대전시 폐기물 에너지화에 대한 기초연구

기본연구보고서 2012-17

대전시 폐기물 에너지화에 대한 기초연구

Basic Study for Waste to Energy in Daejeon Metropolitan City

이 소 라

연구진

연구책임 • 이소라 / 도시기반연구실 연구위원 연 구 원 • 김두철 / 도시기반연구실 위촉연구원

- I -

요약 및 정책건의

■ 연구의 배경 및 필요성

□ 제3차 국가폐기물관리 종합계획, 자원순환 기본계획에서는 폐기물 가치상향형 자원순환을 추구하고 있으며, 대전광역시 제3차 폐기물처리기본계획(2012~

2021)에서는 폐기물 정책의 선진화와 과학화, 폐기물 처리에 대한 관심 증대, 폐기물 처리 관련 행정 및 재정의 효율화를 계획 기조로 삼고, 폐기물의 효율 적 자원순환 체계 구축, 폐기물 재활용을 넘어 에너지 회수, 주민주도형 친환 경 폐기물 처리 체계 구축이라는 전략을 내세우고 있음

□ 따라서, 본 연구에서는 신규로 조성될 대전시 자원순환단지와 연계하여 대전시 폐기물 에너지에 대한 잠재량을 파악하고 활용방안을 모색하는 것을 목표로 하고 있음

■ 연구의 목적 및 내용

□ 본 연구에서는 정책 집행단계에서 직접 활용 가능한 연구 성과를 제시하기 위해, 국내외 폐기물 에너지화 시설 특성을 분석하여 대전지역 폐기물 관리 및 특성과 비교 분석하였으며, 국내 에너지화 시설 실적 및 문제점을 분석하 여 향후 대전에서 적용가능성과 잠재된 문제를 예측하였음

□ 대전시의 폐기물 발생량, 처리량, 가연성분 조사를 통해 폐기물 에너지 잠재 량을 평가하고, 폐기물 에너지화를 통한 최적화 추진전략, 폐기물 에너지화 잠재량 활용방안을 제시하였음

□ 생산된 폐자원 에너지의 수요처 확보를 위해 대전시 집단에너지 사업 현황을 파악하였으며, 저탄소 폐기물 에너지존을 조성하는 방안과 폐기물 에너지화 잠재량의 활용 가능처를 제안하였음

- II -

[그림 1] 연구의 수행체계

■ 연구결과

□ 대전광역시 폐기물 에너지화 잠재량은 금고동 매립장 매립가스 연료공급 사업, 신일동 소각장 폐열 회수 사업, 생활폐기물 고형연료 제조 사업, 하수슬러지 건조연료화 사업, 음식물류폐기물 바이오가스화 사업으로 나누어 산정되었음

□ 대전 금고동 매립장의 연간 이론적 메탄가스 포집량은 3,105,749 N㎥/년, 톤 당 메탄가스 포집량은 16.8 N㎥/톤, TOE로 환산 결과는 메탄가스 발생량이 연간 4,369 TOE/년, 메탄가스 포집량이 3,277 TOE/년으로 산정으로 환산되 었으며, 톤당 메탄가스 포집량은 0.0177 TOE/톤임

□ 신일동 소각장의 반입량 103,227 톤/년에 대한 연간 증기 생산량은 242,044 Gcal/년이며, TOE로 환산 결과는 증기 생산량이 연간 24,204 TOE/년, 소각량 톤당 증기 생산량은 0.234 TOE/톤임

- III -

□ 생활폐기물 고형연료 시설의 연간 생활폐기물 반입량은 135,123 톤/년, 잠재 Fluff 생산량은 82,641 톤/년이며, 총 발열량은 연간 39.67 TOE/톤, 반입 폐기 물 톤당 발열량은 생활폐기물 2,936 kcal/톤, 가정생활폐기물 3,223 kcal/톤, 사업장생활계 폐기물 1,900 kcal/톤으로 분석됨

□ 하수슬러지의 2012년 이후 예상 발생량은 91,572 톤/년이며, 건조고형연료 20,146 톤/년이 생산 가능할 것으로 분석되었으며, 연간 총 발열량은 7.05 TOE/년, 반입 하수슬러지 톤당 발열량은 0.077 TOE/톤임

□ 음식물류폐기물 58,400 톤/년의 반입량에 대해 바이오가스 잠재 생산량은 4,905,600 N㎥/년이며, 2,452,800 N㎥/년의 메탄가스를 회수하여 연간 2,588 TOE/년의 에너지를 생산할 수 있음

□ 결과적으로 반입 폐기물 톤당 에너지화 발열량 비교하면 생활폐기물 고형연 료 Fluff 생산 0.294 TOE/톤이 가장 크며, 다음으로 소각장 폐열 회수에 의한 증기 생산 0.234 TOE/톤, 하수슬러지 건조연료화 0.077 TOE/톤, 음식물류폐 기물 바이오가스화 0.0443 TOE/톤, 매립가스 포집에 의한 메탄가스 생산 0.0177 TOE/톤 순서임

<표 1> 반입 폐기물 톤당 에너지화 잠재량 비교

(단위 : TOE/톤)

구분 생활폐기물

매립가스

생활폐기물 소각장 폐열

생활폐기물 고형연료

하수슬러지 건조고형연료

음식물류폐기물 바이오가스화

기준 0.0177 0.234 0.294 0.0770 0.0443

생활 가정생활

0.0197 - 0.322

- -

사업장생활계 0.190

사업장폐기물 0.00175 - - - -

□ 대전시 폐기물 에너지 잠재량을 2012년부터 3년 간격으로 나누어 평가한 결 과, 2012년에 반입량 288,736 톤/년에 대해 25,513 TOE/년, 2015년 342,355 톤/년에 대해 29,311 TOE/년, 2018년 425,867 톤/년에 대해 52,864 TOE/년, 2021년 422,034 톤/년에 대해 52,554 TOE/년으로 산정되었음

- IV -

<표 2> 대전광역시 폐기물 에너지화 잠재량 전망

구 분

2012년 2015년 2018년 2021년

반입량 (톤/년)

잠재량 (TOE/년)

반입량 (톤/년)

잠재량 (TOE/년)

반입량 (톤/년)

잠재량 (TOE/년)

반입량 (톤/년)

잠재량 (TOE/년) 매립 191,178 2,361 187,820 2,295 115,879 875 113,141 821 소각 97,558 22,852 96,135 22,519 76,388 17,893 75,293 17,637

고형연료 - - - - 87,600 25,717 87,600 25,717

하수슬러지 - - - - 87,600 3,882 87,600 3,882

음식물류

폐기물 - - 58,400 4,497 58,400 4,497 58,400 4,497 합계 288,736 25,213 342,355 29,311 425,867 52,864 422,034 52,554

□ 반입폐기물 톤당 에너지화 잠재량은 2012년 0.087 TOE/톤, 2015년 0.086 TOE/톤, 2018년 0.124 TOE/톤, 2021년 0.125 TOE/톤으로 점차 증가하였음

□ 대전광역시 폐기물처리시설 최적화 전략은 ‘권역 내에서 폐기물처리시설의 광 역화‧집적화’, ‘폐기물처리시설의 질적 고도화 및 수명연장’, ‘폐기물을 타 환경 기초시설과 연계처리 및 병합처리’, ‘폐기물처리시설의 가동률제고 등을 위한 최적화기술의 적용’ 등이 가능할 것으로 판단됨

□ 2009년 대전광역시 폐기물처리시설의 최적화 지수는 55.8로 나타났으며, 2015년 음식물 에너지화시설(200톤/일), 2016년 생활폐기물 연료화시설(400톤 /일)이 완공된 이후 최적화 지수는 2015년 59.6, 2018년 66,3, 2021년 66.4로 높아질 것으로 예상됨

□ 저탄소 에너지존(Low Carbon Energy Zone)은 확대 계획을 달성하기 위해는 기존의 집단 에너지존에 폐기물에서 생산한 탄소제로 에너지를 공급하는 체 계 확립이 필요하며 대전시 폐기물 에너지를 최대한 활용할 경우 탄소제로 에너지를 최대화와 탄소 에너지를 최소화가 구현되며 저탄소 에너지존에 공급될 수 있을 것으로 판단됨

- V -

□ 대전시 폐기물에너지를 최대한 활용할 경우 현재 진행사업인 매립장 매립가스 연료공급 사업과 소각장 폐열회수 사업으로 인해 2012년 25,213 TOE/년이 발생하며, 2021년에는 생활폐기물 고형연료 제조 사업, 하수슬러지 건조연료 화 사업, 음식물류폐기물 바이오가스화 사업이 추가되어 약 27,341 TOE/년이 증가하여 약 52,554 TOE/년이 집단에너지 사업에 투입될 수 있을 것으로 분석됨

