폐기물을 이용한 고형연료의 제조는 온실가스 저감과 대체연료로써의 이윤 창출 목적으로 많은 연구가 진행되었고, 이로 인해 상용화가 이루어 질 정도로 기술적인 발전을 거듭 하였다. 하지만, 단일폐기물에 대한 고형연료의 제조는 성분 변화가 별로 없지만 여러 가지 폐기물을 혼합하여 고형연료를 만들 경우에는 주의가 필요하다. 본 연구에서는 다양한 폐기물을 이용하여 제조한 고형연료의 특성 분석을 하였다. 특성분석 결과 성형 전 폐기물과 성형 후 고형연료는 발열량 차이가 크게 나타났으며, 그 원인으로는 폐기물의 성상, 수분, 혼합정도에 기인되었다. 균일 혼합 후 폐기물 고형연료는 발열량이 6,000kcal/kg을 넘었다.
폐기물을 이용한 고형연료의 제조는 온실가스 저감과 대체연료로써의 이윤 창출 목적으로 많은 연구가 진행되었고, 이로 인해 상용화가 이루어 질 정도로 기술적인 발전을 거듭 하였다. 하지만, 단일폐기물에 대한 고형연료의 제조는 성분 변화가 별로 없지만 여러 가지 폐기물을 혼합하여 고형연료를 만들 경우에는 주의가 필요하다. 본 연구에서는 다양한 폐기물을 이용하여 제조한 고형연료의 특성 분석을 하였다. 특성분석 결과 성형 전 폐기물과 성형 후 고형연료는 발열량 차이가 크게 나타났으며, 그 원인으로는 폐기물의 성상, 수분, 혼합정도에 기인되었다. 균일 혼합 후 폐기물 고형연료는 발열량이 6,000kcal/kg을 넘었다.
The manufacturing of the solid fuel using wastes has been studied on the purpose of the reduction of green house gases and the profit-making as alternative fuel, and thus, it has become as technically improved as to be used as business. However, the production of solid fuel with multi-wastes combina...
The manufacturing of the solid fuel using wastes has been studied on the purpose of the reduction of green house gases and the profit-making as alternative fuel, and thus, it has become as technically improved as to be used as business. However, the production of solid fuel with multi-wastes combination needs a caution while the solid fuel with one-waste has not a significant component change. This study analyzes the solid fuel components through the practical plant experiment to the various wastes. The resulted data shows a different pattern than the theoretical one in the component analysis, and it can be concluded that the adequate uniform mixing has a great influence on the manufacturing of the solid soil.
The manufacturing of the solid fuel using wastes has been studied on the purpose of the reduction of green house gases and the profit-making as alternative fuel, and thus, it has become as technically improved as to be used as business. However, the production of solid fuel with multi-wastes combination needs a caution while the solid fuel with one-waste has not a significant component change. This study analyzes the solid fuel components through the practical plant experiment to the various wastes. The resulted data shows a different pattern than the theoretical one in the component analysis, and it can be concluded that the adequate uniform mixing has a great influence on the manufacturing of the solid soil.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
이와는 다르게 본 연구에서는 폐합성수지, 폐지, 폐타이어, 폐목재 등 다양한 폐기물을 사용하여 고형연료 제조 가능성을 검토하였다.
폐기물을 이용한 재생에너지에는 크게 고형연료의 제조, 가스화, 열분해 유화 그리고 소각열 재이용이 있는데[2], 본 연구에서는 고체상 가연성 폐기물을 이물질 선별 제거, 파쇄, 성형하여 압축고형물 형태 또는 미성형 형태의 고형연료로 제조하는 기술에 관한 것이다.
제안 방법
가스포집은 그림 3과 같이 시료를 시료접시 내에 약간의 물을 가하여 잠기게 함으로써 연소 과정에서 발생된 가스가 물에 흡입되도록 하였다.
회분은 시료를 공기 중에서 815±10℃로 가열회화하고 잔류하는 재의 질량을 시료에 대한 질량 백분율로 계산하였다. 가연분은 시료 질량의 백분율에서 수분과 회분을 뺀 값에 대한 질량 백분율로 계산하였다.
결국 총발열량에서 수분의 증발열을 뺀 연료의 발열량을 저위발열량이라 하며, 본 연구에서도 고체 연료를 대상으로 실험을 하였기 때문에 저위발열량을 기준으로 실험을 수행하였다[6].
일반적으로 액체의 균일 혼합을 위해 많이 사용되는 것은 패들(paddle)에 의한 혼합이지만 본 연구에서처럼 고체 폐기물의 혼합에는 적당하지 못하다. 따라서 실험수행을 위해 균일 혼합은 쉐이커(shaker)에서 실험실 규모 수준으로 진행하였다. 파쇄 된 폐기물을 쉐이커(shaker) 위에 올려놓고 5분 간 혼합 후 성형기로 투입하였다.
