체자원인 PKS 품질 4 다. 목질계대체자원인 PKS 연료화가능성

발간등록번호 11-1480523-002193-01 NIER-RP2014-352 수입바이오고형연료 (PKS) 제품의품질및 연료가능성연구 환경자원연구부폐자원에너지연구과 강준구, 김기헌, 이동진, 민지수, 조신영, 오길종 A studyonthepossibilitythatincomefuel Bio-SRF(SolidRefuelFuel) JunguKang,KiheonKim,DongJinhee,JiSu Min,ShinYoungJo, GiljongOh Waste-to-EnergyResearchDivision EnvironmentalResourcesResearchDepartment NationalInstituteofEnvironmentalResearch 2014 i

목차 목 차 목차 ⅰ 표목차 ⅲ 그림목차 ⅳ Abstract ⅴ Ⅰ. 서론 1 Ⅱ. 연구내용및방법 2 1. 연구의범위및주요내용 2 2. 대상시설현황및연료화가능성평가 3 가. 대상시설현황 3 나. 목질계대체자원인 PKS 품질 4 다. 목질계대체자원인 PKS 연료화가능성 4 3. 석탄화력발전시설혼소시환경성분석 5 가. 대기오염물질측정분석 5 나. 다이옥신측정분석 5 다. 소각재의다이옥신및중금속 ( 용출, 함량 ) 실험 6 라. 바이오매스함량시험 8 Ⅲ. 연구결과및고찰 10 1. 국내외고형연료제품정책및동향기초자료조사 10 가. 국내외고형연료제품관련정책 10 나. 오일팜산업현황 12 2. 팜껍질 (PKS) 연료화평가및품질검사결과 15 가. 팜껍질 (PKS) 연료화평가 15 나. 팜껍질 (PKS) 품질검사결과 16 ii

목차 3. 석탄화력발전소의바이오매스혼소연소시환경성분석 20 가. 대기오염물질분석결과 20 나. 다이옥신분석결과 23 다. 소각재중다이옥신및중금속검사결과 24 라. 투입원료에대한분석 27 마. 바이오매스함량분석 29 Ⅳ. 결론 30 참고문헌 32 iii

목차 표목차 <Table1>Majorcontentandrangeofstudy 2 <Table2>Outlineof"D"PowerPlant 3 <Table3>SelectiveDissolutionMethod 8 <Table4>SRFlawsinKorea 11 <Table5>Mainpurposeofoilpalm products 13 <Table6>AsiaregionalPKSpotentialby-productofoilpalm resources 14 <Table7>Domesticoilpalm plantationfarm ensurestatus 14 <Table8>CharacteristicofCoal,PKS,WCF,Hul,Ricestraw 15 <Table9>Afterthewatercontentofthewatertoimproveresults 17 <Table10>Resultsofqualityinspectionofpriorityarival,ship'sfirstarival 18 <Table11>Resultsofqualityinspectionofship'ssecondaryarival 19 <Table12> Analysisofairpolutantsin theexhaustgasin theelectrostatic Precipitatorshear 21 <Table13>AnalysisofairpolutantsintheexhaustgasintheChimney 22 <Table14>Concentrationofdioxinsinthepriorityarivalexhaustgas 23 <Table15>Concentrationofdioxinsintheship'sfirstarivalexhaustgas23 <Table16>Concentrationofdioxinsintheship'ssecondaryarivalexhaustgas 24 <Table17>Dioxinanalysisofpriorityarivalincinerationresidues 24 <Table18>Dioxinanalysisofship'sfirstarivalincinerationresidues 25 <Table19>Dioxinanalysisofship'ssecondaryarivalincinerationresidues 25 <Table20> Resultheavy metalcontentofflyash ofpriority arival,ship's firstarival,ship'ssecondaryarival 26 <Table 21> Resultheavy metalcontentofbotom ash of priority arival, ship'sfirstarival,ship'ssecondaryarival 26 <Table22> Resultheavy metalelution offly ash ofpriority arival,ship's firstarival,ship'ssecondaryarival 26 <Table23> ResultheavymetalelutionofBotom ashofpriorityarival,ship's firstarival,ship'ssecondaryarival 27 <Table24>Indisolutionprofiletestresultsofteraw material(coal,coal+pks) 28 <Table25>BiomasscontentofPKS 29 <Table26>Biomascontentoftheexhaustgasduringcoalalongandbiomasmixedcombustion29 iv

목차 그림목차 <Figure1>Distributiondiagram of"d"powerplant 4 <Figure2>Airpolutantmeasurement 5 <Figure3>Botom ashsampling 7 <Figure4>FlyashSampling 7 <Figure5>Biomasscontentoftheexhaustgasanalysis 9 <Figure6>RegionalSRFPolicysummary 12 <Figure7>Dryingapparatusforimprovedmoisture 17 v

Abstract Abstract Renewable energy portfolio standard(rps) is supposed to solve the situation by importing a variety ofbiomassthatcan replace wood from abroad tosolvethesupplyshortageduetothegrowingdemand forwood peletsin accordance with enforced.in thisstudy,among them oilpalm cultivation area ofthe world accounted for60% ofmalaysia s palm oil production in Indonesia,which isaby-productofpalm KernelShelwere imported.and CoalPowerPlantand the quality inspection and mixed combustionintofuelwhenburned inthepossibilityofpks,wasreviewed and draw conclusions aboutthe FuelCity EnvironmentalAnalysis (air polutants,dioxins,ashrecycling,etc.). Inthisstudy,throughthecomparisoncharacteristic,PKSwasdetermined thatcanbeused asafuel.thecontentofthequalityinspectionresultsof water quality standards,butmore than 25% dry after taking action to re-analysiswasperformedtosatisfymorethan25%.alitemsareshownthe resultsofthecriteriabelow.andalpolutantsaresatisfiedwiththeresults ofairpolutantsemissionstandardsarereasonablysurethattherewilbeno problems were also part of the PKS and mixed combustion also air polution.inaddition,concentrationsofdioxinsanddioxinconcentrationsof ash in the exhaust gas generated in the chimney and electrostatic precipitatorsshearalsodidnotafecttheenvironment.andresulttheheavy metalcontenttestandthedissolutiontestofashandbotom ashgenerated didnotafecttheenvironment.theanalysisofthebiomasscontentofboth experiments(amsand SDM)showed ahigherresultthanthebio-solid fuel productqualitystandard of95%. vi

Ⅰ. 서론 Ⅰ. 서론 저탄소녹색성장을위한석유대체자원으로바이오매스기반신경제체제의구축이심화되면서목재및바이오매스자원에대한관심과수요가지속적으로증가하고있다. 특히국내외산업용, 에너지용목질계바이오매스수요급등과중국, 인도등의경제발전및자연재해복구등으로인한목질자원수요급등에따른자원부족이심화되고지구환경보존을위한천연림보존, 벌채제한, 목질자원부국의자국자원보호정책등으로인해목질바이오매스자원가격상승및자원확대에어려움증가하고해외자원확보를위한국제산림협력강화및지원으로해외바이오에너지조림, 특히오일팜조림에대한투자가지속적으로확대되고있다. 2,4) 국내목질자원의수요에대체하고해외바이오에너지조림투자의수익성극대화를위한방안으로오일팜바이오매스의자원화에대한관심이증대됨에따라, 오일팜바이오매스활용관련현황및기술개발전략등의확보및지원을통한해외자원투자활성화및해외자원확보토대마련이시급한실정이다. 23) 또한 2010 년 신에너지및재생에너지개발이용보급촉진법 이개정되면서신재생에너지의발전분야에서현재의발전차액제도를발전의무할당제 (RPS, RenewablePortfolioStandard) 로전환하여 2012 년부터화력발전소를중심으로석탄과목재펠릿의혼소를시작하였다. 국내의목재펠릿수요전망은 2012 년에는 120-130 만톤,2020 년에는 480-500 만톤정도예상하고있으나, 국내목재펠릿공급량은 2012 년기준 40 만톤,2020 년에는 100 만톤정도이므로수요대비공급이턱없이부족한실정이다. 1) 결국해외에서목재펠릿의부족분을들어와야하는실정인데수요과잉으로인한목재펠릿의시장가격이오를수있는가능성이충분히잠재되어있다. 이러한경우목재를대체할수있는다양한바이오매스를이용하여펠릿화로제조하여안정적인원료확보가중요하게대두되고있다. 이에팜유를추출하면서발생하는부산물바이오매스에큰관심을가지게되었다. 따라서, 오일팜의재배면적이전세계적으로 60% 를차지하는말레이시아, 인도네시아의팜오일생산에서발생되는부산물인 팜껍질 (PKS,Palm KernelShel) 을수입하여화력발전시설에석탄과혼소하여연소할시 PKS 의품질및연료화가능성, 연료화시환경성분석 ( 대기오염물질, 다이옥신, 소각재재활용등 ) 에대하여사업을수행하였다. 1

