학술논문
음식물류폐기물의 고형연료화 타당성 연구 / A Study on the Feasibility of Solid Fuel Application of Food Wastes Disposal
Document Type
Dissertation/ Thesis
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Subject
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Korean
Abstract
ABSTRACTA Study on the Feasibility of Solid Fuel Application of Food Wastes Disposal Shin, Myung-HeeDepartment. of Business Administration Graduate SchoolIncheon National University Starting from 2005, food wastes were forbidden to land reclaim and according to the London Agreement, from 2013, sea dumping has been prohibited, raising the treating problem’s seriousness. Various new technologies are actively studied and applied recently as its resolution, but many kinds of problems regarding recycling end product are occurring. This thesis has the purpose of conducting a research about contemplating the problems humans face regarding food waste's, a kind of domestic waste, existing disposal method and recycling end products and in our country, where it lacks energy resources, to utilize food wastes into renewable energy solid fuel, a type of fossil fuel alternative fuel, for use. The economy’s high growth brought a change to the national culture of consumption and change of awareness, and developed a phenomenon which people avoided to use recycling end products even when pushing resources’ recycling to making fodder and compositing during the waste crisis. The economic burden like existing food waste disposal method and recycling problem, the problem of using recycling end products and the increase of recycling disposal cost is growing. The existing disposal method includes many kinds of solution plan such as simple incineration, making fodder, compositing, and biomass etc., but out of those incineration energy is involved in the residual heat energy, which use incineration facility to treat combustible waste incineration and incidentally comes out, are to used into steam and hot water etc., having 40%~50% of fossil fuel savings and the incineration energy production keeps on increasing annually. Like this, residual heat source of energy incineration are getting good responses as they are provided to the locals as amenities energy. According to the reference “Year 2015 Waste Disposal Facility Installation and Operation Assessment Report”, 9,224,000gcal/year incineration heat energy was produced and it gained the effect of decreasing 830 ten thousand ton carbon dioxide (CO2) per year, which is created by coal 427 ten thousand ton/year, liquefied natural gas (LNG) 308 ten thousand ten/year and receives carbon dioxide occurrence saving effect, holding a huge contribution to preventing environmental issues like global warming (Ministry of Environment and Korea Environment Corporation, 2016). It is considered that like this and the residual heat energy, which depends on incineration, food wastes can be made into solid fuel energy source and used as fossil fuel’s substitution. As a fossil fuel substitution that relies on importation, it is considered that economics of industrial competiveness can be saved and that renewable sources of energy for solid fuel can solve ingredient feed’s, which is food waste’s renewable sources of energy products using solid fire, social problems etc., it is a very efficient method to amend and supplement legislation policy for recycling, and has a huge economic effect. Researched ‘Food Waste’s Solidity Fuel’ that has magnificent potential value to reuse waste into energy source, and its validity, which is judged to have necessity research since it is a solution in both social and economic ways, it is fundamental to find and give positive examination towards legal and institutional complementary measures. “Out of three meals in a day, one meal gets thrown away.” analyzed that in today’s society, as the amount of food waste increases, the problems regarding processing and recycling also increase, considering the economic aspect of process to solve the problems of recycling and handling the rising supply. The food waste has caloric value gap depending on its environment exhaustion as its different from its icon and shape, so it was concluded that state of emission itself has the flaw to transform into solid state for suitable fuel because its hard to make of a fuel. To supplement the drawback, measured the average caloric