본 연구에서 시료의 발열량 측정을 위해 Parr사의 6200 calorimeter를 사용하였으며, 원소분석(C, H, O, N, S)을 위해 Elementar사의 Vario Macro 원소분석기를 사용하였다.
본 연구에서 시료의 발열량 측정을 위해 Parr사의 6200 calorimeter를 사용하였으며, 원소분석(C, H, O, N, S)을 위해 Elementar사의 Vario Macro 원소분석기를 사용하였다. 열량계로 측정한 값은 고위발열량이므로 원소분석기에서 측정한 수소 값을 이용하여 저위발열량을 측정하였다.
이를 위해 본 연구에서는 실제 산업단지에서 발생한 폐기물을 이용하여 고형연료를 제조하였으며, 제조된 고형연료의 성분 및 특성을 파악하여 고형연료 제조 공정의 문제점 및 개선 방안을 고찰하였다.
앞선 실험에서 폐기물을 이용한 고형연료는 성형 전 폐기물과의 특성 차이를 보였다. 이를 위해 폐기물을 완전 단일 종으로의 선별이 불가능하다고 판단하여 혼합공정에 대한 연구를 수행하였다.
제조한 폐기물 고형연료의 특성을 알아 보기위해 삼성분(수분, 회분, 가연분), 원소분석(C, H, O, N, S), 발열량, 중금속, 염소 등을 분석하였다.
중금속 분석은 Perkin elmer사의 AAnalyst 800원자흡광분광기를 이용하였다.
폐기물은 크레인을 통해 파쇄기로 유입되며, 파쇄물의 크기는 50cm 정도이다. 파쇄 된 폐기물은 자력 선별, 풍력 선별을 통하여 금속 성분, 토사류 등을 제거하였다. 폐기물의 원활한 성형을 위하여 분쇄기에서 미세 파쇄를 행하였으며 파쇄물의 크기는 5cm 정도이다.
폐기물의 원활한 성형을 위하여 분쇄기에서 미세 파쇄를 행하였으며 파쇄물의 크기는 5cm 정도이다.
회분은 시료를 공기 중에서 815±10℃로 가열회화하고 잔류하는 재의 질량을 시료에 대한 질량 백분율로 계산하였다.
대상 데이터
본 연구를 위해 사용한 대상 폐기물은 영남권 사업장에서 많이 발생하는 폐합성수지, 폐지, 폐타이어, 폐목재이다[3].
본 연구의 원활한 수행을 위하여 그림 2와 같은 폐기물 고형연료 제조 공정에서 실험을 수행하였다. 폐기물은 크레인을 통해 파쇄기로 유입되며, 파쇄물의 크기는 50cm 정도이다.
폐기물을 이용하여 제조한 고형연료를 표 4에 나타내었다. 샘플 1은 폐합성수지 100%를 이용하여 만든 고형연료이며, 샘플 2는 폐타이어 100%를 이용, 샘플 3은 폐지 100% 이용, 샘플 4는 폐합성수지 70%, 폐지 10%, 폐타이어 10%, 폐목재 10%의 비율로 혼합하여 제조한 것이다. 폐목재는 100%를 이용하였을 경우 성형이 되지 않았는데 이는 목재 특성 상 100℃ 정도의 성형기 내부에서는 점성이 없어서 뭉쳐지지 않았기 때문이다.
이론/모형
모든 분석은 고형연료제품 품질시험·분석방법에 의거하여 실시하였다[5].
염소의 분석은 미리 물을 넣은 산소 봄베 속에 시료접시를 넣은 후 산소를 압입해서 연소시키는 산소봄베법에 따르고, 생성된 가스를 물에 흡입시켜서 이온크로마토그래프법에 따라서 염소를 구하였다.
성능/효과
1) 폐합성수지와 폐타이어는 높은 발열량을 가지는 폐기물로 고형연료 제조를 위한 좋은 원료가 될 수 있다.
2) 성형 전 폐기물과 성형 후 고형연료는 발열량 차이가 크게 나타났으며, 그 원인으로는 폐기물의 성상, 수분, 혼합 정도에 기인되었다.
3) 균일 혼합 후 폐기물 고형연료는 대체연료로써 기준이 되는 발열량 6,000kcal/kg을 만족하였다.
폐RPF 제조시 투입공정 개선 및 효율화 방안 연구에서도 혼합폐플라스틱의 성상, 종류, 시료채취시기 등에 따라 발열량은 달라진다고 보고하였다[7]. 두 번째로는 제조 공정 중 성형 후 생산 된 고형연료가 대기 중에서 많은 수분을 흡수하여 결과적으로 저위발열량이 낮아진 것으로 판단된다. 이 등[8]의 연구에서도 수분의 양은 RDF의 발열량을 저하시키는 주요 인자로 작용하였다고 보고하였다.
