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문제 정의
- 본 연구에서는 국내 도시폐기물 특성을 반영한 생활폐기물 소각시설의 CO2 배출량을 산정하기 위하여 소각 폐기물 중 건조 함량 비율(%)과 건조한 물질 중 탄소 비율(%)를 분석하여 온실가스 배출량을 산정하였다. 생활폐기물 소각장의 CO2 배출량을 2006 IPCC 가이드라인 방법을 적용하여 배출계수를 IPCC 가이드라인에서 제공하는 기본값을 이용한 Tier 2a 방법과 시설 고유값을 이용하는 Tier 3 방법을 적용 하여 비교분석하였다.
- 본 폐기물 소각시설의 배출계수 산정을 위하여 대상 폐기물 소각장에서 처리되는 폐기물의 구성요소, 건조물질 함량, 탄소비율 등의 고유한 자료를 조사하였다. 폐기물 성상분석을 위한 폐기물 시료는 소각전 폐기물 저장조에 반입되어진 균질화된 당일 생활폐기물을 대상으로 하였다.
제안 방법
- 4분법에 의한 시료의 반은 샘플링하고 나머지 반은 총량을 측정 후 10성분에 의해 각 성분을 분류하고 각 성분의 무게를 측정 후 총량에 대한 비율(%)로 나타내었다. 10성분 분석 후 나머지 샘플링한 시료는 연구실로 가져와 수분, 회분, 가연분, 발열량, 원소분석 등의 실험을 통해 결과 값을 산출하였다.
- CO2 농도 실측은 2006년부터 2009년까지 대상 폐기물 소각시설의 2개의 연돌에서 매일 30분 간격으로 CO2 평균농도와 평균유량을 측정하였다. 일반적으로 생활폐기물 소각시설의 CO2배출농도는 소각조건의 변화가 거의 없이 일정하므로 실측농도의 변화가 거의 없이 일정한 농도범위를 가지는 것으로 확인할 수 있었다.
- 표 4는 2006 IPCC 산정지침에 따른 도시폐기물 소각부문의 Tier 2a와 Tier 3 방법의 배출량을 나타낸 것이다. Tier 2a와 Tier 3 방법의 각각의 배출계수는 표 3의 2006 IPCC 가이드라인에서 제시한 건조물질 함량과 탄소비율 기본값과 시설 고유값(plant-specific)을 적용하였고, 각 성상별 총 탄소량 중 화석탄소 비율은 2006 IPCC 가이드라인의 기본값인 종이 1%, 섬유 20%, 음식물과 목재는 0%, 고무 20%, 플라스틱은 100%를 이용하였다(IPCC, 2006). 산화계수는 100%로 적용하여 폐기물 조성별로 CO2 배출량을 산정하였다.
- 겉보기 밀도 측정 시 유의사항은 용기에 쓰레기를 눌러 담는 것이 아니라 삽으로 가볍게 담은 후 지상에서 20~30 cm 위에서 2~3회 바닥으로 쳐서 겉보기 비중을 측정하였으며, 같은 방법으로 3회 측정하여 평균을 구하였다. 겉보기 밀도 측정 후 충분히 시료를 혼합 후 원추 4분법에 의하여 시료를 축분하였다.
- 파봉된 폐기물을 삽으로 충분히 혼합하였으며, 이때 대형폐기물(헌옷, 천, 이불, 나무 등)은 별도로 분리하여 시료 축분 (1/2)n만큼 추가로 취한 후 최종 시료에 더해 주었다. 그리고 우선 쌓여있는 폐기물의 겉보기 밀도를 측정하였다.
- 는 도시고형폐기물의 유형별 비율 (%)이다. 본 연구에서는 Tier 2a와 Tier 3를 비교하기 위하여 MSW와 SWi는 해당 소각 시설의 고유값을 사용하였다. 폐기물 중 건조 함량 비율(%) dmi 과 건조한 물질 중 탄소비율 (%) CFi은 Tier 2a에서는 IPCC 고유값을 사용하였으며, Tier 3에서는 본 연구에서 개발한 값을 적용하였다.
- 본 연구에서는 도시폐기물 소각장의 CO2배출량을 분석하기 IPCC 가이드라인에서 제공하는 배출계수를 적용하여 산정한 온실가스 배출량(Tier 2a)과 본 대상시설에서 측정한 배출계수를 적용하여 산정한 배출량(Tier 3)을 비교분석하였다.