Ⅱ. 연구내용및방법 1. 연구의범위및주요내용 Ⅱ. 연구내용및방법 본연구에서는국내외고형연료제품의정책및동향에대해서조사하고, 오 일팜의산업현황에대해서조사하였다. 또한목질계대체자원으로수입한 PKS 의품질검사를실시하여 PKS 의연료화가능성을평가하였다. PKS 는우선분, 본선 1 차, 본선 2 차로나누어수입하였고, 우선분은석탄만전 소하는통상운전을실시하였으며, 본선 1 차와본선 2 차때수입한 PKS 는석탄 과혼소를한뒤석탄만사용하여전소 (Blank) 도진행하였다. 본연구에서는연소시방지시설전단과후단 ( 굴뚝 ) 에대한대기오염물질 23 개항목 ( 먼지,NH 3,CO,HCl,SO X,NO X,CS 2,HCHO,H 2 S, 불소화합물, 시안화 수소, 브롬화합물, 벤젠화합물, 페놀화합물, 수은화합물, 비소화합물, 카드뮴화 합물, 납화합물, 크롬화합물, 구리화합물, 니켈및그화합물, 아연화합물, 매연 등 ), 방지시설전단과후단 ( 굴뚝 ) 의다이옥신배출농도, 소각재 ( 비산재, 바닥재 ) 에대한다이옥신및중금속 ( 용출, 함량 ) 에대한환경성분석 ( 바닥재용출시험 항목 =Pb,Cu,Cd,As,Hg,Cr +6,CN, 수분, 강열감량등 9 개항목, 비산재용 출시험항목 =Pb,Cu,Cd,As,Hg,Cr +6,CN, 수분등 8 개항목 ) 을조사, 배출 가스중바이오매스함량분석을통한바이오고형연료제품의품질기준과연 료화가능성을평가하고, 연소시환경적으로영향이없는지살펴보는항목으 로구성되어있으며연구의범위및주요내용은 <Table1> 과같다. <Table 1> Major content and range of study 구 다이옥신검사 분 분석합계 ( 개 ) 우선분 본선 1차 본선 2차 1 6 6 ( 하역 1회 ) ( 선적및하역각 3회 ) ( 선적및하역각 3회 ) 배출가스 14(18) 2(6) 6 6 ( 전 후단각 1(3) 회 ) ( 전 후단각 3회 ) ( 전 후단각 3회 ) 소각재 5(6) 1(2) 2 2 5(6) 1(2) 2 2 품질검사 13 대기오염물질검사 소각재 18 6 ( 전 후단각 3 회 ) 6 ( 전 후단각 3 회 ) 6 ( 전 후단각 3 회 ) 비산재 5 1 2 2 바닥재 5 1 2 2 2

Ⅱ. 연구내용및방법 2. 대상시설현황및연료화가능성평가가. 대상시설현황시설용량 400MW 의동해화력발전소는강원도동해시공단9로 145( 구호동 231) 에위치해있으며, 부지면적은 0.43 인세계최대용량의무연탄유동층이다. 한국전력공사계열의발전 ( 發電 ) 전문회사인한국동서발전 ( 주 ) 에소속되어있으며, 정식명칭은동해화력발전처로한국동서발전 ( 주 ) 의 3개발전처가운데한조직 2) 이다. 용량은 200MWe 급 2기가있으며,1MWp 급태양광발전소,30MW 급목질계바이오매스발전소가있다.1 호기는 98 년 9월,2 호기는 99 년 9월준공되었으며태양광발전소는 2006 년 9월, 바이오매스발전소는 2013 년 7월에준공하여운영하고있다. 한국전력공사창사이래처음으로최첨단기술인순환유동층보일러를채택하고국내무연탄을 100% 활용하는환경친화형발전소이다. 석회석혼합연소로아황산가스의발생을화학적으로상쇄하고저온연소로노내연소온도 850~950 로운전하여 NOx 나 SOx 의발생을억제하고저감시켜별도의탈황, 탈질설비를갖고있지않다. 또한연간국내무연탄총사용량 333 만톤가운데 36% 인 120 만톤을사용한다. 보조연료없이 4600kcal 의국내탄이소비가능하고타무연탄발전소에비해효율이 3% 이상높다. 그결과, 삼척, 태백, 정선등의강원도내탄광지역경제를활성화시키고있으며, 연인원 78 만명을고용하고연간 3800 만달러의유연탄수입을대체하는효과를거두고있다. 발전량은 2,745GWh/yr 로동해시및북평국가산업단지일원에전기를공급하고있다. <Table 2> Outline of "D" Power Plant 3) 종류사업소명설비용량합계사용연료 석탄화력동해화력 200 X 2 400MWe 무연탄 유연탄 태양광동해 1 X 1 1MWp 태양광 바이오매스동해바이오매스 30 X 1 30MW 우드칩 3

Ⅱ. 연구내용및방법 <Figure 1> Distribution diagram of "D" Power Plant. <Figure1> 는동해화력발전시설의계통도를나내었으며, 연료투입과유동상 층소각로와전기집진기, 배출구로전기를생산하는시설로구성되어있다. 나. 목질계대체자원인 PKS 품질바이오고형연료제품의품질검사를위하여시료채취및분석은고형연료제품품질시험 분석방법과폐기물공정시험기준에의하며, 국내기준이없는경우에는 EN Solid-biofuel 4) 기준을준용하였다.5,000 톤당 1회분석으로우선 (500 톤하역 ) 및본선 (16,000 톤,20,000 톤 2차선적 / 하역 ) 도입시총 13 회분석을실시하였으며, 시료채취는 2,500 톤단위로 12 회증분하여 5,000 톤마다증분량을혼합 감량화한후에단일분석시료를제조하였다. 품질검사항목으로는겉보기밀도, 모양및크기, 수분, 회분, 저위발열량, 염소, 황분, 비소, 납, 크롬, 카드뮴, 코발트, 구리, 망간, 니켈등이있다. 다. 목질계대체자원인 PKS 연료가능성 PKS 의연료가능성을알아보기위해시료 (Coal,PKS,WCF) 들은상온에서기밀용기에보관하였으며, 각시료의특성을파악하기위하여 KS 규격및폐기물공정시험법에따라공업분석, 원소분석, 발열량분석등을실시하였다. 공업분석은도착한즉시분석을시행하였고, 원소분석, 염소분석, 발열량분석은시료를 105 에서건조시킨후분석시료로사용하였다. 4

Ⅱ. 연구내용및방법 3. 석탄화력발전시설혼소시환경성분석가. 대기오염물질측정 분석방지시설의전 후단에서채취하여대기오염공정시험방법에의거하여측정및분석하였다. 각항목별로 3회연속실시하였으며분석항목은먼지,NH 3, CO,HCl,SO X,NO X, 이황화탄소, 포름알데히드, 황화수소, 불소화합물, 시안화수소, 브롬화합물, 벤젠화합물, 페놀화합물, 수은화합물, 비소화합물, 카드뮴화합물, 납화합물, 크롬화합물, 구리화합물, 니켈및그화합물, 아연화합물, 매연등소각시설의대기배출허용기준에준하는 23 개항목을분석하였다. <Figure 2> Air pollutant measurement. 먼지및중금속류의시료채취는반자동식시료채취기로먼지시료채취방법과동일하게등속흡인으로시료를채취하였다. 시료채취시배출가스의유속, 온도, 압력 ( 동압, 정압 ), 수분량등을측정하여등속흡인속도및유량을조절하였다. 또한, 흡인펌프의흡인능력을감안해최적의노즐직경을선정하고, 필요유량확보를위한시료채취시간을결정하였다. 가스상물질인 CO,CO 2,SO X,NO X 는휴대용가스분석기를이용하여먼지시료채취시간동안매5분간격으로측정기록하였다. 일반대기오염물질의농도표시는측정시간동안의평균값으로나타내었다. 5