□ 대전시에서 생산된 폐기물 에너지 중 열에너지와 매립가스는 모두 대전열병합 발전에서 활용된 계획이며, 2021년의 LNG 절감량은 55,030,366 N㎥/년이며, 절감비용은 450 억원, 공급세대는 14,398 세대 증가, 2021년 탄소배출 저감 량은 33,477 CO2/년으로 추정되었음

<표 3> 대전시 에너지 및 탄소배출 저감 효과

구분　 2012년 2015년 2018년 2021년

LNG 절감량

(N㎥/년) 26,401,047 30,692,147 55,354,974 55,030,366 절감비용

(백만원/년) 21,610 25,122 45,309 45,043

공급세대

(세대/년) 6,908 8,030 14,483 14,398

탄소배출 저감량

(톤 CO2/년) 16,061 18,671 33,674    33,477

- VI -

[그림 2] 대전광역시 저탄소 에너지존의 확대 계획

- i -

- 목 차 -

제1장 연구의 개요··· 3

제1절 연구의 필요성 및 목적 ··· 3

제2절 연구 방법 및 내용 ··· 4

제2장 국내외 폐기물 에너지화 동향··· 9

제1절 폐기물 에너지화 정책 동향 ··· 9

1. 폐기물 에너지화 추진 ··· 9

2. 폐기물 시설 최적화 추진 ··· 11

제2절 폐기물 에너지화 특성 ··· 12

1. 국내 폐기물 에너지화 기술 ··· 12

2. 일반소각과 고형연료 소각의 특성 비교 ··· 21

제3장 폐기물 에너지화 여건 및 현황··· 25

제1절 폐기물 처리시설 인프라 현황 ··· 25

1. 폐기물 처리시설 현황 ··· 25

2. 폐기물 에너지화 시설 현황 ··· 29

제2절 폐기물 에너지화 시설 분석 ··· 30

1. 가연성 폐기물 고형연료화(RDF) 사업 ··· 30

2. 하수슬러지 에너지화 시설 ··· 45

3. 음식물류 폐기물 에너지화 시설 ··· 49

- ii -

제4장 대전광역시 폐기물 에너지화 잠재량 평가··· 53

제1절 대전시의 폐기물 에너지화 현황 및 계획 ··· 53

1. 매립시설 ··· 53

2. 소각시설 ··· 62

3. 고형연료화 및 발전시설 ··· 66

4. 하수슬러지 에너지화 시설 ··· 69

5. 음폐수 및 음식물 에너지화 시설 ··· 72

제2절 대전시 폐기물 발생량 현황 및 예측 ··· 75

1. 폐기물 발생 및 처리 현황 ··· 75

2. 폐기물 발생 및 처리 전망 ··· 77

제3절 대전시 폐기물 에너지화 잠재량 평가 ··· 80

1. 매립시설 에너지화 ··· 80

2. 소각시설 에너지화 ··· 86

3. 생활폐기물 고형연료화 ··· 88

4. 하수슬러지 에너지화 ··· 93

5. 음식물 에너지화 ··· 95

6. 폐기물 에너지화 잠재량 전망 ··· 96

제5장 대전광역시 폐기물 에너지화 활용 전략··· 103

제1절 폐기물 에너지화 시설 최적화 전략 ··· 103

제2절 폐기물 에너지 활용 방안 ··· 107

1. 대전시 집단에너지 현황 ··· 107

2. 대전시 저탄소 에너지존 조성 ··· 112

- iii -

제6장 결론 및 정책건의··· 117 제1절 종합 결론 ··· 117 제2절 정책건의 ··· 119

참 고 문 헌··· 121

부 록

부록 1. 전국 매립지 운영시설 현황 ··· 125 부록 2. 전국 소각시설 운영 현황 ··· 136

- iv -

― 표 목 차 ―

<표 2-1> 폐기물 분야 핵심기술 비중 및 국내수준 ··· 13

<표 2-2> 고형연료제품의 특성 및 품질기준 ··· 15

<표 2-3> 미국의 RDF 분류 체계 ··· 16

<표 2-4> 폐자원 에너지 총 생산 및 공급현황 ··· 17

<표 2-5> 74 만톤/년의 폐자원 에너지화에 따른 에너지 절감 실적 ··· 19

<표 2-6> 폐합성수지 연료화 실적 ··· 19

<표 2-7> 폐자원 에너지화량 150 만톤/년에 대한 폐기물 처리 비용 분석 ··· 19

<표 2-8> 폐자원 에너지화(150 만톤/년) 할 경우 에너지 수입 대체 효과 분석 · 20 <표 2-9> 폐기물 성분의 처리방법에 따른 CO₂ 발생량 ··· 20

<표 2-10> 신형 소각로 및 고형연료 전용보일러의 비교 ··· 22

<표 3-1> 폐기물 처리시설 운영현황(2010년) ··· 25

<표 3-2> 전국 매립가스 자원화사업 실태 ··· 27

<표 3-3> 전국 소각시설 에너지 이용 현황 ··· 28

<표 3-4> 수도권 환경에너지 종합타운 시설 현황 ··· 30

<표 3-5> 수도권 가연성 에너지화 추진계획 ··· 31

<표 3-6> 반입 생활폐기물 특성 ··· 33

<표 3-7> 수도권매립지 RDF 발열량 및 삼성분 평균 ··· 34

<표 3-8> 시범시설 운영상 문제점 및 개선사항 ··· 35

<표 3-9> 생활폐기물 처리 현황 ··· 37

<표 3-10> 원주시 RDF 발열량 및 삼성분 평균 ··· 38

<표 3-11> 운영상 문제점 및 개선사항 ··· 39

<표 3-12> 운영상 문제점 및 개선사항 ··· 41

<표 3-13> 부산광역시 생활폐기물 연료화 및 발전시설 개요 ··· 42

- v -

<표 3-14> 운영상 문제점 및 개선사항 ··· 44

<표 3-15> 가동 중인 하수슬러지 처리시설(2011) ··· 45

<표 3-16> 운영 중인 음식물류 폐기물 에너지화 시설 ··· 49

<표 3-17> 계획 중인 음식물류 폐기물 에너지화 시설 ··· 50

<표 4-1> 대전 금고동 매립 실적 ··· 53

<표 4-2> 대전 금고동 매립가스 자원화 사업 실태 ··· 54

<표 4-3> 대전 금고동 매립가스 발전 실적 ··· 56

<표 4-4> 대전 금고동 포집공 및 이송배관 설치 현황 ··· 57

<표 4-5> 대전 금고동 매립가스 처리시설 변경 ··· 58

<표 4-6> 제1매립장 운영비 투자계획 ··· 60

<표 4-7> 제1매립장 제방 및 조성공사 투자계획 ··· 60

<표 4-8> 제2매립장 조성공사 투자계획 ··· 61

<표 4-9> 매립가스(LFG) 회수시설 운영관리 ··· 61

<표 4-10> 대전 신일동 소각 실적 ··· 62

<표 4-11> 대전광역시 소각장 증기판매 실적 ··· 64

<표 4-12> 소각로 운영관리 투자계획 ··· 65

<표 4-13> 제1소각로(대수선) 투자계획 ··· 65

<표 4-14> 제2소각로(사용기간 연장) 투자계획 ··· 65

<표 4-15> Fluff 형태의 RDF 품질 기준 ··· 66

<표 4-16> 가연성폐기물 연료화(RDF제조)시설 투자계획 ··· 68

<표 4-17> 고형연료(RDF) 전용보일러 투자계획 ··· 68

<표 4-18> 하수슬러지 처리시설 투자계획 ··· 70

<표 4-19> 슬러지 처리 기술 비교 ··· 71

<표 4-20> 음폐수 및 음식물 에너지화 시설 투자계획 ··· 74

<표 4-21> 대전광역시 생활폐기물 발생 및 처리 현황 ··· 75

<표 4-22> 대전광역시 사업장 폐기물 발생 및 처리 현황 ··· 76

<표 4-23> 대전광역시 인구 전망결과 ··· 77

<표 4-24> 대전광역시 생활폐기물 처리별 발생량 예측 ··· 78

- vi -

<표 4-25> 대전광역시 사업장폐기물 처리별 발생량 예측 ··· 79

<표 4-26> 폐기물 메탄가스 발생량 산정 계수 및 공식 ··· 81

<표 4-27> 성상별 매립가스 발생량 산정 계수 ··· 81

<표 4-28> 대전광역시 폐기물 성상별 발생량 및 메탄가스 발생량 산정 결과 ·· 82

<표 4-29> 대전광역시 반입폐기물 메탄가스 발생량 및 포집량 산정 결과 ··· 83

<표 4-30> 대전광역시 반입폐기물 메탄가스 발생량 및 포집량 TOE 환산 결과 83 <표 4-31> 대전광역시 생활폐기물 메탄가스 발생량 및 포집량 산정 결과 ··· 84

