최근 들어 지구환경보전을 위한 관심이 높아지면서, 지구의 온난화를 방지하기 위하여 화석연료 연소시스템의 효율 극대화, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지 절약기술, 배출되는 이산화탄소의 분리·회수기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화하는 기술, 화석연료를 사용하지 않는 신재생에너지 기술 등이 절실히 필요하게 되었다.
국가보고서에는 교토의정서에서 지구온난화 원인물질 중 규제 대상가스로서 설정된 6개 물질 (...
최근 들어 지구환경보전을 위한 관심이 높아지면서, 지구의 온난화를 방지하기 위하여 화석연료 연소시스템의 효율 극대화, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지 절약기술, 배출되는 이산화탄소의 분리·회수기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화하는 기술, 화석연료를 사용하지 않는 신재생에너지 기술 등이 절실히 필요하게 되었다.
국가보고서에는 교토의정서에서 지구온난화 원인물질 중 규제 대상가스로서 설정된 6개 물질 (CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6)의 우리나라 온실가스 배출량에 대한 내용중에 에너지, 산업공장, 농업축산, 임업, 수송, 폐기물 부문의 국가통계자료가 포함되어야 한다. 기후변화협약 제4조 및 제12조의 규정에는 온실가스의 배출량에 대한 국가 통계를 제출하도록 규정하고 있으며, 온실가스 감축의무가 시행되면 배출량의 과다산정은 경제적 손실로 이어지게 된다.
우리나라는 지난 10년간 기후변화협약 관련 시장체제에서 유리한 위치를 선점하기 위해 정확한 온실가스 배출량을 산정하기 위한 연구를 지속적으로 진행하여 왔다. 그러나 아직까지 온실가스 배출량 산정에 매우 중요한 배출계수와 주요 변수 결정과정의 정도관리 및 불확실성에 대한 조사연구는 부족한 실정이며 이에 대한 연구가 절실히 필요하다. 상대적으로 미미하였다. 국가 온실가스 배출량의 정확하고 신뢰성 있는 산정을 위해 소각분야에서는 단위 소각장별 특성을 반영한 배출계수 및 활동자료의 적용이 필요하다. 소각시설별로 세부적이고 구체적인 배출계수를 활용하면 IPCC 가이드라인에서 권고하고 있는 Tier3 수준의 정확한 배출량 산정이 가능하게 된다.
본 연구는 다음과 같은 두 가지 주요 목적을 위하여 수행하였다.
첫째, 생활폐기물 소각시설에서 발생하는 배출가스 중에 포함되어 있는 CO2의 특성을 파악하고 배출계수를 분석하는 것이다. 국내의 폐기물 특성을 고려한 생활폐기물 소각시설의 CO2 배출량을 산정하기 위하여 소각 폐기물 중 건조함량 비율과 건조한 물질 중 탄소 비율을 분석하였고, 온실가스 배출특성도 분석하였다. 국내 도시폐기물 특성을 반영한 생활폐기물 소각장의 CO2 배출량을 2006 IPCC 가이드라인에서 제공하는 기본값을 배출계수로 이용한 Tier2a 방법과 시설 고유값을 이용하는 Tier3 방법을 적용하여 비교 분석하였다. 시설고유 배출계수를 얻기 위하여 소각장에 반입되는 폐기물의 조성비율(%), 건조물질 함량, 탄소비율, 산화계수 등의 고유한 자료를 분석하여 적용하였다. 본 연구결과 Tier2a 방법에 의한 CO2 배출량은 평균 34,545ton/y, Tier3 방법에 배출량은 평균 31,066 ton/y로 Tier 2a가 Tier3보다 11.2% 과대평가되는 결과를 얻었다. 따라서, 우리나라 생활폐기물 소각장에서 발생하는 CO2 배출량의 보다 정확한 통계를 확보하기 위해서는 IPCC 산정지침에서 제공하는 기본값이 아닌 국내 생활폐기물 특성을 반영한 국가고유 배출계수의 개발이 필요하다. 본 연구는 단일 도시폐기물 소각시설의 폐기물 특성값을 활용한 결과로써 추후, 국가고유 배출계수의 개발을 위하여 다양한 소각시설에 대한 지속적인 연구의 필요성을 제시한다.
