사회자 : 박영훈(목포 MBC 기자) / 패널 : 박현서 연구교수(전주대학교 산학협력단연구소)



0:00 사회자 : 이번에는 박현서 박사님을 통해서 박사님 지금 보면요

쓰레기를 처리하는 방식이 앞서 제가 말씀을 들었으면 스토커 방식, 유동상 방식,

그리고 열분해 가스화 방식이라고 해서 일반분들이 들으면 전문용어로

사실 이해가 안되고 저 역시 취재를 하면서 알게 됐는데

이런 방식들이 차이가 있습니까? 어떤 차이점도 있는 겁니까?



0:24 박현서 연구교수 : 상당히 이제 기술적인 문제가 많이 따르는 데요

이 소각에 기술하고 열분해 기술하고 가스화용융 기술을 크게 보게 되면

최종 처리 생성물이 뭐냐 하는 것에서 목적을 두고 있고,

두번째로서는 처리 온도가 어느 정도 온도에서 실시를 하느냐 하는 거하고

두가지 크게 잡을 수 있는데요.

우선 온도로 보면 소각 같은 경우에는 그 완전 연소에 목적으로 해서

최종 생성물이 CO2나 H2O를 유도를 하고 온도가 한 850도 정도 하는 것으로 되어 있구요.

열분해기술 같은 경우에는 도시 쓰레기를 대상으로 한 것은 한 600도 정도에서

열분해를 해서 가스상, 액상, 고상의 물질을 유도를 하는 것으로 되있고

열분해 된 물질을 다시 이제 가스화를 만드는데는 1200도 정도 온도가 필요한

것으로 되어 있어요 그래서...





1:32 사회자 : 지금 우리 박사님이 설명을 해주시는데 시청자 분들께 조금 도움을 드리기 위해서

제가 아주 얕은 지식이지만 조금 설명을 사전에 해드리고 조금 쉽게 얘길하고 나서

우리 저 한국열환경공학회 박현서 박사님으로 소각 방식에 대한 차이를

설명듣도록 하는데, 지금 소각시설의 방식은 스토커방식, 유동상방식,

열분해가스방식이 있다고 말씀 드렸습니다.

스토커 방식은 쓰레기를 격자 형태의 판 위에 놓고 그걸 태워서 고열로 태워서

쓰레기를 만드는 형식이고,

유동상 방식이라고 하는 것은 고열로 달궈진 모래 같은 것에다가 쓰레기들 넣어서

같이 이제 움직이면서 유동적으로 움직이면서 그안에서 쓰레기를 처리하는 방식이구요

열분해가스화 방식은 고열 통해서 용융 녹여서 가는 방식에 큰 틀에 그렇게 돼 있는데

그렇다면 이 방식들의 차이 그리고 설치비용 운영 비용의 차이 등등

자세한 내용을 박현서 박사님이 설명을 통해서 화면과 함께 보시겠습니다.







2:45 박현서 연구교수 :

[1.폐기물의 열적 처리 및 전환벙법]

폐기물을 열적처리하는 방법에서 모든것을 설명을 할 수가 있는데요.

폐기물이 발생이 되면 소각을 이용해서 처리를 하고 나오는 발생 가스를 이용해서

스팀을 생산해서 에너지로 전환하는 방식을 쓰고 있구요.

두번째 방식은 최근에 나오는 새로운 방식으로 열분해하고 가스화 용융 3개를

접목시키는 그런 방법으로 그렇게 되어 있는데 조금 전에 얘기한 대로

열분해에 대한 최종 생성물하고 가스화에서의 최종 생성물하고의 차이

그 다음에 처리 온도의 차이가 있는 것으로 나타나고 있구요.



3:32

[2.소각기술]

이것은 소각 기술에서 대표적인 독일의 1926년 개발해낸 마틴 스토카 타입의

소각로를 이렇게 보여준것을 상징적으로 보여주는 그림인데요.



3:47 사회자 : 스토커 방식이란게 저 이름에서 따온건가요?



3:50 박현서 연구교수 : 네. 1926년에 독일의 마틴 회사에서 만들어진 설비구요.

도시 쓰레기를 처리하는 그런 최종 목적은 환경오염을 줄이고

폐기물을 줄이는 방식에서 됐지만 최근에 와서는 나오는 에너지를

열을 얼마만큼 잘 이용을 해서 처리비용을 적게 유도를 하면서

폐기물을 처리를 하는 것이 궁극적인 목적이 되겠죠.