- 본 연구에서는 폐기물 소각시설의 CO2 배출량 산정 시 요구되는 CO2 배출계수인 소각 폐기물 중 건조 함량 비율(%)과 건조한 물질 중 탄소 비율(%)을 국내 소각시설의 고유값으로 분석하였으며, 2006 IPCC 가이드라인의 Tier 2a에 의한 배출량과 본 연구에서 개발한 고유 배출계수를 적용한 Tier 3를 이용하여 생활폐기물 소각시설의 온실가스 배출량을 비교분석하였다.
- 소각시설별 세부적이고 구체적인 배출계수를 적용하면 IPCC 가이드라인에서 권고하고 있는 Tier 3 수준의 정확한 배출량 산정이 가능하게 된다. 본 연구에서는 폐기물소각장의 CO2 배출량 산정에 필요한 폐기물의 조성, 건조물질 함량, 탄소비율을 분석하였다.
- Tier 2a와 Tier 3 방법의 각각의 배출계수는 표 3의 2006 IPCC 가이드라인에서 제시한 건조물질 함량과 탄소비율 기본값과 시설 고유값(plant-specific)을 적용하였고, 각 성상별 총 탄소량 중 화석탄소 비율은 2006 IPCC 가이드라인의 기본값인 종이 1%, 섬유 20%, 음식물과 목재는 0%, 고무 20%, 플라스틱은 100%를 이용하였다(IPCC, 2006). 산화계수는 100%로 적용하여 폐기물 조성별로 CO2 배출량을 산정하였다.
- 총 탄소 중 화석연료 탄소 비율(%) FCFi는 두 방법 모두 IPCC 가이드라인의 고유값을 사용하였다. 산화율(%) OFi는 일반적으로 공학적으로 잘 설계된 소각로의 경우는 100%에 가까운 산화율을 보이므로 본 연구에서도 100% 산화율을 적용하였다.
- 배출량을 산정하기 위하여 소각 폐기물 중 건조 함량 비율(%)과 건조한 물질 중 탄소 비율(%)를 분석하여 온실가스 배출량을 산정하였다. 생활폐기물 소각장의 CO2 배출량을 2006 IPCC 가이드라인 방법을 적용하여 배출계수를 IPCC 가이드라인에서 제공하는 기본값을 이용한 Tier 2a 방법과 시설 고유값을 이용하는 Tier 3 방법을 적용 하여 비교분석하였다. 시설고유 배출계수를 얻기 위하여 소각장에 반입되는 폐기물의 조성비율(%), 건조물질 함량, 탄소비율, 산화계수 등의 고유한 자료를 분석하여 적용하였다.
- 시료를 용기에 각각 담아 그 무게를 측정한 후 건조기를 이용하여 90±5℃로 항량이 될 때까지 약 3~5일을 건조하였으며, 건조된 시료를 데시케이터에서 방냉한 후 각각의 시료의 무게를 측정하였다.
- 생활폐기물 소각장의 CO2 배출량을 2006 IPCC 가이드라인 방법을 적용하여 배출계수를 IPCC 가이드라인에서 제공하는 기본값을 이용한 Tier 2a 방법과 시설 고유값을 이용하는 Tier 3 방법을 적용 하여 비교분석하였다. 시설고유 배출계수를 얻기 위하여 소각장에 반입되는 폐기물의 조성비율(%), 건조물질 함량, 탄소비율, 산화계수 등의 고유한 자료를 분석하여 적용하였다. 본 연구결과 Tier 2a 방법에 의한 CO2 배출량은 평균 34,545 ton/y, 생활폐기물 소각시설의 CO2 배출계수를 개발하고 온실가스 배출특성 Tier 3 방법에 배출량은 평균 31,066 ton/y로 Tier 2a가 Tier 3보다 11.
- 이산화탄소 배출량분석은 IPCC 가이드라인(IPCC, 2006)에서 제시하고 있는 배출계수를 적용한 Tier 2a에 의한 배출량과 본 연구에서 개발한 고유 배출계수를 적용한 Tier 3 배출량을 비교하였다. 배출량 산정방법은 가이드라인에서 제시한 산정식을 적용하였으며 구체적인 배출량 산정식은 다음과 같다(Gan et al.
- 건조물질 함량 방법은 다음과 같다. 커다란 용기를 깨끗이 세척한 후 건조된 용기의 무게를 측정하고 기록하였다. 시료를 용기에 각각 담아 그 무게를 측정한 후 건조기를 이용하여 90±5℃로 항량이 될 때까지 약 3~5일을 건조하였으며, 건조된 시료를 데시케이터에서 방냉한 후 각각의 시료의 무게를 측정하였다.