Ⅱ. 연구내용및방법 나. 다이옥신측정분석본연구에서대상시설에대한배출가스중시료채취는 대기오염공정시험방법제 3장제 2절제 29 항다이옥신류및퓨란류 에따라수행하였다. 사용된다이옥신류시료채취장치는먼지채취부, 가스흡수부, 가스흡착부, 배출가스유속및유량측정부, 진공펌프및흡인가스유량측정부등으로구성되며, 채취시모든시료는배출가스의동 정압, 온도등을 5분간격으로점검하여배출가스유속과동일한속도로등속흡인하였다. 이경우흡인펌프의흡인능력을감안해최적의노즐직경을선정하고, 필요유량확보를위한시료채취시간을결정하였다. 다이옥신류시료채취장치는여지에의한여과부, 임핀저의흡수액에의한흡수부, 그리고 XAD 수지에의한흡착부로이루어진다. 5) 고체상다이옥신류란시료채취장치의여지에채취된다이옥신류, 기체상다이옥신류란여지를통과한다이옥신류로구분하였으며, 시료채취시의회수율을확인하기위한시료채취용내부표준물질로서 37Cl4-2,3,7,8-TCDD 2ng 을첨가하였다. 채취한가스시료는입자상과가스상을분리하기위해시료채취장치의여지전단 (Nozzle+Probe+ 여과지홀더 ) 과여지후단 ( 임핀저액 +XAD 수지 ) 으로따로분리하여세척한후, 갈색유리병에담아서밀봉한후실험실로가지고와전처리시까지 -4 이하의냉동고에보관하였다. 채취한가스시료는시료채취장치의여지전단 (Nozzle+Probe+ 여과지홀더 ) 과여지후단 ( 임핀저액 +XAD 수지 ) 으로따로분리하여세척한후, 갈색유리병에담아서밀봉한후실험실로가지고와전처리시까지 -4 이하의냉동고에보관하였다.. 다. 소각재의다이옥신및중금속 ( 용출, 함량 ) 실험소각재및비산재의시료채취는폐기물공정시험방법을이용하였으며, 다이옥신류현장조사와동시에실시하였다. 소각재의상태나소각설비에따라채취방법을정하여시료를채취하고단계적으로대량시료와소량시료를만든다음, 분석용시료를조제하였다. 시료채취는소각재가배출되는공정이정상적으로운 6

Ⅱ. 연구내용및방법 전중인상태에서채취하였다. 소각재시료의채취는소각시설배출구별로구분하여채취하였으며, 시료채취지점은소각재저장조, 컨베이어장치에서채취하였다. 시료채취기구를사용하는경우시료를채취하기전에소각재를잘혼합하였다. 채취도구와시료용기의규격은제2장제 1항제 2호및제2장제 1항제 3호의규정을따랐으며소각재는성상이다양하므로가능한한대표성있는시료의채취를위하여, 일정시간간격으로 1회 1~2kg 의시료를 1일에 4~5 회, 총 5~10kg 을채취하는것을원칙으로채취하였다. <Figure 3> Bottom-ash Sampling. <Figure 4> Fly-ash Sampling. 소각재를채취하여폐기물공정시험방법기준에의거하여소각재의용출 함량시험을통해중금속을측정및분석하였다. 바닥재의분석항목은납, 구리, 카드뮴, 비소, 수은,6 가크롬, 시안, 수분, 강열감량등 9개항목이며, 비산재의분석항목은납, 구리, 카드뮴, 비소, 수은,6 가크롬, 시안, 수분등 8개항목이다. 중금속함량시험의전처리과정을거치기위하여시료약 0.25g 을취해질산 9ml 와염산 3ml 를넣어 Microwave 를이용하여전처리를한후여과지를이용 7

Ⅱ. 연구내용및방법 하여여액을최종적으로 100ml 가되게희석하여 ICP-AES 를이용하여함유된원소의함량을정량하였다. 용출시험을위해폐기물공정시험법에의거하여시료 100g 을달아정제수를용매로이용하여시료 : 용매 =1:10(W :V) 의비로혼합한후진탕기를이용하여 6시간연속진탕시켰다.GF/B 유리섬유여과지를이용하여여과하고여과액에 5ml 의질산을가한후 5ml 로농축시킨후 100ml 가되도록희석하여용출실험용시료용액으로제조하였다. 시료용액을 ICP-AES 를이용하여정량하였다. 라. 바이오매스함량검사수입바이오고형연료제품의이물질여부를판단하기위해고형연료제품품질 시험분석방법에의거하여용해선별법 (SelectiveDissolution Method) 을통해바이오매스의함량을분석하였다.<Table 3> 과같이 80% 의 H 2 SO 4 와 35%H 2 O 2 의용해율을이용한방법으로고형연료의바이오매스는선택적으로용해되지만비바이오매스는잔류물에그대로남는원리를이용하였다. <Table 3> Selective Dissolution Method 고형연료입자크기를 1mm 이하로선별후 5g 분취 80% H 2 SO 4 반응 (16h±2h) 35% H 2 O 2 반응 (5h±1h) 잔여물건조후무게측정 회분측정 8

Ⅱ. 연구내용및방법 또한적정바이오고형연료의혼소여부를확인하기위해배출가스 ( 연돌 ) 중방사성동위탄소측정법 (AMS) 6) 에의거하여바이오매스함량검사를실시하였다. 이는자연계에존재하는탄소동위원소를이용한방법으로그중안정동위원소인 12 C와 13 C와나머지동위원소인자연계대기와상호작용이중지되면시간에따라존재비가변하는 14 C의원리를이용한실험법으로존재비가변하는 14 C의양을정밀하게측정하여시료의연대값을측정하고대기중이화석연료에의해발생된 CO 2 비율을측정하여바이오매스량을산정하였다. 동위원소분석은초정밀질량분석기술로서 AMS(AcceleratorMass Spectrometry) 를이용하여분석하였다. <Figure 5> Biomass content of the exhaust gas analysis. 9

Ⅲ. 연구결과및고찰 Ⅲ. 연구결과및고찰 1. 국내 외고형연료제품정책및동향기초자료조사가. 국내외고형연료제품관련정책 (1) 국내고형연료제품정책과동향고형연료제품사용시설과관련된규정은 자원의절약과재활용촉진에관한법률, 폐기물관리법, 악취방지법, 대기환경보전법, 잔류성유기오염물질관리법 등으로산재되어있으며아래의 <Table4> 과같다. 자원의절약과재활용촉진에관한법률 과 대기환경보전법 에서만고형연료제품사용시설로정의하여규정을설명하고있고다른법들은관련된규정에대한연결고리만만들어규정에대한이해가필요하다. 자원의절약과재활용촉진에관한법률 시행규칙제20 조의 3항에규정된고형연료제품사용시설중고형연료제품보일러시설만소각시설수준의설치검사기준에적합하게설치되도록되어있고, 사용자의준수사항을보면다이옥신을측정하도록되어 잔류성유기오염물질관리법 에시간당 2톤이상인생활폐기물소각시설의기준에만되어있으며 대기환경법의배출허용기준에혼소율이 30% 이상일때고형연료제품사용시설의대기오염물질배출허용기준을적용 23) 받도록되어있으나,30% 이하에서는기존시설의배출허용기준을적용받는것인지구체적인언급이없다. 이로인해고형연료제품시용시설과관련된규정이너무많고산재되어있어관련규정의재정비가필요함을알수있다. (2) 국외고형연료제품정책과동향국외선진국의경우국내보다먼저폐기물을에너지로사용하였고주로폐기물의성상이일정한폐타이어및슬러지등을연료로서이용하는추세이다. 이는국별로서로다른이유로전체폐기물또는생활폐기물을연료화하려는노력으로발전되었다. 아래의 <Figure6> 7) 은 EU, 미국, 일본의고형연료제품정책을요약하였다. 10

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 4> SRF laws in Korea 구분법령명내용 1 자원의절약과재활용촉진에 관한법률 8) 고형연료사용시설분류 2 폐기물관리법 9) 재활용시설 3 대기환경보전법 고형연료제품사용시설분류 기준및배출허용기준 4 잔류성유기오염물질관리법 10) 다이옥신배출허용기준 미국은 22) 에너지이용, 일본은합리적인소각처리, 유럽은에너지와처리의두가지목적을두고있다. 미국의경우 11) 처리수준에따라 RDF 등급화로폐기물을연로로아용하고사용시설에서자체기준을마련하여운영되고있고, 고형연료제품사용시설의대기오염물질배출기준으로규제되고있다. 또한 ASTM 으로 RDF 아용시설을위한시험방법등을운영중이다. 유럽은 11,23) 고형연료의산업시설에이용하기위한 SRF(SolidRecoveredFuels) 품질기준을마련하고운영중이며, 연료가치를평가하기위한발열량, 사염시설자애방지를위한염분측정, 오염물질의규제를위한수은등의연료특성을기준으로 1등급에서 7등급으로등급화하여기준을제시중이다. 고형연료제품이용시설은폐기물소각로기준의대기오염물질의기준을만족하여야한다. 일본의 11,7) 경우는 RDF 와 RPF 로나누어관리하고있으며,RDF 의품질기준은보관및수송을중심으로제정하였으며,RPF 는폐플라스틱및폐비닐의물질재활용으로간주하고산업시설에이용이가능하다.RDF 의경우는산업폐기물이용이불가하며 RDF 전용보일러에서만이용하게되어있다. 11