<표 4-32> 대전광역시 생활폐기물 메탄가스 발생량 및 포집량 TOE 환산 결과 ··· 84

<표 4-33> 대전광역시 사업장폐기물 메탄가스 발생량 및 포집량 산정 결과 ··· 84

<표 4-34> 대전광역시 사업장폐기물 메탄가스 발생량 및 포집량 TOE 환산 결과 ··· 84

<표 4-35> 대전광역시 슬러지 제외 폐기물 메탄가스 발생량 및 포집량 산정 결과 ·· 85

<표 4-36> 대전광역시 슬러지 제외 폐기물 메탄가스 발생량 및 포집량 TOE 환산 결과 ··· 85

<표 4-37> 대전광역시 소각 폐열 증기 생산량 및 판매량 산정 결과 ··· 86

<표 4-38> 대전광역시 소각 폐열 증기 생산량 및 판매량 TOE 환산 결과 ··· 87

<표 4-39> 대전광역시 종량제봉투 폐기물 조성별 발생량 ··· 89

<표 4-40> 대전광역시 종량제봉투 폐기물 조성별 비율 ··· 90

<표 4-41> 대전광역시 생활폐기물 폐기물 조성 ··· 91

<표 4-42> 대전광역시 생활폐기물 고형연료화 TOE 환산 결과 ··· 92

<표 4-43> 대전광역시 하수슬러지 건조고형연료 TOE 환산 결과 ··· 94

<표 4-44> 대전광역시 음식물 에너지화 TOE 환산 결과 ··· 95

<표 4-45> 반입 폐기물 톤당 에너지화 잠재량 비교 ··· 96

<표 4-46> 매립장 반입 폐기물량 예측 ··· 97

<표 4-47> 폐기물 종류별 매립장 에너지 발생량 예측 ··· 98

<표 4-48> 소각장 반입 폐기물량 예측 ··· 98

<표 4-49> 폐기물 종류별 고형연료시설 에너지 발생량 예측 ··· 99

<표 4-50> 대전광역시 폐기물 에너지화 잠재량 전망 ··· 100

<표 5-1> 최적화 지수 계산방식 ··· 106

<표 5-2> 대전열병합발전의 지역난방 공급현황(2012) ··· 109

- vii -

<표 5-3> LH공사 대전 서남부 집단에너지 시설 현황 ··· 110

<표 5-4> LH공사 대전 서남부 지역난방 공급현황(2012) ··· 110

<표 5-5> 대전시 산업단지 집단에너지 사업현황(2012) ··· 111

<표 6-1> 대전시 에너지 및 탄소배출 저감 효과 ··· 119

- viii -

― 그 림 목 차 ―

[그림 1-1] 국가 폐자원 및 바이오매스 보급 목표 ··· 3

[그림 1-2] 연구의 수행체계 ··· 5

[그림 2-1] 정부의 가연성폐기물 에너지화 정책 ··· 9

[그림 2-2] 유럽의 고형연료사업 현황 ··· 10

[그림 2-3] 정부의 최적화 추진 전략 ··· 11

[그림 2-4] 폐기물 처리방법 및 에너지화 기술 ··· 12

[그림 2-5] 고형연료화 대상 생활폐기물의 종류 ··· 14

[그림 2-6] 고형연료의 종류 및 형태 ··· 16

[그림 2-7] 고형연료 생산 공정 및 사용처 ··· 17

[그림 2-8] 고형연료 생산 공정 및 사용처 ··· 18

[그림 2-9] 일반소각과 고형연료 소각의 열회수율 비교 ··· 21

[그림 2-10] 일반소각과 고형연료 소각의 온실가스 발생량 ··· 22

[그림 3-1] 폐자원 에너지화 시설 설치 계획 현황 ··· 29

[그림 3-2] 가연성폐기물 에너지화시설 처리흐름도 ··· 33

[그림 3-3] 수도권매립지 RDF 제조시설 물질수지 ··· 34

[그림 3-4] 원주시 폐기물 종합처리단지 조성사업 조감도 ··· 36

[그림 3-5] 원주시 폐기물 종합처리단지 초기 공정도 ··· 37

[그림 3-6] 원주시 RDF 제조시설 물질수지 ··· 38

[그림 3-7] 원주시 폐기물 종합처리단지 현재 공정도 ··· 39

[그림 3-8] 부천시 생활폐기물 전처리시설 전경 ··· 40

[그림 3-9] 부천시 생활폐기물 전처리시설(MBT) 공정흐름도 ··· 41

[그림 3-10] 생활폐기물 전처리시설(MBT) 공정흐름도 ··· 43

[그림 3-11] 연료화시설 계통도 ··· 43

- ix -

[그림 3-12] 건조연료화 방식 ··· 46

[그림 3-13] 슬러지 자원화시설 처리흐름도 ··· 47

[그림 4-1] 대전 금고동 매립지 발전시설 공정도 ··· 55

[그림 4-2] 대전 금고동 매립지 발전시설 계통도 ··· 55

[그림 4-3] 대전 금고동 매립가스 보일러 연료공급 사업 개요 ··· 57

[그림 4-4] 대전 금고동 매립가스 보일러 연료공급시설 공정도 ··· 59

[그림 4-5] 대전광역시 소각시설 처리 계통도 ··· 63

[그림 4-6] 소각시설 폐열 이용 계통도 ··· 63

[그림 4-7] 고형연료화 시설의 개략적 물질 수지(부산시 사례) ··· 67

[그림 4-8] 슬러지 처리 기술 분류 ··· 70

[그림 4-9] 음폐수 및 음식물 개별처리 공정 ··· 72

[그림 4-10] 음폐수 및 음식물 통합처리 공정 ··· 73

[그림 4-11] 폐기물 종류별 톤당 에너지화 발열량 비교 ··· 96

[그림 4-12] 대전광역시 폐기물 에너지화 잠재량 전망 ··· 100

[그림 5-1] 대전광역시 광역처리 추진방법 ··· 104

[그림 5-2] 대전광역시 집적화 추진방법 ··· 104

[그림 5-3] 대전광역시 최적화 지수 제고 전략 ··· 105

[그림 5-4] 공급대상별 열병합발전 구분 ··· 107

[그림 5-5] 대전광역시 집단에너지 사업 현황 ··· 108

[그림 5-6] 저탄소 에너지존 개념도 ··· 112

[그림 5-7] 대전광역시 저탄소 에너지존 구상 ··· 113

[그림 6-1] 대전광역시 저탄소 에너지존의 확대 계획 ··· 120

제1장 연구의 개요

제1절 연구의 필요성 및 목적 제2절 연구 방법 및 내용

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제1장 연구의 개요

제1절 연구의 필요성 및 목적

제3차 국가폐기물관리 종합계획에서는 비전을 폐기물발생 최소화, 폐기물 최종 처분 최소화, 물질 사용 체인의 폐쇄, 폐기물로 인한 온실가스 발생 최소화, 폐기물 100% 회수, 천연자원 사용 감소로 설정하고 있으며, 폐기물관리의 우선순위 세분화, 물질의 라이프 사이클 관리, 폐기물 발생, 수거, 재활용, 중간처리, 최종처분의 단계별 체인관리 등의 전략을 제시하고 있다.

「폐자원 및 바이오매스 에너지 대책」실행계획 발표(2009.7)이후 정부는 2013년 까지 국가 신재생에너지 보급 목표율 3.78% 달성을 위해 폐자원 및 바이오매스로 목표율의 83.9%에 해당하는 3.17%를 실현코자 한다.

[그림 1-1] 국가 폐자원 및 바이오매스 보급 목표

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자원순환 기본계획에서는 저탄소 자원순환형(Zero-Waste) 사회 정착을 비전으로 삼고, 자원순환형 사회구조로 전환, 가치상향형 자원순환(4R) 실현, 통합형 폐기물 처리 인프라 구축, 기술개발 및 산업육성, 자원순환성 평가 및 실행기반 마련에 대 한 전략을 세웠다.

한편, 대전광역시 제3차 폐기물처리 기본계획(2012~2021)에서는 폐기물 정책의 선진화와 과학화, 폐기물 처리에 대한 관심 증대, 폐기물 처리 관련 행정 및 재정 의 효율화를 계획 기조로 삼고, 폐기물의 효율적 자원순환 체계 구축, 폐기물 재활 용을 넘어 에너지 회수, 주민주도형 친환경 폐기물 처리 체계 구축이라는 전략을 내세우고 있다.

따라서, 본 연구에서는 신규로 조성될 대전시 자원순환단지와 연계하여 대전시 폐기물 에너지에 대한 잠재량을 파악하고 활용방안을 모색하는 것을 목표로 하고 있다.

제2절 연구 방법 및 내용

본 연구에서는 정책 집행단계에서 직접 활용 가능한 연구 성과를 제시하기 위해, 국내외 폐기물 에너지화 시설 특성을 분석하여 대전지역 폐기물 관리 및 특성과 비교 분석하였으며, 국내 에너지화 시설 실적 및 문제점을 분석하여 향후 대전에서 적용가능성과 잠재된 문제를 예측하였다.