- 본 연구에서는 Tier 2a와 Tier 3를 비교하기 위하여 MSW와 SWi는 해당 소각 시설의 고유값을 사용하였다. 폐기물 중 건조 함량 비율(%) dmi 과 건조한 물질 중 탄소비율 (%) CFi은 Tier 2a에서는 IPCC 고유값을 사용하였으며, Tier 3에서는 본 연구에서 개발한 값을 적용하였다. 총 탄소 중 화석연료 탄소 비율(%) FCFi는 두 방법 모두 IPCC 가이드라인의 고유값을 사용하였다.
대상 데이터
- 본 연구는 경기도 파주시에 위치한 생활폐기물 소각장을 선정하였다. 본 대상시설은 일일 200톤(100톤 2기) 규모의 생활폐기물 소각시설로서 폐열보일러에 발생하는 스팀을 인근지역으로 판매함으로써 연간 약 15,000톤의 CO2를 절감하는 소각시설이다. 대상시설에 설치된 대기오염 방지시설은 산성가스 (HCl, SOx)를 제거하기 위한 반건식 반응탑, 입자상물질을 제거하기 위한 여과집진기 그리고 질소산화물 제거를 위한 선택적 환원 촉매탑이 설치되어 있다(Ministry of Environment, 2009).
- 본 연구는 경기도 파주시에 위치한 생활폐기물 소각장을 선정하였다. 본 대상시설은 일일 200톤(100톤 2기) 규모의 생활폐기물 소각시설로서 폐열보일러에 발생하는 스팀을 인근지역으로 판매함으로써 연간 약 15,000톤의 CO2를 절감하는 소각시설이다.
- NDIR은 적외선이 기준셀과 시료셀을 통과하여 검출기에 도달하는 과정에서 특정 파장이 시료중에 흡수된 후 검출되고, 그 차이로서 이산화탄소량을 측정한다. 본 연구에서 사용한 NDIR 방식의 CO2 연속측정장비는 ULTRAMAT23 (SIMENS 사, Germany)로 측정범위는 0~20 vol% CO2이다. 사용된 실측자료는 2006년부터 2009년까지 30분 간격으로 측정한 자료이다.
- 본 연구의 대상 생활폐기물 소각장에서 처리되는 폐기물 조성비율과 2006년 IPCC 가이드라인의 아시아 지역별 생활폐기물 조성비율에 대한 자료는 그림 3과 표 2와 같다. 본 자료는 습윤 폐기물 중량에 근거한 자료이다. 본 연구대상 소각장에서 처리되는 생활폐기물의 조성비율은 종이가 2006년 38.
- 본 연구에서 사용한 NDIR 방식의 CO2 연속측정장비는 ULTRAMAT23 (SIMENS 사, Germany)로 측정범위는 0~20 vol% CO2이다. 사용된 실측자료는 2006년부터 2009년까지 30분 간격으로 측정한 자료이다. 유량은 유속측정기 (TVS05-T01-테크코리아, Korea)를 이용하였으며 측정범위는 유속 0~35 m/s, 온도 0~600℃다.
- 본 폐기물 소각시설의 배출계수 산정을 위하여 대상 폐기물 소각장에서 처리되는 폐기물의 구성요소, 건조물질 함량, 탄소비율 등의 고유한 자료를 조사하였다. 폐기물 성상분석을 위한 폐기물 시료는 소각전 폐기물 저장조에 반입되어진 균질화된 당일 생활폐기물을 대상으로 하였다. 폐기물을 채취하기 위해 크레인으로 시료를 충분히 교반하여 완전히 혼합시킨 후에 채취하며, 채취시간은 대표성을 가지기 위해 당일 중 폐기물이 가장 많이 체류할 때로 실시하였고 분석실험은 “폐기물공정시험법”을 준용하였다.
이론/모형
- 겉보기 밀도 측정 시 유의사항은 용기에 쓰레기를 눌러 담는 것이 아니라 삽으로 가볍게 담은 후 지상에서 20~30 cm 위에서 2~3회 바닥으로 쳐서 겉보기 비중을 측정하였으며, 같은 방법으로 3회 측정하여 평균을 구하였다. 겉보기 밀도 측정 후 충분히 시료를 혼합 후 원추 4분법에 의하여 시료를 축분하였다. 4분법에 의한 시료의 반은 샘플링하고 나머지 반은 총량을 측정 후 10성분에 의해 각 성분을 분류하고 각 성분의 무게를 측정 후 총량에 대한 비율(%)로 나타내었다.