Ⅲ. 연구결과및고찰 EU SRF 생산 SRF 이용대기오염배출미국 RDF 생산 RDF 이용대기오염배출 Ministry of Environment ( 독일 ) Defra(Department for Environment, Food & Rural Affair, 영국 ) 대부분환경관련 Administration EC (European Commission) WID (Waste Incineration Directive) Mixing Rule ( 강화 ) 25) EPA 관리 - 별도의기준없음 - 폐기물처리적개념 DOE 관리 ( 에너지생산 ) 석탄 + RDF 혼합이용 RDF 전용이용 폐기물소각로와동일 EPA 기준 - 대기오염관리기준 - 통합된기준적용 - 향후기준강화준비 일본 RDF 생산 RDF 이용 대기오염배출 중금속관리 환경성관리 - 대기오염관리기준 ( 소각로 ) - 이용시설 ( 전용보일러 ) - 시설기준 + 에너지기준 경제산업성지원 - 재정지원 - 생산된전기의판매 - 에너지생산시설 <Figure 6> Regional SRF Policy summary. 나. 오일팜산업현황전세계의오일팜수확면적은 1,493 만ha(2009 년기준 ) 로써생간국가중인도네시아와말레이시아가전세계수확면적중 60% 를차지하고있으며,CPO 생산은두나라에 90% 의존하는경향을보이고있다. 또한주요생산국인인도네시아와밀레이시아는수확면적이지속적으로증가하고있으며, 특히인도네시아의경우수확면적이대폭적으로증가하고있다. 오일팜의주요수익원로써농장에서수확되는오일팜을 CPO 로가공할경우가치상승률이매우높아식용으로 85-90% 를지방산 ( 올레오케미컬 ) 용도로 8-10%, 바이오디젤용으로 4% 정도사용되고있다.(MPOB) 12) <Table5> 에나타냈듯이오일팜의산물주요용도는열매 (Fruit), 견과 (Nut), 중기 (Trunk) 로분류하여이용되고있다. 12

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 5> Main purpose of oil palm products 13) 구분 이용 열매 견과 CPO 섬유슬러지커널팜케익오일팜씨껍질 조리용식용유, 마아가린, 코코아버터대용, 양초제조, 비누, 세제윤활유, 바이오디젤펄프, 종이, 파티클보드비누, 비료, 조사료조리용식용류, 샐러드기름비료, 조사료 PB, 활성탄소. 탄소탄 줄기 Trunk PB, 가구, 에너지, 조사료, 전분원료등 이와같이팜오일생산공정으로오일을생산하고분리공정에따라열매와 EFB 가분리되어압축공정을거쳐팜씨앗에서팜껍질인 (PKS,Palm KernelShel) 의부산물이발생된다.1ha 의오일팜을재배할경우연간 5.5 톤의오일이생산되고 55 톤의섬유상물질이발생되며. 오일팜부산물은전세계적으로연간 184,000 천만톤이발생된다. 또한매년발생량이 5% 로증가하고있는현실이다. (1) 오일팜바이오매스현황오일팜으로부터발생되는폐기물바이오매스는오일팜수간부 (Trunk) 및엽부 (Frond), 껍질 (JernelShel), 열매부위가빠진다발 (EFB,Empty Fruit Bunch), 압착된열매섬유, 팜유공장의액상유약등이발생한다. 오일팜의부산물로부터발생되는바이오매스잠재량을 2012 년에산정 13) 된결과를살펴본결과말레이시아의경우 FAO 통계를활용하여계산 ( 국가별대상농산물의생산량, 부산물생산비율을적용 ) 한것으로 303.96 백만톤이고, 인도네시아의경우 351.98 백만톤으로최근인도네시아의오일팜생산의증가가눈에띄는경향이다. 아래의 <Table6> 는아시아지역에서생산되는오일팜의부산물들중에서도팜껍질인 PKS 의생산량을나타낸다. 15) 13

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 6> Asia regional PKS potential by-product of oil palm resources 13) 국가부산물종류 2012 년생산량 ( 톤 ) 말레이시아 4,303,425 인도네시아 4,983,300 필리핀 팜오일열매 PKS 26,033 태국 528,066 중국 31,850 또한우리나라오일팜산업진출기업의오일팜조림지면적을살펴보면코린도기업이인도네시아동북단의서파푸아등에 2만 ha 의농장을조성하였고, LG 상사의경우 2009 년 1만 6000ha,2011 년에는연간 4바논규모의팜오일생산공장착공후팜오일을생산하였다. 대상홀딩스는인도네시아현지농장을인수하여운영중이며삼성물산은 2008 년인도네시아수마트라오일팜농장 2만 4000ha 을확보하여운영중이며, 대우인터네셔널바이오인티아그린도의 3만 ha 규모의농장을매입하여운영중이다.( 주 )ES 는인도네시아 1만 5800ha 의농장을확보한상태이며,<Table7> 는우리나라오일팜산업진출기업의오일팜조림지확보현황을나타내었다. <Table 7> Domestic oil palm plantation farm ensure status 13) 기업명 면적 (ha) 전체량 코린도 20,000 LG 상사 16,000 대상홀딩스 2,500 약 100,000 ha 삼성물산 15,800 ( 주 ) ES 24,000 14

Ⅲ. 연구결과및고찰 2. 팜껍질 (PKS) 의연료화평가및품질검사결과가. 팜껍질 (PKS) 의연료화평가고체연료의일반적인연소특성은 1차적으로건조가이루어진후열분해가이루어진다. 이때열부내의결과발생된휘발성가스는 CO, 메탄등의가연성가스로서이러한가연성가스가불꽃연소를하면서발생된열에의하여열분해가가속화되는것이일반적이다. 이러한열분해가스의발생이종료되면열분해의과정후잔재하는고형탄소 (Char) 가서서히연소되기시작 14) 한다. 고형탄소의연소는휘발성가스의불꽃연소 (FlameCombustion) 에비하여연소속도가느리며, 숯불과같은붉은색의색조 (GlowingCombustion) 를띠고있다. 이에팜껍질 (PKS) 의연료적특성을파악하기위해서물리적특성, 삼성분, 원소분석, 발열량분석을통해석탄과,PKS,WCF, 왕겨, 볏짚의특성을비교하였다. 결과는 <Table8> 과같다. <Table 8> Characteristic of Coal, PKS, WCF, Hull, Rice straw 구분 수분 (%) 가연분 (%) 회분 (%) 밀도 (g/cm 3 ) C H O N S Cl LHV Coal 3.3 74.6 22.1 2.31 61.1 3 8.8 1.35 0.4 0 5,910 PKS 9.25 88.05 2.7 1.1 47.7 5.9 33.9 0.5 0.0120.062 4,708 WCF 15.08 78.93 5.39 0.5 41.8 5.4 29.3 2.2 0.0380.025 3,468 왕겨 15.8 72.6 11.6-35.5 4.5 32.0 0.4 0.0810.178 3,002 볏짚 33.6 88.1 2.7 0.3 26.4 3.6 26.3 0.4 0.1010.107 2,123 바이오매스종류에따라연료성상및연소특성에관한연구 16) 목질계대체자원인바이오매스의특성을파악한결과화석연료인석탄과비교한 PKS 와 WCF 는거의대동소이하였으나, 발열량은 PKS 가더높이나타났으며수분의경우세가지시료중에서제일높게나타났다.<Table8> 에서알수있듯이초본류간의원소분석결과의차이는대부분탄소의함유량에있 15