원소분석기에 의한 성분분석 결과 질소와 황은 검출되지 않았으며, 수소함유량이 높은 폐기물은 상대적으로 산소함유량이 낮음을 확인할 수 있었다. 또한, 이온크로마토그래프법에 의한 염소 분석결과 염소 함유량이 매우 낮게 검출되었다. 특성 분석결과로부터 높은 저위발열량을 지니는 폐합성수지와 폐타이어는 고형연료 제조를 위한 좋은 재료가 될 수 있다고 판단된다.
앞선 실험에서 폐기물을 이용한 고형연료는 성형 전 폐기물과의 특성 차이를 보였다.
원소분석기에 의한 성분분석 결과 질소와 황은 검출되지 않았으며, 수소함유량이 높은 폐기물은 상대적으로 산소함유량이 낮음을 확인할 수 있었다.
위의 폐기물에 대한 특성 분석 값을 표 3에 나타내었다. 폐합성수지와 폐타이어는 수분함유량이 낮고, 탄소성분이 높아 저위발열량이 높게 나타났다. 이는 저위발열량이 고위발열량에서 연소가스 중에 함유된 수증기의 증발열을 뺀 것을 말하기 때문에 수분이 낮을수록 탄소성분이 많을수록 저위발열량이 높아짐을 의미한다.
후속연구
이상의 결과에서 가연성 폐기물을 이용한 고품질의 고형연료 제조를 위해서는 폐기물의 균일한 혼합이 중요하고 이에 따른 혼합 공정 개발이 필요할 것으로 판단된다.
또한, 이온크로마토그래프법에 의한 염소 분석결과 염소 함유량이 매우 낮게 검출되었다. 특성 분석결과로부터 높은 저위발열량을 지니는 폐합성수지와 폐타이어는 고형연료 제조를 위한 좋은 재료가 될 수 있다고 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 국민 1인당 연간 에너지 소비량은 20년 사이에 어떻게 변화하였는가?
우리나라는 1960년대 이후 급속한 산업화와 경제 발전을 이룩함과 동시에 에너지 소비량이 세계에서 가장 빠른 속도로 증가하고 있다. 최근 우리나라 국민 1인당 연간 에너지 소비량이 20년 사이에 3배가 늘어날 정도로 다소비 에너지 국가가 되었지만 소비량에 비해 에너지 생산량은 극히 부족한 실정이다. 또한, 에너지 소비에 사용되는 대부분의 연료를 화석연료에 의존하고 있기 때문에 이에 대한 대책 마련이 시급한 실정이다.
폐기물을 이용한 재생에너지의 종류는 어떠한 것들이 있는가?
폐기물을 이용한 재생에너지에는 크게 고형연료의 제조, 가스화, 열분해 유화 그리고 소각열 재이용이 있는데[2], 본 연구에서는 고체상 가연성 폐기물을 이물질 선별 제거, 파쇄, 성형하여 압축고형물 형태 또는 미성형 형태의 고형연료로 제조하는 기술에 관한 것이다.
화석연료에 의존하는 현상황을 개선하기 위해 정부가 실시한 대책은 무엇인가?
이에 대응하기 위해 정부는 11개 항목의 신재생에너지를 선택하여 에너지 수입국에서 에너지 생산국으로의 변화를 꾀하고 있다. 그림 1에서 보듯이 2007년도의 신재생에너지는 총 에너지 소비량의 2.
참고문헌 (12)
지식경제부, "2030 국가에너지 기본계획", 2008.
한국에너지기술연구원, "폐기물분야 기술개발", 2006.
환경부, "2006 전국 폐기물 발생 및 처리현황", 2007.
이환광, "폐폴리에틸렌 필름의 재활용에 관한 연구", 한국산학기술학회, 제 9권, 제 1호, pp. 182-188, 2008.
환경부, "고형연료제품 품질 시험？분석방법", 환경부고시 제 2007-201호, 2008.
조광명, "대기오염", 2003.
산업기술시험원, "폐RPF 제조시 투입공정개선 및 효율화 방안 연구", 2005.
이동규, 이종석, 곽현, 배성렬, "폐기물 고형연료(RDF)의 연소 특성, 한국폐기물학회, 제 22권, 제 1호, pp. 101-112, 2004.
Kwak, Y.H., Kim, W.H, and Bae, S.K., "Absorption behavior of chlorine and sulfur by Ca(OH)2 in a fluidized bed reactor", 25th International Conference on Incineraton and Thermal Treatment Technologies, 2006.
이종석, 곽현, 배성렬, "폐기물 고형연료(RDF)의 연소특성에 관한 연구, 화학공학의 이론과 응용, 제 8권, 제2호, pp. 4441-4444, 2002.
환경부, "자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률시행규칙, 별표 7", 2008.
최연석, "염색폐수슬러지의 고형연료화 및 이용기술연구", 한국폐기물학회, 추계학술대회, pp. 347-350, 2007.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.