둘째, 대규모 생활폐기물의 소각과정에서 발생하는 실제 배가스에 포함된 이산화탄소의 흡착분리기술에 대한 검토 및 여러 가지 흡착제에 대한 흡착 실험분석 및 평가를 통하여 향후 이산화탄소 흡착 제거설비의 운전조건을 확립하고 운전의 안정성을 확인함으로써 경제적 부담을 최소화시키고 기존의 생활폐기물 소각장에 적용성이 높은 CO2 제어기술에 대한 방향을 제시하고자 한다.
대형 배출원에 대한 이산화탄소 포집은 주로 습식공정에 의존하고 있으나, 설비구성과 비용, 환경적 요인 등의 문제점으로 인해 다양한 대안적인 기술이 개발되고 있다. 그 가운데 가장 효과적인 방법이 고온에서의 건식 흡수처리이다. 그러나 흡착공정은 발열과정이며, 배출가스에 다량 포함된 수분의 영향을 크게 받음에 따라 유입가스의 냉각이나 수분 트랩 등이 필요할 수도 있다. 본 연구에서는 신물질 개발보다는 기존의 상업용 흡착제를 적용함으로써 경제성이나 CO2 처리능을 개괄적으로 고찰하고자 하였다.
본 연구에서는 시험할 흡착제로 세 종류를 준비하였다. 첫 번째 시료는 이산화탄소 흡착용으로 제조된 상용 제올라이트 13X(UOP, USA)-2mm와 4mm인 두 종류를 이용하였다. 두 번째 시료는 발전소 등 400℃ 이상의 고온 배출가스 처리에 사용되고 있는 구형 CaO pellet이다. 세 번째 시험용 시료는 배출가스의 탈황공정(FGD)에서 황을 건식흡수법으로 제거하는데 사용되고 있는 공업용 소석회(Ca(OH)2)이다. 이때 가장 일반적인 등온흡착모델을 적용하여 CO2 흡착시에 발생할 수 있는 흡착능 곡선을 반경험적으로 도출하였다. 실험실 규모로 수행한 성능특성 파악 후, 선정한 흡착제 시료를 경기도 P시의 생활폐기물 소각장 배출가스 유출공정에 적용하여 실제 배출제어 가능성을 평가하였다. 아울러 흡착공정의 중요한 장점인 흡착제 재생에 관해서도 몇가지 변수를 적용하여 확인하였다. 소각장에서 발생되고 있는 이산화탄소의 처리를 위하여 기 개발되어 있는 13X, 5A 계열의 건식흡착제를 사용하여 적용 가능여부를 확인하기 위하여 기초 흡착능 평가를 실시하였다. 또한 흡착능을 근본적으로 개선하기 위하여 선택도를 높이며 흡착량을 개선하기 위하여 표면개질을 시도하여 Lab-Scale의 장치를 제작하여 추후 소각장에서 배출되는 연소가스의 일부를 직접 처리하기 위한 기초 연구를 실시하였다. 정량적으로 평가하기 위한 방법으로는 NDIR 방식의 센서를 사용하여 시스템의 전·후단의 농도를 실시간으로 비교함으로써 흡착제의 성능을 정량화였다. 건식 흡착공정의 가장 큰 장점 가운데 하나가 운전의 간편성과 재생성에 의한 경제성이다.
따라서 사용한 흡착제 입자의 재생성능을 평가하기 위하여 각 흡착제별로 세 가지 조건(200℃, 300℃, 400℃)에서 각각 2시간동안 가열하며 재생시킨 후, 흡착시험을 반복하였다. 본 연구는 현장적용을 가정한 실용화 연구결과로서 400℃ 이상의 온도는 경제성이 급격히 낮아질 것으로 판단되어 400℃를 최대 탈착․재생조건으로 선정하였다. 그러나 400℃ 이하의 온도에서 2시간 이내의 순간 탈착․재생조건이 가능하다면 추후 연구개발의 의미가 있다고 사료된다.