또한, 대전시의 폐기물 발생량, 처리량, 가연성분 조사를 통해 폐기물 에너지 잠 재량을 평가하고, 폐기물 에너지화를 통한 최적화 추진전략, 폐기물 에너지화 잠재 량 활용방안을 제시하였다.

에너지화 잠재량을 파악하기 위해 최근 성상분석 자료를 활용하였으며, 금고동 매립장, 신일동 소각장, 대전하수처리장, 음식물자원화 시설 등의 내부자료를 확보 하여 분석하였다. 폐기물 발생량 예측의 근간이 되는 인구 전망치는 제3차 폐기물 처리 기본계획의 전망치를 활용하였으며, 이는 최근 인구추세를 반영한 통계청의

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2020년 전망치와 유사한 것으로 파악되었다. 특히 환경기초시설의 반입량과 관련한 인구전망에 있어서는 과다 산정되지 않도록 유의하여야 하며, 과다 산정 시에는 환 경기초시설의 가동률 저하로 연결될 수 있으므로 주의해야 한다.

생산된 폐자원 에너지의 수요처 확보를 위해 대전시 집단에너지 사업 현황을 파 악하였으며, 저탄소 폐기물에너지존을 조성하는 방안과 폐기물 에너지화 잠재량의 활용 가능처를 제안하였다.

[그림 1-2] 연구의 수행체계

제2장 국내외 폐기물 에너지화 동향

제1절 폐기물 에너지화 정책 동향 제2절 폐기물 에너지화 특성

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제2장 국내외 폐기물 에너지화 동향

제1절 폐기물 에너지화 정책 동향

1. 폐기물 에너지화 추진

국내에서는 저탄소에너지 생산‧보급을 위한 「폐자원 및 바이오 에너지 대책」

실행계획(환경부 외 6개 부처, 2009)을 발표하고 2013년까지 국가 신재생에너지 보 급목표율을 3.78%로 설정하고 다양한 지원정책을 펴고 있다.

환경부는 2012년까지 가연성 폐기물의 31%, 2020년까지 전량을 에너지로 전환할 것을 선언하고 권역별로 폐기물 에너지화 시설을 확충하기로 하였다. 이에 따라 기존에 주로 RDF와 소각여열을 활용한 에너지화 시설을 지역 여건, 처리목적, 생성물(여열, RDF 등) 이용 인프라 구축 여부, 주민정서 등을 고려하여 시설을 더 확충해 나갈 방침이다.

[그림 2-1] 정부의 가연성폐기물 에너지화 정책

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「신에너지 및 재생에너지 개발‧이용‧보급 촉진법」에 따라 고형연료는 신재생 에너지로 분류되고 있으며, RPS 지원정책에 따르면 태양광에너지와 기타 신재생에 너지에 대해 증서 가중치(신‧재생에너지 공급의무화제도 관리 및 운영지침, 지식경 제부 고시 제2010-244호)를 부여받고 있는데, 폐기물과 매립가스는 0.5, 폐기물 가스 화 발전은 1.5의 가중치를 부여받고 있다.

유럽에서는 폐기물의 재활용을 통해 자원을 순환하고 매립, 소각처리에 따른 문제점을 해소하기 위해 생활폐기물 전처리시설(MBT, Mechanical Biological Treatment System)을 도입하였다. 특히 유기성 성분의 직매립을 금지시키고, 일정 열량 이상을 가진 가연성분 역시 직매립을 금지시킴으로써 Biodrying에 기반한 RDF 제조, 유기성 성분의 바이오가스화 및 퇴비화, 선별기술의 고도화를 이루게 되었다.

전처리시설에서는 쓰레기로부터 가연물을 분리하여 고형연료를 생산함과 동시에 유기물의 안정화를 통해 쓰레기의 감량을 실시한다. 회수된 가연물은 폐기물의 조 성, 수요처의 요구에 따라 4,800∼7,600 kcal/kg의 발열량을 갖는 고형연료를 생산 할 수 있다. 폐기물의 전처리를 통해 매립 전 유기성 물질의 선별·처리함으로써 메 탄가스 발생을 억제하고 지구온난화 방지 및 CDM 사업으로의 적용이 가능하다.

[그림 2-2] 유럽의 고형연료사업 현황

자료 : 한국폐자원에너지협동조합

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유럽국가의 고형연료 사업은 2000년 1.4 백만톤에서 2005년 12.4 백만톤 생산하여 연간 성장률 54%를 보이고 있다. 비율을 보면 독일이 많은 고형연료를 생산하고 있으며 다음으로 이탈리아와 네덜란드가 뒤를 잇고 있다 프랑스를 비롯한 그리스, 아일랜드가 유럽 내 후발주자로 고형연료화 사업을 추진하고 있다.

2. 폐기물 시설 최적화 추진

환경부는 매립시설(순환형 매립시설), 소각시설, 가연성폐기물 에너지화 시설, 유 기성폐기물 에너지화 시설, 음식물류폐기물 공공처리시설, 공공재활용기반시설 등 을 대상으로 현행되고 있는 국가 보조율을 조정하고 지원 대상을 확충하는 등의 개선을 위한 전략을 도입하려 한다. 즉, 국가 보조율의 경우 30∼50%로 현행되었던 것을 0∼70%로 상향할 계획이며, 지원 대상도 자치단체에서 신청한 폐기물처리 및 자원순환시설로 국한되어 있던 것을 최적화 전략(광역화, 집적화 등) 요건에 충족되 는 사업으로 확장하기로 하였다. 이에 따라 검토절차가 시·도에서 환경청, 환경부로 일반적이고 단순했던 흐름절차에 최적화 추진단을 구성하여 운영함으로써 피드백 형태로 전환을 하려한다. 또한 시설운영 실태점검반을 구성 및 운영하고 시설운영 실적을 제출하게 하여 이에 대한 분석 및 평가를 할 계획이다.

[그림 2-3] 정부의 최적화 추진 전략

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제2절 폐기물 에너지화 특성

1. 국내 폐기물 에너지화 기술

폐기물은 그 처리방법에 따라 에너지화 기술도 달라진다. 최종 처리방법이 소각 일 경우 여열 회수, 매립일 경우 매립가수 회수로 에너지화 시키고, 그 외에 고형 연료화나 바이오가스화로 에너지화 시키는 방법이 있다.

[그림 2-4] 폐기물 처리방법 및 에너지화 기술

폐기물 에너지 분야의 핵심기술은 크게 고형연료(RDF), 열분해 유화, 가스화, 소 각열 회수 이용의 4가지로 구분되며 19개의 세부기술로 분류된다.

고형연료기술에는 폐기물 선별, 폐기물 건조, 폐기물 성형, RDF 연소의 세부 기술이 있으며, 열분해 유화기술에는 PVC처리, 반응기, 코킹방지, 열분해 촉매,

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정제의 기술이 있다. 가스화 기술에는 가스화, 정제, 복합발전, 합성가스, 용융의 세부 기술이 있으며, 소각열 회수 이용 기술에는 연소, 혼소, 열병합 발전, 폐열 발전, 폐열 회수의 기술이 있다. 4개의 핵심 기술 중에 소각열 회수 이용 분야가 73.0%로 가장 높았으며 가스화 분야가 55.5%로 가장 낮았다. 전체적으로 64.7%의 기술 수준을 보유하는 것으로 나타났다.

<표 2-1> 폐기물 분야 핵심기술 비중 및 국내수준

분야 핵심기술 비중

(%)

국내수준 (%)

세부기술 비중

(%)

국내수준 No. 기술명 (%)

폐기물

고형연료(RDF) 30 66.8

1 폐기물 선별 기술 30 68.0 2 폐기물 건조 기술 20 70.0 3 폐기물 성형 기술 20 66.0 4 RDF 연소 기술 30 64.0

열분해 유화 20 58.4

5 PVC 처리 기술 25 56.0

6 반응기 기술 30 63.0

7 코킹 방지 기술 20 57.0

8 열분해 촉매 기술 15 55.0

9 정제 기술 10 58.0

가스화 20 55.5

10 가스화 기술 25 60.0

11 정제 기술 20 55.0

12 복합발전 기술 15 53.0

13 합성가스 이용 기술 25 52.0

14 응용 기술 15 57.0

소각열 회수 이용 30 73.0

15 연소 기술 30 79.0

16 혼소 기술 15 71.0

17 열병합 발전 기술 15 71.0 18 폐열 발전 기술 20 68.0 19 폐열 회수 기술 20 72.0

합계 100 64.7 - - - -

자료 : 폐기물 에너지 산업 로드맵 2012(http://www.bizhospital.co.kr)

폐기물 에너지화 기술은 가연성 폐기물과 유기성 페기물의 2가지로 구분된다.