Ⅲ. 연구결과및고찰 고, 특히 PKS 의경우다른초본류원료에비하여염소및황분이낮았다. 16) 또한고형탄소의경우 PKS 가가장높았으며, 이러한이류로이를이용하여에너지를생산하는경우석탄화력발전소와혼소등으로하는것이바람직하다고사료된다. 이러한결과로볼때바이오매스의원료는목질계대체자원으로연료화가능성상당히높게나타났으며, 이룰활용할적정한방안이도출되어할것으로판단된다. 나. 팜껍질 (PKS) 의품질검사결과품질준수와기준설정을위한바이오매스 (PKS) 에대한현지선적시시료채취와국내도착후하역시시료채취를하여품질에대한비교를실시하였다. 이는동남아시아에서수입될시선박운송으로장시간의운전시간과적도부근을지나는항로로인해국내도착시품질의변화가일어날수있다는판단하에현지와국내도착에대하여조사를하였다. 살펴본결과현지에서시료채취한시료를분석한결과본선 1차와 2차의경우저위발열량은본선1차의경우 3,543kcal/kg 이고본선2차의경우 3,354kcal/kg 이나타났으며, 회분의경우본선1차가건기준으로 5%, 본선2차가 10% 로나타나본선2차의경우현지와국내도착시기후변화에따른수분의증가, 이물질의증가로판단된다. 그러나회분의경우해외에서보다국내도착시 2차분의경우해외에서는 10% 였으나국내도착분에대하여분석한결과 13% 로회분이증가하였다. 본선1차의경우해외에서는 5% 였으나국내도착분은 3% 로오히려낮게나타나현지의기후와현지의전처리공정에따라품질의변화가있음을알수있었으며, 이에따른적정한품질을유지하기위한규정이필요한것으로사료된다. 중금속의경우기준이마련되어있는항목중크롬 (Cr) 이조금높게나타났으나기준이내이며, 기준없는항목을분석한결과망간 (Mn) 이조금높게나타났다. 이는현지동남아시아의토양의성질과이물질, 기후변화에따른것으로판단된다. 18) 16

Ⅲ. 연구결과및고찰 휠로더선별 이물질선별 송풍기건조 휠로더건조 <Figure 7> Drying apparatus for improved moisture. 또한우선분, 본선 1차중인도네시아, 국내동해항, 본선 2차중인도네시아, 국내동해항에서채취한수입바이오고형연료제품의품질검사의결과는아래의 <Table10,11> 와같다. 본선2차경우국내동해에서채취한 PKS 의수분이바이오고형연료제품품질기준인 25% 를초과하였다. 이것은본선 2 차현지선적시의기후상황과국내도착시기후변화에따른결과로판단되어수분을감소시키기위해건조조치 <Figure7> 를취한후재분석 <Table 9> 을실시하였다. 수분개선후모든항목이바이오고형연료제품품질기준이하인평균 21% 의결과를나타내어혼소실험을실시하였다. <Table 9> After the water content of the water to improve results 시료명함수율 (wt%) 분석방법 1 25.1 동해 PKS 2 19.7 3 20.6 AVE. 21.0 고형연료제품 품질시험 분석방법 17

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 10> Results of quality inspection of priority arrival, ship's first arrival 시료명 바이오고형연료제품질기준 (Bio-SRF) 동해우선분 본선 1 차 _ 해외 DH-PK S-1 DH-PK S-2 PKS-IM -01 PKS-IM -02 PKS-IM -03 겉보기밀도 모양및크기 ( 체가름통과율 ) 수분 회분 ( 건기준 ) 저위발열량 건기준 염소황분 As Pb Cr Cd Co Cu Mn Ni Tl Zn V Sb Hg kg/ km3 mm wt % kcal/kg wt % mg/k23.71g - 비성형 : 가로, 세로 120 이하체통과율 : 95% 이상 성형 :10 비성형 : 25 15 이하 3,000 이상 0.5 이하 0.6 이하 5.0 이하 100 이하 70 이하 5.0 이하 - - - - - - - - 520 적합 16.3 10.6 3,634 0.15 0.12 N.D N.D 22.00 N.D N.D 7.08 23.71 6.56 N.D N.D 18.54 0.50 N.D 524 적합 16.2 14.1 3,551 0.15 0.1 N.D N.D 52.80 N.D N.D 10.32 20.71 14.05 N.D N.D 22.67 0.87 N.D 668 적합 20.4 4.5 3,525 0.04 0.04 N.D N.D 38.96 N.D N.D 15.68 28.42 18.08 N.D N.D 1.56 0.74 0.00 686 적합 21.9 5.6 3,481 0.04 0.04 N.D N.D 33.51 N.D N.D 27.05 51.76 32.64 N.D 19.52 1.38 0.83 0.00 662 적합 19.0 3.5 3,625 0.03 0.05 N.D N.D 34.60 N.D N.D 21.05 37.37 18.19 N.D 17.79 0.82 0.39 0.08 평균 672 적합 20 5 3543 0 0 N.D N.D 36 N.D N.D 21 39 23 N.D 19 1 1 0 0.6 이하 본선 1 차 _ 동해 PKS-D H-#1-01 PKS-D H-#1-02 PKS-D H-#1-03 640 적합 17.5 3.0 3,672 0.06 0.01 N.D N.D 19.34 N.D N.D 10.62 16.20 6.98 N.D 4.91 N.D 14.11 N.D 652 적합 15.9 2.5 3,819 0.06 0.04 N.D N.D 16.48 N.D N.D 6.82 22.48 6.40 N.D 2.49 N.D 15.42 N.D 675 적합 15.0 4.8 3,826 0.06 0.04 N.D N.D 10.21 N.D N.D 4.65 11.95 N.D N.D 3.33 N.D 9.45 N.D 평균 656 적합 16 3 3772 0 0 N.D N.D 15 N.D N.D 7 17 7 N.D 4 N.D 13 N.D 18

<Table 11> Results of quality inspection of ship's secondary arrival 시료명 바이오고형연료제품질기준 (Bio-SRF) 본선 2 차 _ 해외 IN_LOT _1,2 IN_LOT _3,4 IN_LOT _5,6 IN_LOT _7,8 겉보기밀도 모양및크기 ( 체가름통과율 ) 수분 회분 ( 건기준 ) 저위발열량 건기준 염소황분 As Pb Cr Cd Co Cu Mn Ni kg/ km3 mm wt % kcal/kg wt % mg/k23.71g - 비성형 : 가로, 세로 120 이하체통과율 : 95% 이상 성형 :10 비성형 : 25 15 이하 3,000 이상 0.5 이하 0.6 이하 5.0 이하 100 이하 70 이하 5.0 이하 - - - - 730 적합 24.4 7.8 3,233 0.03 0.04 N.D N.D 35.41 N.D N.D 11.97 16.75 16.10 741 적합 24.4 10.2 3,252 0.03 0.04 N.D N.D 44.52 N.D N.D 14.53 23.64 21.98 706 적합 20.6 10.3 3,427 0.04 0.03 N.D N.D 57.78 N.D N.D 15.79 20.06 26.35 690 적합 19.7 10.5 3,503 0.03 0.04 N.D N.D 39.65 N.D N.D 13.16 16.81 17.64 평균 717 적합 22 10 3354 0 0 N.D N.D 44 N.D N.D 14 19 21 본선 2 차 _ 동해 DH#2_L OT_1,2 DH#2_L OT_3,4 DH#2_L OT_5,6 DH#2_L OT_7,8 744 적합 23.7 12.0 3,309 0.04 0.03 N.D N.D 42.50 N.D N.D 10.59 24.31 22.71 754 적합 26.47 12.56 3,364 0.05 0.05 N.D N.D 53.67 N.D N.D 16.74 41.92 26.13 788 적합 26.70 13.50 3,003 0.05 0.04 N.D N.D 84.11 N.D N.D 45.09 6241.89 37.66 787 적합 25.39 14.70 3,297 0.05 0.03 N.D N.D 48.31 N.D N.D 11.56 49.59 23.45 평균 768 적합 26 13 3243 0 0 N.D N.D 57 N.D N.D 21 1589 27 19