주요어
온실가스, 배출계수, IPCC, UNFCCC, 소각로, 건식 흡착제, 건조물질 함량, 탄소비율, 파과시간, SEM/EDX 분석, 등온흡착모델, XRD분석
최근 들어 지구환경보전을 위한 관심이 높아지면서, 지구의 온난화를 방지하기 위하여 화석연료 연소시스템의 효율 극대화, 이산화탄소 배출감소를 위한 에너지 절약기술, 배출되는 이산화탄소의 분리·회수기술, 이산화탄소를 이용하거나 고정화하는 기술, 화석연료를 사용하지 않는 신재생에너지 기술 등이 절실히 필요하게 되었다.
국가보고서에는 교토의정서에서 지구온난화 원인물질 중 규제 대상가스로서 설정된 6개 물질 (CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6)의 우리나라 온실가스 배출량에 대한 내용중에 에너지, 산업공장, 농업축산, 임업, 수송, 폐기물 부문의 국가통계자료가 포함되어야 한다. 기후변화협약 제4조 및 제12조의 규정에는 온실가스의 배출량에 대한 국가 통계를 제출하도록 규정하고 있으며, 온실가스 감축의무가 시행되면 배출량의 과다산정은 경제적 손실로 이어지게 된다.
우리나라는 지난 10년간 기후변화협약 관련 시장체제에서 유리한 위치를 선점하기 위해 정확한 온실가스 배출량을 산정하기 위한 연구를 지속적으로 진행하여 왔다. 그러나 아직까지 온실가스 배출량 산정에 매우 중요한 배출계수와 주요 변수 결정과정의 정도관리 및 불확실성에 대한 조사연구는 부족한 실정이며 이에 대한 연구가 절실히 필요하다. 상대적으로 미미하였다. 국가 온실가스 배출량의 정확하고 신뢰성 있는 산정을 위해 소각분야에서는 단위 소각장별 특성을 반영한 배출계수 및 활동자료의 적용이 필요하다. 소각시설별로 세부적이고 구체적인 배출계수를 활용하면 IPCC 가이드라인에서 권고하고 있는 Tier3 수준의 정확한 배출량 산정이 가능하게 된다.
본 연구는 다음과 같은 두 가지 주요 목적을 위하여 수행하였다.
첫째, 생활폐기물 소각시설에서 발생하는 배출가스 중에 포함되어 있는 CO2의 특성을 파악하고 배출계수를 분석하는 것이다. 국내의 폐기물 특성을 고려한 생활폐기물 소각시설의 CO2 배출량을 산정하기 위하여 소각 폐기물 중 건조함량 비율과 건조한 물질 중 탄소 비율을 분석하였고, 온실가스 배출특성도 분석하였다. 국내 도시폐기물 특성을 반영한 생활폐기물 소각장의 CO2 배출량을 2006 IPCC 가이드라인에서 제공하는 기본값을 배출계수로 이용한 Tier2a 방법과 시설 고유값을 이용하는 Tier3 방법을 적용하여 비교 분석하였다. 시설고유 배출계수를 얻기 위하여 소각장에 반입되는 폐기물의 조성비율(%), 건조물질 함량, 탄소비율, 산화계수 등의 고유한 자료를 분석하여 적용하였다. 본 연구결과 Tier2a 방법에 의한 CO2 배출량은 평균 34,545ton/y, Tier3 방법에 배출량은 평균 31,066 ton/y로 Tier 2a가 Tier3보다 11.2% 과대평가되는 결과를 얻었다. 따라서, 우리나라 생활폐기물 소각장에서 발생하는 CO2 배출량의 보다 정확한 통계를 확보하기 위해서는 IPCC 산정지침에서 제공하는 기본값이 아닌 국내 생활폐기물 특성을 반영한 국가고유 배출계수의 개발이 필요하다. 본 연구는 단일 도시폐기물 소각시설의 폐기물 특성값을 활용한 결과로써 추후, 국가고유 배출계수의 개발을 위하여 다양한 소각시설에 대한 지속적인 연구의 필요성을 제시한다.