가연성 폐기물의 기술로 가연성 폐기물 연료화 기술은 고형연료 생산기술은 실용 단계이나 불안정한 발열량 등 품질이 미흡하며, 수요처가 한정(시멘트 소성로)되어 있고 공급단가가 낮아 활성화가 부진하다. 또한 소각시설 여열 회수 및 이용기술은

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소각시설 위치 제한에 따른 수요처와의 접근성 문제로 여열 회수와 이용이 저조하 며, 막대한 소요재원(수송관 설치 등) 대비 낮은 공급가격이(1/4수준) 시장 진입의 장벽으로 간주된다.

유기성 폐기물의 기술로 유기성 폐기물 바이오가스화 기술은 현재 수준이 Pilot 플랜트 및 소규모시설의 설치와 운영 단계로 선진국에 대비하여 초보단계이고, 초기투자 비용의 과다 및 성공의 불확실성으로 투자를 기피한다. 또한 폐기물 매립 가스 자원화 기술은 매립가스 포집 및 정제기술은 선진국의 65%정도로 중질가스만 상용화가 가능하고 전기/열에너지 공급이 가능한 광역화, 집단화 시설의 입지확보 가 곤란하다.

생활계 폐기물은 가연성과 불연성으로 나뉘는데, 고형연료화는 그 중 폐플라스틱 고형연료화와 폐지와 폐목재의 고형연료화로 나눌 수 있다. 생활폐기물 RDF와 폐 플라스틱 RPF, 폐목재 WCF는 각각 특성과 품질 기준을 달리한다.

[그림 2-5] 고형연료화 대상 생활폐기물의 종류

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2) 국내 고형연료제품 현황

고형연료제품은 가연성 폐기물(지정폐기물 및 감염성 폐기물을 제외)을 선별·

파쇄·건조·성형을 거쳐 일정량 이하의 수분을 함유한 고체상의 연료로 제조한 것을 말한다. 고형연료제품은 가연성 생활폐기물을 사용하여 제조한 생활폐기물 고형 연료제품(RDF, Refuse Derived Fuel), 폐플라스틱을 중량기준으로 60%이상 함유 하여 제조한 폐플라스틱 고형연료제품(RPF, Refuse Plastic Fuel), 폐타이어를 사용 하여 제조한 폐타이어 고형연료제품(TDF, Tire Derived Fuel), 폐목재 사용하여 제조한 폐목재 고형연료제품(WDF, Wood Chip Fuel)으로 나눌 수 있으며 이러한 고형연료 제품들의 특성 및 품질기준은 <표 2-2>와 같다. 생활폐기물(RDF)의 경우 제조공정에 따라 성형과 비성형으로 나뉘는데 크기는 비성형이 더 컸으며 나머지 폐플라스틱(RPF), 폐타이어(TDF), 폐목재(WCF)의 크기는 100㎜ ~ 120㎜ 이하였다.

<표 2-2> 고형연료제품의 특성 및 품질기준

품질기준 생활폐기물(RDF) 폐플라스틱

(RPF)

폐타이어 (TDF)

폐목재 (WCF)

성형 비성형

향상 및 크기

직경 30㎜ 이하 50×50㎜ 이하 (120×120㎜)

50㎜ 이하 120㎜

이하 100㎜ 이하

길이 100㎜ 이하 100㎜ 이하

자료 : 환경공단 고형연료제품 정보관리 시스템(http://www.srf-info.or.kr/)

RDF는 제조방법에 따라 7가지로 분류할 수가 있는데, 가장 기본적으로는 폐기물로 배출된 상태인 것부터 분쇄 크기, 압축 방법, 가공방법에 따라 분류체계가 다르다.

최종적으로는 액상연료나 기체연료도 가공할 수 있다.

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<표 2-3> 미국의 RDF 분류 체계

분류 제조 방법

RDF-1 폐기물로 배출된 상태의 것

RDF-2 폐기물을 파쇄하여 6인치 메시스크린을 중량비로 95% 통과하는 것 (Coarse-RDF)

RDF-3 폐기물을 분쇄하여 금속, 유리, 기타의 유기물을 선별한 것으로서 2인치 메시 스크린을 중량비로 95% 통과하는 것(Fine-RDF)

RDF-4 폐기물을 분쇄가공하여 10 메시스크린(2㎜)을 중량비로 95% 통과하는 것 (Power-RDF)

RDF-5 폐기물을 분쇄한 후 펠렛, 큐브, 조개탄 모양으로 압축한 것(Densified-RDF) RDF-6 폐기물을 액상연료로 가공한 것

RDF-7 폐기물을 기체연료로 가공한 것

고형연료는 성형여부에 따라 RPF와 비성형(Fluff) 파쇄품으로 나뉜다. 생산 공정은 수선별, 파쇄, 비중선별, 광학선별, 비철선별 등을 거쳐 최종제품으로 생산되며 생산된 제품은 시멘트 소성로, 산업용 보일러, 전용 발전소, 열병합발전소에서 활용 된다.

[그림 2-6] 고형연료의 종류 및 형태

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[그림 2-7] 고형연료 생산 공정 및 사용처

2010년 폐자원 에너지 총 생산량은 680,790 톤으로 생산품목 중 Fluff가 89.7%, RPF가 10.3%를 차지하였으며 2011년 폐자원 에너지 총 생산량은 830,000 톤으로 생산품목 중 Fluff가 87.8%, RPF가 12.2%를 차지하였다. 결과적으로 2011년은 2010 년에 비해 총 생산량 21.9%, Fluff 19.3%, RPF 44.7% 증가함을 보였다.

<표 2-4> 폐자원 에너지 총 생산 및 공급현황

(단위 : 톤)

년도 생산품목

총 생산량 Fluff(파쇄, 분쇄품) RPF(고형연료)

2010년 611,000 69,790 680,790

2011년 729,000 101,000 830,000

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[그림 2-8] 고형연료 생산 공정 및 사용처

자료 : 한국폐자원에너지협동조합

폐자원 에너지화에 따른 에너지 절감 실적을 보면 유연탄의 에너지대체 가능량은 764,706 ton, 에너지 대체 비용은 84,203 백만원이었으며, 무연탄의 에너지대체 가능 량은 805,882 ton, 에너지 대체 비용은 85,875 백만원으로 유연탄에 비해 1,672 백만원 더 높게 나타났다. 또한 B - C유의 에너지대체 가능량은 1,217,647 ㎘, 에너지 대체 비용은 742,765 백만원이었으며, 전력의 에너지 대체 가능량은 264,706 ㎿, 에너지 대체 비용은 14,559 백만원으로 가장 낮았다.

최근 10년간 폐합성수지의 연료화 실적을 보면 2000년 폐합성수지 발생량의 약 0.2%만이 시멘트사의 연료로 사용되었으나, 2010년에는 21.6%가 시멘트사의 연료로 사용되는 등 급성장을 하였다.

폐기물 150 만톤/년을 처리할 때 드는 비용은 100 % 소각 시 약 992 억원, 매립 시 62 억원으로 큰 차이를 보이고 있다. 따라서 이 양을 에너지화 할 때 절감되는 처리비용은 소각에 의존하는 지역의 경우 더 크다고 볼 수 있다.

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<표 2-5> 74 만톤/년의 폐자원 에너지화에 따른 에너지 절감 실적

구분 에너지대체 가능량 에너지대체 비용(백만원)

유 연 탄 764,706 ton 84,203

무 연 탄 805,882 ton 85,875

B - C유 1,217,647 ㎘ 742,765

전 력 264,706 ㎿ 14,559

자료 : 한국폐자원에너지협동조합

<표 2-6> 폐합성수지 연료화 실적

(단위 : 천 톤)

년도 2000년 2003년 2006년 2008년 2009년 2010년

폐합성수지 발생량 2,097 2,528 2,502 3,138 3,136 3,136

시멘트사 연료화 실적 5 63 316 474 507 680

비율 0.2 2.5 12.6 15.1 16.1 21.6

자료 : 한국폐자원에너지협동조합

<표 2-7> 폐자원 에너지화량 150 만톤/년에 대한 폐기물 처리 비용 분석 소각 : 매립

비율

직매립량 (ton)

소각량 (ton)

소각비용 (천원)

매립비용 (천원)

최종처리비 (천원) 100 : 0 - 1,500,000 95,850,000 3,388,500 99,238,500 0 : 100 1,500,000 - - 6,210,000 6,210,000 자료 : 한국폐자원에너지협동조합

폐기물 150만톤을 에너지화 할 경우 수입 대체 효과는 원유기준으로 1,861,412 백만원이며, 2차 에너지로 갈수록 그 효과는 적어진다.

또한 처리방법에 따라 종이류는 매립할 경우 이산화탄소가 가장 많이 발생하고, 플라스틱류는 소각할 경우 가장 많이 발생한다.