그래서 저 그림에서 보듯이 폐기물을 태워서 열을 이용해서

주전자에서 스팀을 발생시켜서 터빈을 돌려서 전기를 생산하면

일거양득 이라는 페기물 처리기술이 된다 이렇게 볼 수 있겠습니다.



4:34

[저공해 소각로 설계/건설/운전]

이것은 저공해 소각로 설계하고 건설운전에 대한 것을 최근에 와서는

소각로에 염려하시는 오염물질이 그만큼 저공해 쪽으로 운전이 잘 되고 있다는

그런 개념을 보여준 거구요,



4:52

[소각 공정개요]

전체적으로 소각공정은 소각로가 있고 거기서 나오는 열을 이용해

배가스를 보일러를 통해서 온도를 낮춰 가면서 그것을 에너지로 이용을 하는

그런 측면에서 가지고 있습니다.



5:06

[소각로 저공해화 기본개념]

1.최적 연소환경 조성

2.온도제어에 의한 생성억제

3.공해물질 제거 반응의 최적화

4.독성 반응 생성물의 적절한 처리

이것은 저공해화 다시 말해서 다이옥신을 어떻게 줄이는 방법이냐 하는 것은

소각에 기술에서 850도에서 리텐션 타임을 배기가스의 체류시간을 1초로 놓고 볼 때는

다이옥신이 대부분이 분해가 되는데 그것이 배가스로 나가면서 냉각과정에서

그 다음에 후처리 시스템에서 처리를 해서 다이옥신이 우리가 원하고자 하는

농도까지도 현재는 충분하게 낮춰서 소각이 운영되고 있다 그렇게 볼 수 있습니다.



5:46

[폐기물 소각로 개발을 위한 공학적 접근방법]

기본 개념/설계(결과반영) → 실험검증, 계산예측(상호보완) → 건설 및 운전 → 상품화

이거는 소각로 개발을 위해서는 지금까지 2000년대부터 용량의 소각로가

개발이 돼서 저희들이 이제 경험을 한 20년 이상을 건설하고 운전기술을 갖다 보니까

공학적으로 접근하는 방법 경험을 이용해서 상품화까지도 하는 단계와 있구요.

그만큼 소각로가 많은 경험을 통해서 개발이 되었다고 볼 수 있습니다.



6:13

[상용소각로 종류]

-화격자식 : 소각로내에 화격자를 설치한 형식으로 화격자위에서 폐기물 연소 시키는 방법, 고정화격자/가동화격자, 도시폐기물(하수Sludge 혼합가능)

-회전로식 : 1차 연소로 R.K 와 연계한 2차연소실로 구성하여 폐기물을 연소시키는 방법, Sludge류, 산업폐기물 도시폐기물

-유동층식 : 불활성입자를 튜동시켜 튜동층내를 소각온도로 유지하면서폐기물을 연소시키는 방법, 하수Sludge, 난연성폐기물, 도시폐기물



소각로도 크게 화격자를 놓는 방법하고 회전로식이 있고 유동상식으로 3가지가 있는데

공극적으로는 연소의 목적을 가지고 있기 때문에 거의 똑같다고 볼 수도 있습니다.

스토커 타입에 대표적인 것인데 그 화격자가 종류에 따라서도 전진, 후진, 원통형



6:37

[생활폐기물 화격자(예)]

전진화격자/후진화격자/원통형화격자



이렇게 개발한 회사마다 차이점을 가지고 있습니다.



6:52

[화격자식 연소로의 연소개념]

폐기물투입 → 건조 → 반응/연소(공기주입) → 잔류재(공기주입) → 재방출



스토커 타입의 소각로를 기준으로 했을때 가장 큰 장점이

연소용 공기를 조절을 하여서 연소의 능을 조절할 수 있다는 거하고

그 다음에 폐끼물 투입의 속도라든지 이런 거에 따라서 완전 연소를 통해서

우리가 충분하게 가지고 있는 에너지라든지 환경오염을 줄일 수 있는

그런 설비로 구축이 돼있다 볼 수 있습니다.