Ⅲ. 연구결과및고찰 4. 석탄화력발전소의바이오매스혼소연소시환경성분석가. 대기오염물질분석결과대기오염물질을측정하기위하여실제채취시방지시설전단의경우수분율은 4.5-5.5% 로배기가스온도가 160, 배기가스유량이 450,000Sm 3 /hr 정도였으며, 산소농도가약 4%,CO2 가 14~16%,CO 가 83~88ppm,NOx64~69ppm, SOx 가 82~87ppm 으로나타나적정한화력발전의운전조건으로운영되고있음을알수가있었다. <Table12,13> 은우선분, 본선1차, 본선2차의 PKS 를동해화력발전소에서석탄단독및혼소시의 EP 전단과굴뚝에서의대기오염물질분석결과이다. 전기집진기전단먼지농도는통상조건에서평균 22,603(19,209 27,799)(6)mg/Sm 3 이며, 혼소조건에서는평균 24,312(18,153 30,122)(6)mg/ Sm 3 를나타내어수입바이오매스혼소에따른큰변화는없는것으로판단된다. 굴뚝은통상조건에서평균 5.633(4.115 7.531)(6)mg/Sm 3 이며, 혼소조건에서는평균 4.316(3.875 4.940)(6)mg/Sm 3 를나타내어배출허용기준 40(6)mg/Sm 3 보다낮은농도로배출되고있다. 전기집진기전단및굴뚝에서의각각의조건에서측정한결과를살펴보면, 수입바이오혼소에따른농도의변화보다는운전조건및시간등에영향을많이받는것으로사료되며, 기존의전기집진기및여과집진기로배출허용기준을준수할수있을것으로판단된다. 20) 전기집진기전단에서통상및혼소조건에서중금속농도를비교해보면, 크롬, 구리및아연화합물은증가하는모습을보이고있으며, 반면에납과수은화합물은감소하였으며, 니켈및카드뮴화합물은비슷한모습을보이고있다. 그러나혼소시험대상시설인동해화력발전소는연료를국내 외의석탄을사용하고있으며, 또한각각의석탄에서중금속농도가차이가있어투입비율에따라변동될수가있어정확한분석의어려움이있으므로, 최대한투입비율을비슷하게조절하며측정한통상및혼소조건 2회의경우를비교해보면, 대부분의경우에는비슷하게배출되고있으며, 납과아연화합물은증가를, 수은화합물은감소하는경향을보였다. 굴뚝은전체적으로배출허용기준보다낮게배출되고있으며, 전기집진기전단과비슷한패턴으로배출되고있다. 20

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 12> Analysis of air pollutants in the exhaust gas in the Electrostatic Precipitator shear 측정지점 전기집진기전단 항목 단위 배출허용기준우선분 1차혼소 1 차 Blank 2 차혼소 2 차 Blank 먼지 (6)mg/Sm³ 40 20798 27872 15902 20750 24408 황산화물 (SOX) (6)ppm 80 26.02 33.25 38.66 65.14 67.83 질소산화물 (NOX) (6)ppm 80 63.98 38.65 94.15 32.82 37.21 염화수소 (HCl) ppm 6 1.82 1.27 1.21 1.45 1.95 일산화탄소 (CO) ppm - 57.22 77.10 88.98 95.63 105.35 카드뮴화합물 (Cd) mg/sm³ 1.0 불검출 N.D N.D 0.015 0.019 비소화합물 (As) ppm 3 불검출 N.D N.D N.D N.D 크롬화합물 (Cr) mg/sm³ 1 0.404 0.568 0.380 0.506 0.519 구리화합물 (Cu) mg/sm³ 10 0.285 0.933 0.366 0.732 0.741 납화합물 (Pb) mg/sm³ 5 0.218 0.018 N.D 0.077 0.039 니켈화합물 (Ni) mg/sm³ 20 0.198 0.298 0.178 0.290 0.304 아연화합물 (Zn) mg/sm³ 10 0.270 0.409 0.274 0.777 0.704 시안화수소 (HCN) ppm 10 1.44 1.15 1.14 0.81 1.25 이황화탄소 (CS2) ppm 30 0.17 N.D N.D 0.19 0.07 포름알데히드 (HCHO) ppm 10 0.021 0.032 0.033 0.013 0.003 벤젠 (C6H6) ppm 20 0.006 0.005 0.008 0.157 0.132 불소화합물 (HF) ppm 3 1.16 1.06 0.92 0.76 0.74 황화수소 (H2S) ppm 10 불검출 N.D N.D 0.02 0.021 페놀 (C6H5OH) ppm 10 불검출 N.D N.D N.D 0.0002 브롬화합물 (Br) ppm 5 0.07 0.83 0.96 0.31 0.020 암모니아 (NH3) ppm 50 0.45 0.62 1.04 0.32 1.02 수은 (Hg) (6)mg/Sm³ 0.1 0.004 0.003 0.004 0.004 0.0093 가스상오염물질의집진기전단의경우황산화물을비롯한황화수소등은비슷한모습을보이고있으나, 포름알데히드및브롬화합물은증가를염화수소, 시안화수소및암모니아등은감소하는모습을보였다. 포름알데히드및브롬화합물의증가는수입바이오매스이송및통관과정에서방부제및살충제등을살포하여이들물질이잔류하여연소되는과정에서증가하는것으로사료된다. 굴뚝의경우전체적으로각각의항목에서대기배출허용기준보다낮 21

Ⅲ. 연구결과및고찰 으며, 가스상물질을제거하는방지시설이없는관계로일부농도가낮아지기 는했으나, 배출형태는전기집진기전단과비슷하게나타났다. <Table 13> Analysis of air pollutants in the exhaust gas in the Chimney 측정지점 항목 단위 배출허용기준우선분 1차혼소 1 차 Blank 2 차혼소 2 차 Blank 먼지 (6)mg/Sm³ 40 20,798 4.545 4.488 4.087 6.943 황산화물 (SOX) (6)ppm 80 26.02 28.06 25.04 64.28 67.35 질소산화물 (NOX) (6)ppm 80 63.98 36.63 91.93 32.03 35.40 염화수소 (HCl) ppm 6 1.82 0.99 0.93 1.45 1.36 일산화탄소 (CO) ppm - 57.22 72.67 79.61 89.03 97.49 카드뮴화합물 (Cd) mg/sm³ 1.0 불검출 N.D N.D N.D N.D 비소화합물 (As) ppm 3 불검출 N.D N.D N.D N.D 크롬화합물 (Cr) mg/sm³ 1 0.404 0.009 0.009 0.007 N.D 구리화합물 (Cu) mg/sm³ 10 0.285 N.D N.D N.D N.D 납화합물 (Pb) mg/sm³ 5 0.218 N.D N.D 0.001 N.D 굴뚝 니켈화합물 (Ni) mg/sm³ 20 0.198 0.002 0.003 0.001 0.001 아연화합물 (Zn) mg/sm³ 10 0.270 0.008 0.008 0.010 0.003 시안화수소 (HCN) ppm 10 1.44 1.09 1.11 0.72 0.78 이황화탄소 (CS2) ppm 30 0.17 N.D N.D 0.08 0.05 포름알데히드 (HCHO) ppm 10 0.021 0.025 0.016 0.003 0.001 벤젠 (C6H6) ppm 20 0.006 0.004 0.005 0.087 0.105 불소화합물 (HF) ppm 3 1.16 0.99 0.86 0.73 0.73 황화수소 (H2S) ppm 10 불검출 N.D N.D 0.01 0.011 페놀 (C6H5OH) ppm 10 불검출 N.D N.D N.D 0.0002 브롬화합물 (Br) ppm 5 0.07 0.44 0.37 0.09 0.07 암모니아 (NH3) ppm 50 0.45 0.15 0.24 0.27 0.61 수은 (Hg) (6)mg/Sm³ 0.1 0.004 0.001 0.001 0.001 N.D 22

Ⅲ. 연구결과및고찰 나. 다이옥신분석결과우선분, 본선 1차, 본선 2차의수입바이오고형연료 (PKS) 를석탄단독및혼소시의배출가스를채취하여잔류성유기오염물질공정시험법에의거하여다이옥신을분석한결과는아래의 <Table 14, 15, 16> 와같다. Blank의분석결과석탄을연료로사용하는연소로에서의다이옥신은검출되지않았다. 석탄 (90%) 와 PKS (10%) 를투입시 EP전단에서는 0.000 ~ 0.001ng-TEQ/Sm 3 이발생하였고, 굴뚝에서는 0.000 ng-teq/sm 3 의다이옥신이발생하였다. <Table 14> Concentration of dioxins in the priority arrival exhaust gas 매체 배출가스 구분 다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) EP 전단 1 회 0.007 EP 전단 2 회 0.000 EP 전단 3 회 0.001 굴뚝 1 회 0.001 굴뚝 2 회 0.000 굴뚝 3 회 0.000 평균다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) 0.003 0.000 <Table 15> Concentration of dioxins in the ship's first arrival exhaust gas 매체 구분 다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) EP 전단 1 회 0.000 EP 전단 2 회 0.000 평균다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) 0.000 배출가스 EP 전단 3 회 0.000 EP 전단 (blank) 굴뚝 1,2 회 0.000 굴뚝 3 회 0.000 굴뚝 (blank) 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 23