둘째, 대규모 생활폐기물의 소각과정에서 발생하는 실제 배가스에 포함된 이산화탄소의 흡착분리기술에 대한 검토 및 여러 가지 흡착제에 대한 흡착 실험분석 및 평가를 통하여 향후 이산화탄소 흡착 제거설비의 운전조건을 확립하고 운전의 안정성을 확인함으로써 경제적 부담을 최소화시키고 기존의 생활폐기물 소각장에 적용성이 높은 CO2 제어기술에 대한 방향을 제시하고자 한다.
대형 배출원에 대한 이산화탄소 포집은 주로 습식공정에 의존하고 있으나, 설비구성과 비용, 환경적 요인 등의 문제점으로 인해 다양한 대안적인 기술이 개발되고 있다. 그 가운데 가장 효과적인 방법이 고온에서의 건식 흡수처리이다. 그러나 흡착공정은 발열과정이며, 배출가스에 다량 포함된 수분의 영향을 크게 받음에 따라 유입가스의 냉각이나 수분 트랩 등이 필요할 수도 있다. 본 연구에서는 신물질 개발보다는 기존의 상업용 흡착제를 적용함으로써 경제성이나 CO2 처리능을 개괄적으로 고찰하고자 하였다.
본 연구에서는 시험할 흡착제로 세 종류를 준비하였다. 첫 번째 시료는 이산화탄소 흡착용으로 제조된 상용 제올라이트 13X(UOP, USA)-2mm와 4mm인 두 종류를 이용하였다. 두 번째 시료는 발전소 등 400℃ 이상의 고온 배출가스 처리에 사용되고 있는 구형 CaO pellet이다. 세 번째 시험용 시료는 배출가스의 탈황공정(FGD)에서 황을 건식흡수법으로 제거하는데 사용되고 있는 공업용 소석회(Ca(OH)2)이다. 이때 가장 일반적인 등온흡착모델을 적용하여 CO2 흡착시에 발생할 수 있는 흡착능 곡선을 반경험적으로 도출하였다. 실험실 규모로 수행한 성능특성 파악 후, 선정한 흡착제 시료를 경기도 P시의 생활폐기물 소각장 배출가스 유출공정에 적용하여 실제 배출제어 가능성을 평가하였다. 아울러 흡착공정의 중요한 장점인 흡착제 재생에 관해서도 몇가지 변수를 적용하여 확인하였다. 소각장에서 발생되고 있는 이산화탄소의 처리를 위하여 기 개발되어 있는 13X, 5A 계열의 건식흡착제를 사용하여 적용 가능여부를 확인하기 위하여 기초 흡착능 평가를 실시하였다. 또한 흡착능을 근본적으로 개선하기 위하여 선택도를 높이며 흡착량을 개선하기 위하여 표면개질을 시도하여 Lab-Scale의 장치를 제작하여 추후 소각장에서 배출되는 연소가스의 일부를 직접 처리하기 위한 기초 연구를 실시하였다. 정량적으로 평가하기 위한 방법으로는 NDIR 방식의 센서를 사용하여 시스템의 전·후단의 농도를 실시간으로 비교함으로써 흡착제의 성능을 정량화였다. 건식 흡착공정의 가장 큰 장점 가운데 하나가 운전의 간편성과 재생성에 의한 경제성이다.
따라서 사용한 흡착제 입자의 재생성능을 평가하기 위하여 각 흡착제별로 세 가지 조건(200℃, 300℃, 400℃)에서 각각 2시간동안 가열하며 재생시킨 후, 흡착시험을 반복하였다. 본 연구는 현장적용을 가정한 실용화 연구결과로서 400℃ 이상의 온도는 경제성이 급격히 낮아질 것으로 판단되어 400℃를 최대 탈착․재생조건으로 선정하였다. 그러나 400℃ 이하의 온도에서 2시간 이내의 순간 탈착․재생조건이 가능하다면 추후 연구개발의 의미가 있다고 사료된다.