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<표 2-8> 폐자원 에너지화(150 만톤/년) 할 경우 에너지 수입 대체 효과 분석

구분 에너지대체 가능량 에너지 대체 비용(백만원)

원 유 2,628,830 ㎘ 1,861,412

천연가스 3,249,205 ton 757,871

무 연 탄 1,633,545 ton 174,071

유 연 탄 1,550,079 ton 170,682

코 크 스 1,758,744 ton 589,197

전 력 536,566 ㎿ 29,511

<표 2-9> 폐기물 성분의 처리방법에 따른 CO2 발생량

(단위 : CO2eq/ton)

물질 매립지에서 소각시설에서 재활용시 출처

종이/골판지 3.99 2.56 2.50 WARP2 006

플라스틱 3.60 5.00 1.70 WARP2 006

자료 : Climate Protection Potentials of EU Recycling Targets, 2008, Germany

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2. 일반소각과 고형연료 소각의 특성 비교

생활쓰레기의 경우 연소 시 1,049℃의 온도가 필요하며 가스량과 총열량은 각각 시간당 29,07Nm³, 11,193,007kcal가 발생된다. 반면 고형연료는 1,672℃에서 연소되며 가스량과 총열량은 각각 시간당 16,183Nm³, 10,730,419kcal가 발생된다. 연소에 필요한 온도는 고형연료가 생활쓰레기보다 더 높지만 가스량과 총열량에서는 생활 쓰레기가 고형연료보다 더 높음을 나타냈다. 특히 회수열량에서는 생활쓰레기 8,525,468kcal/h, 고형연료 9,129,920kcal/h를 나타내며 고형연료의 회수열량이 604,452kcal/h 더 높음을 알 수 있었다. 이처럼 회수열량의 차이는 소각로나 보일 러의 발전효율이나 운영방식 등이 기인한 것으로 판단된다. 실제로 <표 2-10>처럼 신형폐기물 소각로와 고형연료 전용보일러를 비교한 결과 고형연료 전용보일러의 발전효율이 11% 높은 것을 알 수 있었다.

[그림 2-9] 일반소각과 고형연료 소각의 열회수율 비교

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<표 2-10> 신형 소각로 및 고형연료 전용보일러의 비교

소각로 형태 발전효율 잔여 열이용 효율

(발전 후)

건설비 (MEUR/PJ)

운영비 (건설비의 %) 신형 폐기물

소각로 19% 65% 52.2 7%

고형연료

전용보일러 30% 60% 51.1 4%

※ MEUR : 백만유로

※ PJ : PetraJoule (1PJ = 10¹⁵ Joule)

2) 온실가스 발생량 비교

폐기물을 소각하여 전기나 열에너지로 활용하였을 경우와 Fluff형태, 연강도 고형 Pellet 형태 또는 고강도 Pellet 형태로 제조하여 활용하였을 경우의 온실가스 발생량을 비교한 결과 연강도 고형 Pellet의 온실가스 저감효과가 가장 큰 것으로 나타났다.

[그림 2-10] 일반소각과 고형연료 소각의 온실가스 발생량

제3장 폐기물 에너지화 여건 및 현황

제1절 폐기물처리시설 인프라 현황 제2절 폐기물 에너지화 시설 분석

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제3장 폐기물 에너지화 여건 및 현황

제1절 폐기물 처리시설 인프라 현황

1. 폐기물 처리시설 현황

전국 폐기물 처리시설은 총 1,579개소(공공 725개소, 민간 872개소)이며, 평균 가 동률(매립시설 제외)은 각각 82%, 26% 수준인 것으로 나타났다. 또한 공공시설과 민간시설은 각각 생활폐기물과 사업장폐기물 처리를 담당하고 있으며 민간 선별 및 음식물쓰레기처리시설은 생활폐기물 처리도 담당하고 있다.

<표 3-1> 폐기물 처리시설 운영현황(2010년)

구분(톤/일)

공공부문 민간부문

개소 시설 비고 용량

처리량

(가동률) 개소 시설 용량

처리량 (가동률) 계 725 64,252 53,096

(82.6) 872 80,043 21,060 (26.3)

*용량·처리량 (매립제외)

매립시설(백만㎥) 204 196 9 90 6 1 *최종처리업

소각시설(톤/일) 172 15,622 11,941

(76.4) 89 6,405 4,294 (67.0)

*중간처리업 (민간:300일 기준) 선별시설(톤/일) 217 4,723 2,676

(56.6) 524 60,291 8,486 (14.1)

*기계적, 재활용 (선별 등) 에너지화

(톤/일)

RDF 등 4 480 395

(82.3) 77 3,075 677 (22.0)

*설치증 포함 (민간:RPF,TDF,WCF) 유기성 43 37,899 33,186

(87.6) 9 340 340

(100.0) -

사료화·퇴비화

(톤/일) 85 5,538 4,898

(88.4) 149 9,932 7,623

(73.1) *퇴비·사료화 등

※ TDF : Tire Derived Fuel(폐타이어 고형연료)

※ WCF : Wood Chip Fuel(폐목재 고형연료)

※ 민간 소각시설 중 중간처리업 외의 자가 처리시설은 총 696개소

※ 생활폐기물 공공처리시설 수는 총 698개소(공공부문 총 725개소에서 유기성 에너지화 시설인 하수슬러지 시설 등 27개소를 제외한 개소 수임)

- 26 -

국내 매립가스 자원화 사업은 발전사업과 연료 공급 사업으로 분류가 되며, 국내 매립가스 발전 시설의 운영현황 자료 분석 결과 평균 가동률은 33.8%로 매립가스 자원화에 대한 활용이 저조한 것으로 나타났다.

매립가스 에너지 이용 실태를 보면 2010년 기준 발생 매립가스 총 포집량 50,875,496 N㎥/년이며, 그 중 메탄가스량은 전체 매립가스 포집량의 50%인 179,065,212 N㎥/년이다. 총 활용량은 매립가스 포집량의 87.9%인 157,476,765 N㎥

/년이며, 그중 발전으로 86.4%, 냉난방에 0.04%, 가스공급으로 13.6%를 활용하였다.

2010년 지역별 에너지 활용률을 보면 인천 수도권 매립지 매립가스 에너지 활용률 84.8%를 제외한 나머지 지역에서 활용률 100%를 보이고 있으나, 이는 매립가스 포집량 분석에 있어서의 기술적 한계로 포집량과 활용량을 일괄 통계한 것으로 보 인다. 한편, 대전의 경우 매립가스 포집공의 추가설치 공사가 진행 중이었으므로 전량 대기확산 된 것으로 집계되었다.

국내 매립가스 에너지 이용 사업 현황을 보면 대구를 제외한 나머지 시설에서 매립가스의 발전설비를 갖추고 있으며, 대구 방천리 위생매립장은 매립가스 연료공급 사업을 추진하고 있다. 매립가스의 발전설비의 경우 가동률은 5~43%의 범위를 보이고 있으나, 매립가스 연료공급 사업의 경우 가동률이 77%에 달하며, 매립가스 발전 시설보다 매립가스 자원화 활용이 효율적인 것으로 나타났다.

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<표 3-2> 전국 매립가스 자원화사업 실태 (단위 : N㎥/년) 구분 시설규모 (MW)가동률 (%)

매립가스 에너지 이용 실태 에너지 활용률 (B/A, %)

발생가스(LFG) 포집량메탄가스(CH4) 활용량 발생가스 총 포집량

발생가스 총 포집량 중 메탄가스량 (A)

에너지생산 에너지 생산 외시·도 별소재지총 활용량 (B)발전냉난방가스공급 합계26.125-350,875,496 179,065,212 157,476,765 136,001,338 66,269 21,409,15823,316,65987.9 부산생곡동63315,069,0006,781,050 6,781,050 6,781,050 ---100.0 대구방천리130㎥/min7745,194,57721,409,158 21,409,158--21,409,158 -100.0 인천백석동3.4 -278,478,356144,808,745 122,809,825 122,743,556 66,269 -21,998,920 84.8 광주양과동2-2,457,2681,253,207 1,253,207 1,253,207 ---100.0 운정동15- -- --- 대전금고동3.4 -2,629,8721,317,739 - ---1,317,739 - 청주학천리1303,456,4231,728,211 1,728,211 1,728,211 ---100.0 군산내초동130- -- --- 여수만흥동0.925432,300,0001,150,000 1,150,000 1,150,000 --- 100.0 순천왕지동1.8522-101,102 101,102 101,102 ---100.0 포항호동25- --- 제주회천동1301,290,000516,000 516,000 516,000 ---100.0 자료 : 2010 전국 폐기물발생량 및 처리현황, 2011 주 : 청주시 학천리 활용량은 메탄가스 발생량 기준으로 재 산정

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<표 3-3> 전국 소각시설 에너지 이용 현황 (단위 : Gcal/년) 시·도별 (개소)

시설 용량 (톤/일)

에너지 이용실태폐열이용률(%) 에너지 발생량 (A)