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 16> Concentration of dioxins in the ship's secondary arrival exhaust gas 매체구분다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) 평균다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) EP 전단 1 회 0.000 EP 전단 2 회 0.000 0.001 EP 전단 3 회 0.003 배출가스 Blank 0.000 0.000 굴뚝 1 회 0.000 굴뚝 2 회 0.000 0.000 굴뚝 3 회 0.000 Blank 0.000 0.000 다. 소각재중다이옥신및중금속검사결과우선분, 본선1차, 본선2차의 PKS 혼소및 Blank 시의발생한소각재를채취하여다이옥신을검사하고분석한결과는다음의 <Table 17, 18, 19> 와같다. 바닥재 (Blank) 의경우 0.000 ~ 0.011pg-TEQ/g 이발생하였고, 석탄 (90%) 와 PKS(10%) 투입시 0.000pg-TEQ/g이발생하였다. 비산재 (Blank) 의경우 0.000 ~ 0.890pg-TEQ/g이발생하였으며, 석탄 (90%) 와 PKS(10%) 투입시 0.000 ~ 0.037pg-TEQ/g이발생하였다. <Table 17> Dioxin analysis of priority arrival incineration residues 매체구분다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) 평균다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) 소각잔재물 바닥재 1회 0.011pg-TEQ/gdry 바닥재 2회 0.000pg-TEQ/gdry 비산재1 회 0.890pg-TEQ/gdry 비산재2 회 0.010pg-TEQ/gdry 0.006pg-TEQ/gdry 0.45pg-TEQ/gdry 24

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 18> Dioxin analysis of ship's first arrival incineration residues 매체구분다이옥신농도 ( ng-teq/sm 3 ) 평균다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) 바닥재 1 회 바닥재 2 회 0.000pg-TEQ/gdry 0.000pg-TEQ/gdry 0.000pg-TEQ/gdry 소각잔재물 blank 0.000pg-TEQ/gdry 0.000pg-TEQ/gdry 비산재1 회 0.000pg-TEQ/gdry 0.000pg-TEQ/gdry 비산재2 회 0.000pg-TEQ/gdry Blank 0.000pg-TEQ/gdry 0.000pg-TEQ/gdry <Table 19> Dioxin analysis of ship's secondary arrival incineration residues 매체구분다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) 평균다이옥신농도 (ng-teq/sm 3 ) 소각잔재물 바닥재 1회 0.000pg-TEQ/gdry blank 0.000pg-TEQ/gdry 비산재 1회 0.037pg-TEQ/gdry Blank 0.141pg-TEQ/gdry 0.000pg-TEQ/gdry 0.089pg-TEQ/gdry <Table20,21,22,23> 는우선분, 본선 1차, 본선 2차의 PKS 혼소및 Blank 시발생한소각재를채취하여중금속의함량시험과용출시험을한결과이다. 비산재와바닥재에서 Cu 의함량이다소높게나타났으며, 석탄단독보다는혼소시에조금더높게나타났다. 바닥재의경우 2차때보다 1차때가 Pb,As,Hg,CN 의농도가나타나 1차때의중금속농도높은것으로나타났다. 용출시험의경우비산재의 Cr +6 의농도가 0.11mg/kg 에서 0.6mg/kg 으로나타났으며, 나머지항목은불검출되었다. 이에소각재의비산재와바닥재의함량및용출시험결과환경성에는문제가없는것으로판단되며, 재활용기준에따라시멘트제조시설의활용이가능할것으로판단된다. 21) 25

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 20> Result heavy metal content of Fly ash of priority arrival, ship's first arrival, ship's secondary arrival 구분 수분강열감량 Cu Pb Cd Cr+6 As Hg CN (%) (%) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) 우선분 0.01 - N.D N.D N.D 1.86 N.D 0.32 0.10 1차혼소 0.04-88.45 4.94 N.D 7.16 15.61 0.59 0.11 Blank 0.02-67.11 4.6 N.D 9.28 14.25 0.22 0.12 2차혼소 - - 20.99 5.13 N.D 5.09 7.41 0.18 0.05 Blank - - 19.79 4.36 N.D 5.48 7.87 0.19 0.04 <Table 21> Result heavy metal content of Bottom ash of first arrival, ship's secondary arrival priority arrival, ship's 구분 수분강열감량 Cu Pb Cd Cr+6 As Hg CN (%) (%) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) (mg/kg) 우선분 0.09 1.48 N.D N.D N.D 2.59 N.D 0.03 0.03 1차혼소 0.00 2.94 59.5 1.43 N.D 1.87 1.89 0.02 0.03 Blank 0.08 2.03 55.40 1.16 N.D 1.53 1.92 0.01 0.03 2차혼소 - - 7.11 N.D N.D 1.70 N.D N.D N.D Blank - - 5.55 N.D N.D N.D N.D N.D N.D <Table 22> Result heavy metal elution of Fly ash of priority arrival, ship's first arrival, ship's secondary arrival 구분 수분강열감량 Cu Pb Cd Cr+6 As Hg CN (%) (%) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 우선분 0.01-0.02 N.D N.D 0.6 N.D N.D 0.01 1차혼소 0.04 - N.D N.D N.D 0.08 N.D N.D 0.01 Blank 0.02 - N.D N.D N.D 0.11 N.D N.D 0.01 2차혼소 - - N.D N.D N.D 0.14 N.D N.D N.D Blank - - N.D N.D N.D 0.21 N.D N.D N.D 26

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 23> Result heavy metal elution of Bottom ash of priority arrival, ship's first arrival, ship's secondary arrival 구분 수분강열감량 Cu Pb Cd Cr+6 As Hg CN (%) (%) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) 우선분 0.09 1.48 0.01 N.D N.D 0.03 N.D N.D N.D 1차혼소 0.00 2.94 N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D Blank 0.08 2.03 0.01 N.D N.D N.D N.D N.D N.D 2차혼소 - - N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D Blank - - N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D 라. 투입원료에대한분석 D화력발전시설에는유동층소각로를이용하여원료인석탄을주로이용하여발전하는시설로서이번신재생에너지의무사용제도 (RPS) 에따라 2020년까지신재생에너지 10% 를의무투입하여야함으로서신재생에너지인팜껍질을이용하여최대 10% 를혼소하여실험을수행하였다. 석탄의종류로는수입유연탄과국내산무연탄으로이루어지며투입비율은석탄의재질과특성에따라정해져원료가투입되어지고있다. <Table 24> 에제시한것처럼본선1차의경우석탄과혼소시환경성분석은운전때열량과소모되는석탄의량에따라비율이일정하지않아 3종의수입유연탄 (75%) 은 Riotinto산과 Sonoma 산, 베트남산이며, 국내산무연탄 (25%) 은강원도에서캐는경동제품으로하여총량중 90% 를팜껍질을총투입률대비 10% 를유지하였다. 본선 2차의경우는 2종의수입유연탄 (80%) 은 1차와같이베트남산과 Sonoma산이고, 국내산무연탄 (20%) 도강원도지역에서생산되는경동제품을일정하게연소시투입하여실험을수행하였다. 상세한중금속성분은표에제시하였고, 망간과아연이대체적으로용출이나타나는것으로보인다. 27

Ⅲ. 연구결과및고찰 <Table 24> In dissolution profile test results of te raw material (coal, coal + PKS) 구 분 As Cd Co Cr Cu Mn Ni Pb Sb V Zn CN Hg 베트남-1 수입유연탄 N.D N.D N.D N.D N.D 0.001 0.001 N.D N.D 0.001 0.016 N.D N.D Riotinto-1 수입유연탄 N.D N.D N.D N.D N.D 0.015 0.009 N.D N.D 0.021 0.144 N.D N.D 본선 1 차 Sonoma-1 수입유연탄 N.D N.D N.D N.D N.D 0.004 0.001 N.D 0.003 0.003 0.090 N.D N.D 경동-1 국내무연탄 N.D N.D N.D N.D N.D 0.202 0.010 N.D 0.006 N.D 0.102 N.D N.D Sonoma 33.6% + 혼합-1 경동 25.6% + Riotinto 26.5% + PKS 10% + Ash 4.3% N.D N.D N.D N.D N.D 0.001 0.001 N.D 0.004 0.024 0.036 N.D N.D 베트남 수입유연탄 N.D N.D 0.001 N.D N.D 0.001 0.001 N.D 0.005 N.D 0.059 N.D N.D 경동국내무연탄 N.D N.D N.D N.D N.D 0.005 N.D N.D N.D 0.001 0.064 N.D N.D 본선 2 차 Sonoma 수입유연탄 N.D N.D N.D N.D N.D 0.003 N.D N.D N.D 0.005 0.084 N.D N.D 혼탄 90% 혼합 (Sonoma 50% + 베트남 30% + 경동 20%) + PKS 10% N.D N.D N.D N.D N.D 0.018 N.D N.D 0.003 0.004 0.093 N.D N.D 28