주요어
온실가스, 배출계수, IPCC, UNFCCC, 소각로, 건식 흡착제, 건조물질 함량, 탄소비율, 파과시간, SEM/EDX 분석, 등온흡착모델, XRD분석
In recent years, conservation of global environment has relates closely with some technical approaches such as high-efficiency fuel combustion, energy saving techniques to reduce CO2 emission, separation and recovery of emitted CO2, utilization or fixation of CO2, and development of renewable energy...
In recent years, conservation of global environment has relates closely with some technical approaches such as high-efficiency fuel combustion, energy saving techniques to reduce CO2 emission, separation and recovery of emitted CO2, utilization or fixation of CO2, and development of renewable energy.
The national statistical data for energy, industrial processes, agriculture, forestry, transportation and wastes treatment have to include six chemicals(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6) which Kyoto Protocol classified as restricted gases.
The Article 4 and 12 of the Climatic Change Convention enacted that every country has to submit the national statistical data of greenhouse gas emission amount so that an excessive evaluation of the data may lead to economic loss. Thus, Korea has carried out various researches to find an accurate method for the determination of GHG emission rate over the last ten years. However, there still is lack of the studies associated with uncertainty of the emission factor which affects the amount of GHG emission. It needs to develop the verification tools which can improve the accuracy of emission factor.
In order to enable the reliable evaluation of national GHG emission, it requires the emission factor and active data that postulate the particular characteristics of individual incinerators. Application of the detailed emission factors for each incinerator can present the evaluation as good as Tier 3 recommended by IPCC.
This study has been carried out to achieve the following two major objectives.
Firstly, physical-chemical characteristics of CO2 contained in the flue gas from the incinerator were closely reviewed and its emission factor was analyzed. In order to evaluate the CO2 emission from a domestic MSW incinerator, the rate of dry basis content and carbon content of dry matters were analyzed.
According to the results obtained from this study, while the average emission amount of CO2 based on the Tier 2a was 34,545 ton/y, Tier 3 produced it with 31,066 ton/y. It indicated that Tier 2a resulted in 11.2% more than Tier 3. Thus, a national scheme which can involve our own domestic characteristics of the MSW must be established. It will provide a more reasonable estimates above the IPCC guideline. The present study presented the necessity of consistent researches to develop the national emission factors on the basis of incineration behavior for domestic MSW.
Secondly, a capture and separation process including gas adsorption was reviewed in terms of lab and field tests. A few commercial adsorbents were closely characterized and applied to the gaseous CO2 adsorption. Although large emission sources depend usually on wet processes, configuration of the facilities and cost and environmental parameters have limited its practical application. Therefore, the dry adsorption process could be taken into frequent consideration. The adsorption process is an exothermic process, and a water trap and cooling process of the incoming gas may be required because of the moisture in the flue gas. The present work attempted to find the potential capacity of commercial adsorbents for CO2 adsorption.
The test adsorbents included zeolite 13X(UOP,USA)-2 mm and 4 mm, CaO pellet for hot gas treatment and a industrial grade Ca(OH)2 which is for the FGD process. Through the typical adsorption isotherm equilibria examination, adsorption mechanisms of each sample sorbent were verified in terms of experimental condition of the lab-scale.
Spherical pellets of zeolite 13X were then added to the packed column for the field test of P-city in Kyunggi-do. In order to estimate the regeneration performance of adsorption, TSA process involving the thermal treatment (200℃, 300℃, 400℃) for 2 hours repeatedly refreshed the used sorbents. Through this TPD test, 400℃ was found to be the optimum temperature to renew the adsorbents.