7:19

[소각로에서 발생하는 물리화학적 현상들]

-반응 : 폐기물연소, 불완전연소 물질파괴

-열 및 물질 전달 : 폐기물 투입 → 복사열 전달(가스-폐기물) → (공기주입) → 재방출, 복사열 전달(가스-폐기물) → 복사 및 대류열전달(가스-노벽) → 연소가스

-열유동 및 혼합 : 연소가스 → 2차 공기제트 → 혼합



에너지를 어떻게 이용을 하느냐, 그 다음에 2차 연소를 어떻게 유도를 하느냐는 것을

물리 화학적인 현상들에 대해서 그림을 보여주는 것입니다.





7:33

[회전로식 소각로]

폐기물투입 → 건조(공기주입) → 반응/연수(공기주입) → 바닥재(공기주입) → 재방출



회전로식 소각로에 대해서 설명을 드렸고 회전로식 소각로는

도시쓰레기를 대상으로 하기보다는 산업폐기물을 대상으로 해서

주로 많이 이용되고 있다고 그렇게 불 수 있습니다.





7:52

[유동층 소각로]

폐기물투입 → 혼합, 반응&연수 → 공기주입 → 복사열, 연소가스 → 재방출



유동층 소각로 같은 경우에도 도시쓰레기를 대상으로 한 것은 국내 한두기 밖에

운영되는 것이 없고

대부분 슬러지 처럼 들어가는 입도가 일정한 것을 대상으로 이용하는 것이

주로 유동층 소각로 라고 볼 수 있습니다.





8:12

[3.열분해 기술]

열분해 원리 : 무산소 또는 저산소 분위기에서 폐기물 가열을 통한 폐기물 변환공정

폐기물 → 열(indirect) → 열분해 반응로 → 가스상(SYNGAS(MCV)CO, H2, CH4, (C2-C5)) → 가스정제 → CHEMICALS, CH3, OH, H2, NH3

폐기물 → 열(indirect) → 열분해 반응로 → 액체상(OIL, C2, H2, O) → 에너지회수(ENERGY RECOVERY) → 보일러(BOILER, ENGINE OR TURBINE) → 전기, 열(POWER & HEAT)

폐기물 → 열(indirect) → 열분해 반응로 → 고체상(SOLID C Inorganics) → 에너지회수(ENERGY RECOVERY) → 보일러(BOILER, ENGINE OR TURBINE) → 전기, 열(POWER & HEAT)

폐기물 → 열(indirect) → 열분해 반응로 → 재 또는 Slag



열분해에 기술은 어떻게 보면 새로운 기술이구요, 연소를 소각로에서는

연소를 목적으로 공기를 많이 넣어서 하는데, 열분해기술은 거의 산소를 넣지 않는

분위기에서 폐기물을 강제 가열에 의해서 전환하는 방식으로 열분해로 보고 있고

데부분 도시 쓰레기를 열분해 기술로 적용하는 것은 600도 정도에서

적용을 하고 있구요, 주로 열분해 기술이 이용되고 있는 것은 폐플라스틱 같은 거를

오일화하는데 국내에서는 이용을 하고 있다고 그렇게 볼 수 있습니다.



8:54

[열분해전환 생성물]

열분해에서 생성물이 어떤 생성물의 따라서 최종적으로

어떤 생성물을 얻고자 하는 것을 이제 상징적으로 보여준 그림이구요





9:05

[4.가스화 기술]

가스화 원리 : 저산소 분위기에서 폐기물(CO+H2)gas로 전환시키는 기술



가스화 기술은 열분해 기술하고 좀 차이를 또 가지고 있습니다.

가스화 기술은 폐기물에다가 무산소 분위기에서 하는 것이 아니라

가스화재를 쓰는 데 가스화재로는 공기를 쓸 수도 있고 스팀을 찾을 수도 있고

산소를 쓸 수도 있습니다.

그래서 어떤 것을 쓰느냐에 따라서 최종 프로덕트를 무러로 가지고 가느냐

산소를 쓸 수도 있습니다.

그래서 어떤 것을 쓰느냐에 따라서 최종 프로덕트를 뭘로 가지고 가느냐

하는 것으로 되어 있구요.

이 가스와의 주목적은 CO나 H2 가스를 얼마만큼 많이 전환시키느냐

하는 것이 생명으로 되어 있습니다.