외부 공급(Gcal)자체 사용(Gcal) 총 이용률 (B+C)/(A)자체사용 (C/A)열사용 (B1+C1)/(A)전력사용 (B2+C2)/(A)소계 (B)열공급 (B1)전력공급 (B2)소계 (C)열사용 (C1)전력사용 (C2) 합계(176)16,0818,472,2534,079,9293,877,227 202,7023,563,5452,764,128799,41790.242.178.411.8 서울(5) 2,8981,668,9551,371,2601,363,015 8,245 297,695280,49317,202100.017.8 98.51.5 부산(3) 840532,699 285,412 285,412 -247,287 222,577 24,710100.046.4 95.44.6 대구(1)480 282,481168,679167,144 1,535 113,80274,51339,289100.040.3 85.5 14.5 인천(9)957 634,211156,997156,997 -334,214334,214-77.552.7 77.5- 광주(1)400 160,19940,97840,978 -119,22121,99397,228100.074.4 39.360.7 대전(1)400 241,54787,20387,203 -77,17277,172-68.131.9 68.1- 울산(1)400 228,89586,52086,520 -142,37549,50292,873100.062.2 59.440.6 경기(23)5,215 2,508,6861,288,3761,247,509 40,8671,082,759830,727252,032 94.543.2 82.811.7 강원(13)264 19,134186 186-7,970 7,773 197 42.641.741.61.0 충북(10)471 191,95594,85589,907 4,948 87,75182,5525,199 95.145.7 89.85.3 충남(12)566 243,671104,213104,213 -81,67281,672-76.333.5 76.3- 전북(2)600 415,324113,64145,487 68,154157,86976,11581,75465.438.0 29.336.1 전남(47)518 388,480515515 -257,656257,08956766.566.3 66.30.1 경북(23)380 65,649---33,57823,5879,991 51.151.1 35.915.2 경남(18)1,417 757,091280,696201,743 78,953412,328293,469118,85991.554.5 65.4 26.1 제주(7)275 133,276399399 -110,19650,68059,51683.082.7 38.344.7 자료 : 2010 전국 폐기물발생량 및 처리현황, 2011

- 29 -

2. 폐기물 에너지화 시설 현황

고형연료(RDF) 제조시설은 부산을 포함한 15개소(부천, 부안, 목포, 가평, 부산, 무주, 나주, 순천, 포항, 대구, 광주, 서산, 김해)에 설계 및 공사 중이며 원주, 수도 권매립지, 남해에는 현재 운영 중이다. 또한 전용보일러는 부산, 포항, 대구 3개소 에서 운영계획 중이며, 소각여열 회수시설은 안산, 화성 2개소에서 운영할 방침이다.

[그림 3-1] 폐자원 에너지화 시설 설치 계획 현황

바이오가스화 시설은 수도권매립지(2개소)를 포함하여 총 20개소(대구, 고양, 진주, 광주, 속초, 울산, 청주, 김해, 대전(2개소), 제주, 서울 은평, 충주·충남신도청, 전주, 경북신도청, 경산, 포항)에 설계 및 공사 중이며, 서울 동대문은 현재 운영 중이다.

매립가스 회수시설은 진주 1개소에 운영할 계획이며 구미와 마산에는 현재 운영 중에 있다. 한판 목포, 광양, 광주는 개별 추진 중이다.

- 30 -

제2절 폐기물 에너지화 시설 분석

1. 가연성 폐기물 고형연료화(RDF) 사업

정부의 폐자원 및 바이오매스 에너지 관련 시범사업으로 추진하고 있는 수도권 환경에너지 종합타운은 현재 단순 매립되고 있는 폐자원의 에너지화 및 매립 예정 부지를 이용한 신재생에너지 생산을 통한 고유가 대비, 매립부지의 효율적 활용, 대기 오염물질의 근원적 저감에 그 목적이 있다. 관련 사업으로는 고형연료화(RDF 제조), RDF전용보일러, 건설폐기물 연료화, 하수슬러지 고형연료화, 음폐수 바이오 가스화, 음식물류 바이오가스화, 바이오가스 자동차연료화 등이 있다. 특히 건설폐 기물 연료화의 에너지화량은 바이오가스 자동차연료화를 제외한 나머지 사업들의 에너지화량 총합 중에서 53.7%로 가장 높았으며, 규모면에서도 36.7%로 가장 컸다.

<표 3-4> 수도권 환경에너지 종합타운 시설 현황

구분 에너지화량

(천톤/년)

규모 (톤/일)

사업기간 (년)

사업비 (억원) 고형연료화

(RDF제조) 252 2,200 ’09∼’17 2,962

RDF전용

보일러 - 600 ’10∼’16 1,568

건설폐기물

연료화 1,040 4,000 ’10∼’17 2,565

하수슬러지

고형연료화 148 2,600 ’08∼’14 2,507

바이오가스화음폐수 165 500 ’09∼’12 426

음식물류

바이오가스화 330 1,000 ’10∼’14 1,300

바이오가스

자동차연료화 2,205(천㎥/년) 10(㎥/분) ’09∼’10 52

계 1,935 10,900 - 11,380

자료 : 수도권매립지 자료(행복을 폐기물로 매립지 에너지), 2012 주 : 바이오가스 자동차연료화는 합계에 포함되지 않음

- 31 - (1) 고형연료화 사업 개요

인천광역시 서구 백석동 58번지 일원에 위치한 수도권매립지는 가정에서 버려지는 종량제 봉투 안에 들어있는 쓰리기에서 종이, 비닐 등 가연물을 골라내 수분을 건조시킨 후 고형연료(RDF, Refuse Derived Fuel)를 생산하는 가연성 폐기물 자원화 시범사업을 운영 중이다. 본 사업은 기존의 단순소각·매립하던 처리방식을 에너지 회수 가능한 고형연료화 방식으로 다양화 시키고 폐자원을 신재생에너지로 전환하여 저탄소 녹색성장에 기여하자는 목적을 가지고 있다.

가연성 폐기물 고형연료화(RDF) 시범사업은 반입되는 생활폐기물 중 가연성폐기 물을 전처리 과정(파쇄·선별·건조 등)을 거쳐 연료화하고 신재생에너지를 생산하는 사업으로 시범시설 규모는 전처리시설 200톤/일 이며, 파쇄·선별 등 전처리 후 가연성 물질은 고형연료(RDF)로 제조하는 처리방법을 사용하고 있다.

대상 폐기물은 수도권 매립지에 반입되는 생활폐기물이며 세부적인 가연성 에너 지화 추진계획은 아래의 표와 같다.

<표 3-5> 수도권 가연성 에너지화 추진계획

구분 계 시범사업 본 사업(1단계) 본 사업(2단계)

시설규모(톤/일) 2,200 200 1,200 800

소요예산(억원) 2,962 262 1,500 1,200

사업기간 2006∼2016 2006∼2010.3 2009∼2014.4 2014∼2016 RDF생산량(톤/일) 960 60(성형RDF) 550(비성형RDF) 350(비성형RDF)

RDF활용계획 - RDF전용보일러

(자체활용)

RDF전용보일러

(자체활용) 외부 공급

※ RDF 전용보일러(600톤/일) 설치 : 별도 민간투자 사업으로 추진 자료 : 수도권매립지관리공사(2009), 가연성폐기물 에너지화시설 운영사례

- 32 -

대략적인 사업개요는 다음과 같다. 부지면적 9,564㎡, 건축면적 3,776㎡(연면적 4,716㎡)의 시설규모를 갖추고 있으며 파쇄, 선별 등 하루 200톤을 처리할 수 있는 전처리 시설과 100톤 이상을 생산할 수 있는 RDF 시설이 있다. 전처리시설의 경우 파봉파쇄, 입도선별, 비중선별, 철/비철 선별, 광학선별 등으로 구성되어 있으며 주요 처리공정 특징으로는 연소운전을 위한 주요설비 2계열화, 염소함량 최소화를 위한 광학선별 배치, 건조기 후단배치로 건조효율 증대 및 건조에너지 절감, 향후 비성형 (Fluff) 제조시설을 위한 대응성 확보 등이 있다. RDF 제조시설은 건조 및 성형설비, RDF 저장 및 반출설비 등으로 구성되어 있으며 에너지 절약형 기기설치로 운영비를 최소화하고 공정 자동화로 효율적인 시설을 운영하고 있다.

(2) 공정 및 특징

수도권매립지의 RDF 형식은 pellet type이며 별도 유기물 선별로 건조공정을 후단에 구성하여 연료소비 감소 및 RDF 품질을 향상시키고 있다. 유기물은 불연물 과 가연물이 혼재된 상태로 배출되며 반입량의 약 25%정도, 기저귀류, 끈류 등 연료화에 부적합한 물질(도자기류, PVC, 중량 플라스틱 등)이 약 12% 정도 배출 되고 있다.