Ⅲ. 연구결과및고찰 라. 바이오매스함량수입바이오고형연료 (PKS) 의바이오매스합량을알기위하여방사성동위탄소측정법 19) (AMS) 과용해선별법 19) (SDM) 을통해바이오매스함량을분석하였다.SDM 을통한바이오매스의함량은 95.95%,95.84%,97.56% 로바이오고형연료제품품질기준인 95% 보다높은결과를나타냈다. 또한 AMS 를통한 PKS 의바이오매스의함량은 97.96%, 99.37%,98.38% 로바이오고형연제품품질기준보다높은함량을나타냈으며, 이것은용해선별법 (SDM) 을이용한결과보다더높은바이오매스함량결과를나타냈다. <Table 25> Biomass content of PKS 구분 AMS를통한바이오매스함량 (%) SDM을통한바이오매스함량 (%) PKS - 1 97.96 95.95 PKS - 2 99.37 95.84 PKS - 3 98.38 97.56 동해화력발전소에서석탄단독 (Blank) 과수입바이오고형연료 (PKS) 와의혼소시배출되는배출가스를채취하여방사성동위탄소측정법 (AMS) 을이용하여바이오매스함량을측정하였다. 본선 1차혼소하였을때배출되는가스의화석탄소함량은 90.70% 이며바이오매스함량은 9.30% 였다. 석탄단독 (Blank) 으로전소하였을때의화석탄소의함량은 99.35% 이고, 바이오매스함량은 0.65% 였다. 본선 2차혼소하였을때배출되는가스의화석탄소함량은 91.14% 이고, 바이오매스함량은 8.86% 였다. 석탄단독 (Blank) 으로전소하였을때배출가스의화석탄소의함량은 99.21% 이며, 바이오매스함량은 0.79% 였다. <Table 26> Biomass content of the exhaust gas during coal along and biomass mixed combustion 구분 원료 화석탄소함량 (%) 바이오매스함량 (%) 1차혼소 석탄 (90%)+PKS(10%) 90.70 9.30 1차 Blank 석탄 (100%) 99.35 0.65 2차혼소 석탄 (90%)+PKS(10%) 91.14 8.86 2차 Blank 석탄 (100%) 99.21 0.79 29

Ⅳ. 결론 Ⅳ. 결론 신재생에너지의무할당제 (RPS,RenewablePortfolioStandard) 가시행됨에따라목재펠릿의수요증가에따른공급량부족을해결하기위해해외에서목재를대체할수있는다양한바이오매스를수입하여해결해야하는실정이다. 따라서본연구에서는그중에서도오일팜의재배면적이전세계적으로 60% 를차지하는말레이시아, 인도네시아의팜오일생산에서발생되는부산물인팜껍질 (PKS,Palm KernelShel) 을수입하여화력발전시설에석탄과혼소하여연소할시 PKS 의품질및연료화가능성평가, 연료화시환경성분석 ( 대기오염물질, 다이옥신, 소각재재활용등 ) 에대하여검토하고결론을도출하였다. 1.PKS 의연료화가능성을알아보기위해 Coal,PKS,WCF 을공업분석, 원소분석, 발열량분석을시행한결과연료로사용되는석탄과 WCF 의결과와비교하였을때연료대체용으로문제되는사항이없었으며, 발열량또한석탄보다낮지만 WCF 보다높은발열량값이나왔으며, 이는 PKS 를연료로사용할수있다고판단된다. 2. 우선분, 본선 1차, 본선 2차중인도네시아, 국내동해항에서채취한수입바이오고형연료제품 (PKS) 의품질검사결과품질기준에만족하였으나, 본선 2차동해에서채취한 PKS 의수분이바이오고형연료제품품질기준인 25% 를초과했다. 이는인도네시아현지에서채취한시료는수분조건을만족하였으나, 현지선적시와국내도착시기후상황에따른결과로판단되며, 이후품질개선에따라재분석을실시하여수분함유량 25% 이하를만족시켰다. 3. 우선분, 본선 1차, 본선 2차의 PKS 를동해화력발전소에서석탄단독및혼소시의 EP 전단과굴뚝에서의대기오염물질을분석한결과혼소시 EP 전단에서입자상물질인아연 (Zn) 화합물과가스상물질인포름알데히드 (HCHO), 브롬 (Br) 화합물이증가하며입자상물질인수은과가스상물질인염화수소 (HCl), 시안화수소 (HCN) 는감소했다. 굴뚝에서는가스상물질인포름알데히드 (HCHO) 와브롬 (Br) 화합물이증가했으며, 염화수소 (HCl) 와시안화수소 (HCN) 는감소했다. 이를토대로대기오염물질배출허용기준에만족하는지평가한결과전항목이만족하였다. 30

Ⅳ. 결론 4. 석탄단독 (Blank) 및우선분, 본선 1차, 본선 2차의 PKS 와혼소시의배출가스를채취하여다이옥신을분석한결과석탄단독투입시에는다이옥신이검출되지않았다. 석탄 (90%) 과 PKS(10%) 를혼소시 EP 전단에서는 0.000 ~ 0.001ng-TEQ/Sm 3 이발생하였고, 굴뚝에서는 0.000ng-TEQ/Sm 3 의다이옥신이발생하였다. 5. 석탄단독 (Blank) 및우선분, 본선 1차, 본선 2차의 PKS 와혼소시의소각재를채취하여다이옥신을분석한결과바닥재 (Blank) 의경우 0.000 ~ 0.011pg-TEQ/g 이발생하였고, 석탄 (90%) 와 PKS(10%) 혼소시 0.000pg-TEQ/g 이발생하였다. 비산재 (Blank) 의경우 0.000~0.890pg-TEQ/g 이발생하였으며, 석탄 (90%) 와 PKS(10%) 혼소시 0.000~ 0.037pg-TEQ/g 이발생하였다. 또한발생한소각재인바닥재와비산재에대하여중금속의함량시험과용출시험을한결과환경성에는문제가없는것으로판단된다. 6. 방사성동위탄소측정법 (AMS) 와용해선별법 (SDM) 을통해수입바이오고형연료 (PKS) 의바이오매스함량을분석한결과바이오고형연료제품품질기준인 95% 보다높은결과를나타냈으며,AMS 를통한결과가 SDM 을이용한결과보다더높은바이오매스함량결과를나타냈다. 또한동해화력발전소에서석탄단독 (Blank) 과 PKS 와혼소시의배출가스를채취하여 AMS 를이용하여바이오매스함량을측정한결과, 석탄단독시에는각각 99.35%,99.21% 의화석탄소함량과 0.65%,0.79% 의바이오매스함량을보였으며, 석탄 (90%),PKS(10%) 혼소시에는각각 90.70%,91.14% 의화석탄소함량과 9.30%,8.86% 의바이오매스함량을나타냈다. 31

참고문헌 참고문헌 1. 충남대학교산학협력단, 산림청, 목질자원대체오일팜바이오매스고도활용기술연구,2011 2. htp://terms.naver.com/entry.nhn?docid=1233581&cid=40942&categorid=3 2375, 동해화력발전소 3. htp://www.ewp.co.kr/kor/main/main.asp, KOREA EAST-WEST POWER CO.,LT,2014 4.EN 15440,Solid recovered fuels -Methods for the determination of biomasscontent 5. 국립환경과학원, 발전시설다이옥신시료채취및분석,2012 년 6. 국립환경과학원, 폐기물재생에너지사용시설의바이오매스중립탄소및배출권에관한연구 (Ⅰ),2014 7. 환경부, 고형연료제품품질기준개선 ( 안 ) 및폐기물처리시설최적화주요내용,2011 8. 자원의절약과재활용촉진에관한법률 9. 폐기물관리법 10. 잔류성유기오염물질관리법 11. 한국환경공단, 고형연료제품원료품질기준재설정및품질표시제에관한 연구,2011 년 12.htp://www.mpobgov.my, 말레이시아오일팜위원회홈페이지 13. 에너지경제연구원,RPS 대응국내외바이오폐기물에너지원잠재량분석 및확보방안,2013 년 32

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