9:44

[가스화 전환 생성물]



이건 가스화를 시켰을 적에 나오는 신가스가 발열량을 어느 정도를 갖느냐에 따라서

발열량이 많게, 즉 3000kcal 정도 이상이 되게 되면

메탄올 이라든지 다른 에너지로 전환하는 것이 상당히 유리하고

만약에 3000kcal 이하가 되면 다시 연소시켜 발전을 하는데 주로 이용을 하고 있다고

그렇게 볼수 있습니다.





10:10

[5.폐기물 열적처리시설의 도입현황]

중대형 도시에서 설치하는 소각시설을 대부분 스토커형 적용 / 2010년 전 후 열분해 시설 일부 도입



폐기물 열적 처리시설 국내 도입현황을 보게 되면 2000년대부터 현재까지

2020년까지 대부분이 스토카방식의 소각로를 설치해서 운영하고 있구요,

열분해 용융식 설비로 경우에는 4개소, 유동상 경우에는 용량이 큰

100톤 이상을 기준으로 봤을 때 1개소가 현재 국내에 운영이 되고 있습니다.





10:43

[6.경제성 비교]



처리비 개념으로 보게 되게 되면 운영비 측면에서는 현재 스토커 소각로가

약한 9만원 정도 열분해용융방식이 많이 20만원, 유동상측이 거의 30만원 이상

정도에서 운영이 되고 있고, 설비 같은 경우에는 유동상 방식이 다른 스토카 방식에서

약간 낮은 특성을 가지고 있고, 열분해설비 같은 경우에는 용융공정이 들어가기 때문에

설비가 더 비싸다고 그렇게 볼 수도 있습니다.



[경제성 조사자료1/2(환경부)]

이것은 조금전에 말한 운영비하고 건설비에 대한 것을 환경부로부터

통계자료를 받은 것을 각 소각로 별로 처리량하고 운영비,

그 다음에 설계 설비비 건설비 이런거를 전체적으로 봐서 통계치를 내서

조금 전에 봤던 표에서 나타낸 것으로 볼 수 있습니다.

[경제성 조사자료2/2(환경부)]

요건 조금 전에 얘기했던 내용이구요.





11:56

[7. 기술 선정시 고려사항]

-사업구상 : 폐기물량 조사, 처리대상 폐기물의 종류 결정, 시설용량 결정, 대상 종류에 기술·경제·환경적 타당성 고려 소각방식 선정

-고려사항 : 소각방식의 결정은 시설의 용량과 처리대상 폐기물의 종류에 따라 달라짐, 절대적으로 기술 우위에 있는 소각방식은 없으며 지역의 특성과 계획하고자 하는 시설의 설치방향에 따라 소각방식 결정, 소각방식의 선정 후에는 2차 환경오염에 의한 피해가 없도록 시설을 계획하고 감시망을 공공기관 관리하에 운영하도록 하는 것이 중요함, 사업추진 기간 중에는 환경전문가의 기술자문을 충분히 수렴하여 설계반영하는 것이 무엇보다 중요함



어떤 방식을 선정으로 하냐 하는 것이 가장 중요한 문제인데

폐기물을 열량이 어느 정도고 성상이 어느 정도고 이런 것이 나오게 되면

그것을 기본설계부터 해서 상세설계를 통해서 하는 것으로 이렇게 대부분 되있고

그것에 따라서 배가스의 오염 농도가 어느 정도까지 제어를 하느냐 하는것도

거의 다 현재 표준화가 돼 있는 그런 상태로 되어 있구요

특히 이제 새로운 기술인 열분해하고 열분해가스화 용융 기술이

처음에는 다이옥신을 줄이는 그런 문제 이런 문제까지도 이제 연결이 되서

굉장히 좋은 설비로 부각이 됐었는데,

현재에 설치돼서 운영되는 상태로 보게 되면 오히려 스토커에서

다이옥신 같은 것이 통계치로 작게 나오는 그런 것으로 되어 있고

처음에 목적햇던 열분해가스화 용융기술이 변형이 돼서 상용화가 되고 있는

그런 상태라고 볼 수가 있겠습니다.











박현서 연구교수(전주대학교 산학협력단연구소)

-독일 아헨공대 전기화학 박사 졸업

-전문분야 : 폐기물 열적처리/대기오염제어

-(사)한국열환경공학회 회장(2006~2012)

-특허 플라즈마를 이용한 PCBs 함유 폐기물의 열분해 응용 처리장치 및 그방법