- 33 -

[그림 3-2] 가연성폐기물 에너지화시설 처리흐름도

<표 3-6> 반입 생활폐기물 특성

구분 2005 2006 2007 2008 2009

수분(wt%) 21.3 24.2 20.0 20.7 21.6

가연분(wt%) 64.1 62.2 73.4 69.3 68.0

회분(wt%) 14.6 13.6 6.7 10.0 10.4

겉보기밀도

(kg/㎥) 127 131 135 153 171

저위발열량

(kcal/kg) 3,940 4,604 4,041 3,761 3,528

자료 : 수도권매립지통계년감(2005∼2009)

- 34 -

구분 폐기물 생산 RDF RDF기준

발 열 량 (kcal/kg)

건기준 5330.7 5734.6

습기준 저위발열량 3500kcal/kg이상 습기준 고위 발열량 2890.5 5319.3

습기준 저위 발열량 2388.7 4864.5 삼

성 분 (%)

수분 46.06 7.26

10% 이하

가연분 47.64 83.99

회분 6.31 8.753

[그림 3-3] 수도권매립지 RDF 제조시설 물질수지

<표 3-7> 수도권매립지 RDF 발열량 및 삼성분 평균

- 35 - (3) 개선사항

<표 3-8>은 가연성폐기물 자원화 시범시설을 운영하는데 있어서 부적합물 반입 이나 관련 단위시설 이상과 같이 발견된 몇 가지 문제점들에 대한 개선사항을 보여주고 있다.

<표 3-8> 시범시설 운영상 문제점 및 개선사항

구분 문제점 개선사항

부적합물 반입

끈류, 섬유류

파봉·파쇄 기능저하, 막힘,

엉김발생 칼날폭 110㎜ → 63㎜

낙엽류, 화훼류

건조기 과부하 발생, RDF 효율 저하

톤백에 의한 외부반출 → 컨베이어 형식

단위 시설

파봉·

파쇄기

파봉·파쇄 미비로 반송폐기물

증가 칼날폭 110㎜ → 63㎜

트롬멜

스크린 전단부에서 가연분 손실 과다 전단부 눈크기 100㎜ → 40㎜

디스크 스크린

디스크 간격이 넓어 가연분

유실 축과의 거리 40㎜ → 25㎜

진동 스크린

폐기물 불균일 이송 및 진동에

의한 몸체 균열 진동모터형 → 크랭크샤프트형

컨베이어 경사각이 높아 폐기물의 흘러내림 및 이송량 저하

벨트컨베이어 형식 → 에이프런 형식

- 36 -

2) 원주시 생활폐기물 에너지화 시설 사례

(1) 고형연료화 사업 개요

원주시 흥업면 사제리 산 185번지 일원에 위치한 폐기물 종합처리단지는 현 매립 시설이 2012년에 종료됨에 따라 안정적인 폐기물 처리시설을 확보하기 위해 설립 되었다. 또한 공공 재활용 기반시설 확충과 폐자원 및 바이오매스 에너지화 사업의 추진으로 최종처리 대상 폐기물 감량으로 인한 효율적인 시설운영 및 예산 절감 효과도 주고 있다.

원주시 폐기물 종합처리단지는 매립시설 5,430,000㎥(금회확장 2,290천㎥, 기존 3,140천㎥), RDF시설 160톤/일(금회증설 80톤/일, 기존 80톤/일), 유기성 에너지화 시설 90톤/일, 재활용선별시설 35톤/일의 사업규모를 갖추고 있으며 총 사업비는 102,668 백만원(국비 29,767 지방비 20,838 민간투자 52,063)이 투자되었고 사업기간 은 공사기간 3년(’10∼’12), 운영기간 15년(’13∼’27)이다.

[그림 3-4] 원주시 폐기물 종합처리단지 조성사업 조감도

- 37 - (2) 공정 및 특징

원주시 폐기물 종합처리단지의 초기 공정도는 [그림 3-5]와 같으며 이송설비, 대기방지시설 등을 제외한 전 처리공정 중 불연물 선별공정이 50% 이상을 점유 하고 있다. 또한 반입되는 생활폐기물은 수분이 가장 많았으며 토사, 초자, 철금속 순서였다.

[그림 3-5] 원주시 폐기물 종합처리단지 초기 공정도

초기 공정에 따른 생활폐기물 처리현황을 보면 매년 반입량, RDF, 반출, 불연물 양은 증가 추세이다. 수분은 평균 36%였으며 건조연료는 ’08년에 전년대비 15.1%

감소하였으나 ’09년에는 전년대비 42.4% 증가율을 보였다. 또한 전력에서도 ’09년에 249,607,350원으로 전년대비 25.2%의 증가율을 보였다.

<표 3-9> 생활폐기물 처리 현황

연도 반입량

(톤)

RDF (톤)

반출 (톤)

불연물 (톤)

수분 (%)

건조연료

(liter) 전력(원) 2007 13,229 5,801 3,004 2,587 36.0 511,768 188,755,980 2008 14,906 6,659 9,536 2,878 36.3 434,582 199,327,000 2009 17,662 7,044 6,317 4,120 35.9 618,950 249,607,350

- 38 -

구분 폐기물 생산 RDF RDF기준

발 열 량 (kcal/kg)

건기준 4643 5941.71

습기준 저위발열량 3500kcal/kg이상 습기준 고위 발열량 2811.9 5836.8

습기준 저위 발열량 2395.6 5480.5 삼

성 분 (%)

수분 41.02 1.773

10% 이하

가연분 39.96 81.67

회분 19.01 16.56

[그림 3-6] 원주시 RDF 제조시설 물질수지

<표 3-10> 원주시 RDF 발열량 및 삼성분 평균

- 39 - (3) 개선사항

한편 상기의 초기 공정도는 1차 자력 선별 성능 한계에 따른 후속공정 장애 초 래, 발열량 저하 등의 문제점들이 발생됨에 따라 [그림 3-7]과 같이 공정 및 설비를 일부 변경하였으며 개선된 내용을 <표 3-11>에 정리하였다.

[그림 3-7] 원주시 폐기물 종합처리단지 현재 공정도

<표 3-11> 운영상 문제점 및 개선사항

공정 신설/변경 용도 구조 및 기능

1차토사선별 신설 토사, 파병 등

선별

다수의 Free Roller를 경사형으로 배치하여 이 송컨베이어에서 낙하되는 파쇄물이 자중으로 이송되는 Chute 구조

선택적수선별 변경 이불, 플래카드, PVC류 수선별

파쇄물을 감시카메라로 감시하여 길이가 긴 파 쇄물과 PVC 등을 수작업에 의해 선별

2차토사선별 변경 건조파쇄물의

토사, 파병 등 선별

건조물 이송용 Screw 컨베이어 하부 일부를 타 공판으로 교체하여 이송 중 토사, 파병 등을 자 동선별

3차토사선별 신설 분쇄물의 토사,

파병 등 선별 타공판과 Paddle Screw로 구성되는 이송컨베이 어로 교반과 이송을 겸하는 구조

벌크적재 신설 RDF를

롤온박스에 자동 적재

RDF사이로 전단에서 롤온박스로 자동적재 할 수 있는 이송설비와 롤온박스 이송장치로 구성

열풍건조 변경 건조효율 향상

부품 수명 연장 기존의 강제비산식을 교반비산식으로 일부 변 경하여 건조효율향상

기타 변경 처리생산성

작업부하 경감증가

풍력선별기, 저장조의 Bridge Breaker, 냉각기, 원심력집진기 등의 구조개선

- 40 -

3) 부천시 생활폐기물 전처리 시설

(1) 고형연료화 사업 개요

부천시 오정구 대장동 607번지에 위치한 생활폐기물 전처리시설(MBT)은 부지면적 7,800㎡(건축연면적 3,820㎡)의 시설규모로 폐기물 종합처리시설 내에 생활쓰레기를 1일 90톤을 기계적으로 처리하여 고형연료(RDF) 55톤 생산을 목적으로 총 사업비 15,652 백만원(국비 3,510 도비 2,457 시비 9,865)을 투자하였다.

[그림 3-8] 부천시 생활폐기물 전처리시설 전경

(2) 공정 및 특징

부천시 생활폐기물 전처리(MBT)시설의 공정순서는 [그림 3-9]와 같으며, 반입 → 폐기물 파쇄기 → 자력선별기 → 입도선별기 → 가연물 분쇄기 → 건조기 → 풍력 선별기 → 비철 → 금속 선별기 → 성형기 → 저장 → 반출 등의 순서로 진행된다.

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[그림 3-9] 부천시 생활폐기물 전처리시설(MBT) 공정흐름도

(3) 개선사항

<표 3-12>에는 주요 4가지 부문(쓰레기 흐름, 설비의 배치, 적정 설비의 선택, 운전 및 운영시간)에 대한 문제점과 개선사항을 정리하였다.

<표 3-12> 운영상 문제점 및 개선사항

구분 문제점 개선사항

쓰레기 흐름 종적흐름(소음발생, 막힘현상) 횡적흐름

설비의 배치 파봉(파쇄)기, 분쇄기 투입 전 철재류 등의 선별필요

적정 설비의 선택 건조기 건조 방식과 효율, 에너지

사용 등을 고려

운전 및 운영시간 유연성 있는 운영시간 필요 건조기 예열시간, 잔재물

정리시간 등 시간 고려