On the other hand, cost evaluation with the environmental benefit was assessed based on the above field test. The operation of adsorption process to reduce CO2 emission would need the cost about 17 times higher than the benefit from the CDM of EU basis. Nevertheless more efficient adsorbents with massive production may diminish the operation cost and can meet the international requirement for greenhouse gas emission.
key Words
Greenhouse gas(GHG), Emission Factor, IPCC, UNFCCC, Incineration, Dry absorbent, Dry matter content, Carbon fraction, SEM/EDX , Isothermal absorption model, XRD
In recent years, conservation of global environment has relates closely with some technical approaches such as high-efficiency fuel combustion, energy saving techniques to reduce CO2 emission, separation and recovery of emitted CO2, utilization or fixation of CO2, and development of renewable energy.
The national statistical data for energy, industrial processes, agriculture, forestry, transportation and wastes treatment have to include six chemicals(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6) which Kyoto Protocol classified as restricted gases.
The Article 4 and 12 of the Climatic Change Convention enacted that every country has to submit the national statistical data of greenhouse gas emission amount so that an excessive evaluation of the data may lead to economic loss. Thus, Korea has carried out various researches to find an accurate method for the determination of GHG emission rate over the last ten years. However, there still is lack of the studies associated with uncertainty of the emission factor which affects the amount of GHG emission. It needs to develop the verification tools which can improve the accuracy of emission factor.
In order to enable the reliable evaluation of national GHG emission, it requires the emission factor and active data that postulate the particular characteristics of individual incinerators. Application of the detailed emission factors for each incinerator can present the evaluation as good as Tier 3 recommended by IPCC.
This study has been carried out to achieve the following two major objectives.
Firstly, physical-chemical characteristics of CO2 contained in the flue gas from the incinerator were closely reviewed and its emission factor was analyzed. In order to evaluate the CO2 emission from a domestic MSW incinerator, the rate of dry basis content and carbon content of dry matters were analyzed.
According to the results obtained from this study, while the average emission amount of CO2 based on the Tier 2a was 34,545 ton/y, Tier 3 produced it with 31,066 ton/y. It indicated that Tier 2a resulted in 11.2% more than Tier 3. Thus, a national scheme which can involve our own domestic characteristics of the MSW must be established. It will provide a more reasonable estimates above the IPCC guideline. The present study presented the necessity of consistent researches to develop the national emission factors on the basis of incineration behavior for domestic MSW.
Secondly, a capture and separation process including gas adsorption was reviewed in terms of lab and field tests. A few commercial adsorbents were closely characterized and applied to the gaseous CO2 adsorption. Although large emission sources depend usually on wet processes, configuration of the facilities and cost and environmental parameters have limited its practical application. Therefore, the dry adsorption process could be taken into frequent consideration. The adsorption process is an exothermic process, and a water trap and cooling process of the incoming gas may be required because of the moisture in the flue gas. The present work attempted to find the potential capacity of commercial adsorbents for CO2 adsorption.
The test adsorbents included zeolite 13X(UOP,USA)-2 mm and 4 mm, CaO pellet for hot gas treatment and a industrial grade Ca(OH)2 which is for the FGD process. Through the typical adsorption isotherm equilibria examination, adsorption mechanisms of each sample sorbent were verified in terms of experimental condition of the lab-scale.
Spherical pellets of zeolite 13X were then added to the packed column for the field test of P-city in Kyunggi-do. In order to estimate the regeneration performance of adsorption, TSA process involving the thermal treatment (200℃, 300℃, 400℃) for 2 hours repeatedly refreshed the used sorbents. Through this TPD test, 400℃ was found to be the optimum temperature to renew the adsorbents.
On the other hand, cost evaluation with the environmental benefit was assessed based on the above field test. The operation of adsorption process to reduce CO2 emission would need the cost about 17 times higher than the benefit from the CDM of EU basis. Nevertheless more efficient adsorbents with massive production may diminish the operation cost and can meet the international requirement for greenhouse gas emission.
key Words
Greenhouse gas(GHG), Emission Factor, IPCC, UNFCCC, Incineration, Dry absorbent, Dry matter content, Carbon fraction, SEM/EDX , Isothermal absorption model, XRD
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.