- 이산화탄소 배출량분석은 IPCC 가이드라인(IPCC, 2006)에서 제시하고 있는 배출계수를 적용한 Tier 2a에 의한 배출량과 본 연구에서 개발한 고유 배출계수를 적용한 Tier 3 배출량을 비교하였다. 배출량 산정방법은 가이드라인에서 제시한 산정식을 적용하였으며 구체적인 배출량 산정식은 다음과 같다(Gan et al., 2006; IPCC, 2006).
- 본 연구에서 배기가스 중의 CO2 농도 측정은 배출 원(굴뚝)에서 150℃ 이상 가열된 시료도관을 지나 제트 스트림(Jet Stream) 방식으로 시료가스 중의 수분을 이슬점 이하로 낮추어 응축수를 제거 후 시료채취용 펌프를 통해 1 L/min로 운반하여 “대기오염 공정시험법(환경부, 2008)” 중 비분산적외선 측정방법(NDIR, Non-dispersive Infrared)을 이용하였다.
- 유량은 유속측정기 (TVS05-T01-테크코리아, Korea)를 이용하였으며 측정범위는 유속 0~35 m/s, 온도 0~600℃다. 산소농도는 지르코니아식(ZR402GYOKOGAWA, Japan)을 통하여 동시에 측정하였다.
- 폐기물을 채취하기 위해 크레인으로 시료를 충분히 교반하여 완전히 혼합시킨 후에 채취하며, 채취시간은 대표성을 가지기 위해 당일 중 폐기물이 가장 많이 체류할 때로 실시하였고 분석실험은 “폐기물공정시험법”을 준용하였다.
성능/효과
- 대상 생활폐기물 소각장의 시설은 1, 2호기로 측정기간 동안의 각각의 연돌에서 배출되는 CO2 농도는 5.9~7.3% (표준상태)로 일정한 농도범위를 보였다. 연도별 CO2 배출량의 차이는 처리폐기물 소각량에 따른 배출유량의 변화로 차이를 보였다.
- 시설고유 배출계수를 얻기 위하여 소각장에 반입되는 폐기물의 조성비율(%), 건조물질 함량, 탄소비율, 산화계수 등의 고유한 자료를 분석하여 적용하였다. 본 연구결과 Tier 2a 방법에 의한 CO2 배출량은 평균 34,545 ton/y, 생활폐기물 소각시설의 CO2 배출계수를 개발하고 온실가스 배출특성 Tier 3 방법에 배출량은 평균 31,066 ton/y로 Tier 2a가 Tier 3보다 11.2% 과대평가되는 결과를 얻었다. 따라서, 우리나라 생활폐기물 소각장에서 발생하는 CO2 배출량의 보다 정확한 통계를 확보하기 위해서는 IPCC 산정지침에서 제공하는 기본값이 아닌 국내 도시폐기물 특성을 반영한 국가고유 배출계수의 개발이 필요하다.
- 본 연구결과에서 건조함량비는 고무, 금속, 유리가 각각 100%, 종이 78.6%, 섬유 71.6%, 나무 85.3%, 플라스틱 98.4%를 보였으며, 음식물이 32.7%로 가장 낮았다. 2006 IPCC 가이드라인의 종이와 음식물 건조 함량비는 각각 90%, 40%로 본 연구결과에 비해 비교적 높은 값을 보였다.
- 2006 IPCC 가이드라인의 종이와 음식물 건조 함량비는 각각 90%, 40%로 본 연구결과에 비해 비교적 높은 값을 보였다. 본 연구의 건조 폐기물의 총 탄소함량은 플라스틱과 고무가 각각 68.6%와 67.1%로 큰 값을 보였다. 나무와 섬유 48.
후속연구
- 2% 과대평가되는 결과를 얻었다. 따라서, 우리나라 생활폐기물 소각장에서 발생하는 CO2 배출량의 보다 정확한 통계를 확보하기 위해서는 IPCC 산정지침에서 제공하는 기본값이 아닌 국내 도시폐기물 특성을 반영한 국가고유 배출계수의 개발이 필요하다. 본 연구는 단일 도시폐기물 소각시설의 폐기물 특성값을 활용한 결과로서 추후 국가고유배출계수의 개발을 위하여 다양한 소각시설에 대한 지속적인 연구가 필요하다.
- 따라서, 우리나라 생활폐기물 소각장에서 발생하는 CO2 배출량의 보다 정확한 통계를 확보하기 위해서는 IPCC 산정지침에서 제공하는 기본값이 아닌 국내 도시폐기물 특성을 반영한 국가고유 배출계수의 개발이 필요하다. 본 연구는 단일 도시폐기물 소각시설의 폐기물 특성값을 활용한 결과로서 추후 국가고유배출계수의 개발을 위하여 다양한 소각시설에 대한 지속적인 연구가 필요하다.
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