value with products made from single ingredient as a treatment process for existing processed and produced food waste recycles. The average caloric value is around 4,369kcal/kg and its calorie consumption depends on incinerator’s endothermic reaction. It is also shown that when the caloric value reaches more than 200℃, the caloric value increases as the temperature goes up. Therefore, it is judged that in compliance with arid (carbide) degree, the value of solid fuel is adequate. Estimated the compared and analyzed Ton of Oil Equivalent (TOE), which is based on the analysis of combustible waste’s average caloric value, to evaluate food waste, an organic waste’s, energy potential. Since out of domestic wastes, food wastes are classified into organic waste recycles, it does not go under the category of combustible waste of energy sources. Thus, this study researched the possibility for food waste to change into solid fuel. Earned a research result that if one more pellets manufacturing process, a molding process, to achieve the required conditions for temperature, processing time, percentage of water content etc., and adjusting arid (carbide) degree appropriately, using the existing resource recovery process food facilities itself for effective (arid) carbide, considering (arid) carbide’s proper temperature control among drying process, and preparations for dry and pellet’s adjusting into solid fuel. Analyzed result has been investigated that current public facility for biogas production needs massive budget investments and has verification that has yet to lack. Therefore, it has been decided that by considering economic aspect, instead of newly established disposal plan, using the existing facility for making fodder as a system for solid fuel, an energy source, is a very sufficient and active plan regarding social, economical, and environmental ways. However, to use food wastes as solid fuels, it has been criticized that its legal validity has to be reviewed and analyzed. So as “Waste Control Act’s” recycling of waste criteria, recycled products among “Conservation of resources and Recycling Promotion Act” has been examined, applying food wastes as solid fuels has been judged valid. This thesis has been evaluated that to consider the satisfaction of solid fuel’s quality standard, the existing disposal and production od solid fuel products’ reference point is appropriate, as well as the fact that there are no problems regarding legal validity after comparing with other solid fuels. It is judged that by synthesizing all the research results and analyzing it, developing food wastes to solid fuels is the most effective disposal plan to dispose food wastes. Also, it is evaluated that there is going to be food waste’s energy potential is 1,427,332 ton/year, becomes around 2,310,447barrel/year of crude oil after changing 50% of it into solid fuel, and 161,604.5 thousand won/year (if converted to local currency) of crude oil import reduction effect. Furthermore, assuming to use coal substitute, it is judged that there is going to be coal’s around 621,047 ton/year, 59,279,817 thousand won/year (if converted to local currency) of coal import reduction effect. Therefore, it is considered that there will likewise be carbon dioxide’s emission reduction effect.
국문초록음식물류폐기물의 고형연료화 타당성 연구 2005년부터 음식물류폐기물은 육상매립이 금지되었고 런던협약에 따라 2013년부터 해양투기가 금지되어 처리문제의 심각성이 대두되고 있다. 해결방안으로 최근 다양한 새로운 기술들이 활발하게 연구되어 적용하고 있지만 재활용 최종제품에 관한 여러 가지 문제점들이 발생하고 있다. 본 논문은 생활폐기물인 음식물류폐기물의 기존처리방법과 재활용제품인 최종제품에 관하여 직면한 문제점들을 고찰하고 에너지자원이 부족한 우리나라에서 음식물류폐기물을 화석연료 대체연료인 재생에너지원 고형연료로 활용할 수 있음을 연구하고자 하는데 목적이 있다. 고도의 경제성장은 국민의 소비문화 변화와 의식변화를 가져왔으며, 쓰레기 대란 속에서 자원의 재활용을 추진하여 사료화와 퇴비화를 추진하였지만 재활용 최종제품의 사용을 기피하는 현상이 발생하고 있다. 기존처리방법과 재활용의 문제점, 재활용제품의 사용에 관한 문제점과 함께 재활용 처리비용의 상승 이라는 경제적 부담까지 커지고 있다. 기존의 처리방법은 단순소각, 사료화, 퇴비화, 바이오매스 등 여러 가지 해결방안이 있다. 그 중에서 소각시설을 이용해 가연성폐기물을 소각처리하면서 부수적으로 얻어지는 소각열에너지인 여열에너지를 스팀, 온수 등으로 이용하여 40%∼50%의 화석연료 절감효과가 있다. 소각열에너지 생산량은 매년 증가하고 있으며, 이처럼 소각여열 에너지원을 주민들의 편의시설 에너지로 제공하면서 좋은 호응을 받고 있다. ‘2015년 폐기물 처리시설 설치·운영실태 평가 결과 보고서’ 자료에 의하면 2015년에는 소각여열 9,224천Gcal/년을 생산하였고, 이산화탄소(CO2)는 830만톤/년을 감축시키는 효과를 얻었으며, 석탄은 427만톤/년, 액화천연가스(LNG)는 308만톤/년에서 발생되는 이산화탄소 발생 절감효과를 얻고 있으며 지구온난화 및 환경문제예방에 크게 기여하고 있다(환경부, 2016). 소각에 의한 여열에너지처럼 음식물류폐기물도 에너지원 고형연료로 만들어 화석연료의 대체재로 사용하고 활용할 수 있음을 분석하였다. 수입에 의존하고 있는 화석연료 대체재로서 산업경쟁력의 경제성을 절감 할 수 있음을 조사하였다. 재생에너지원 고형연료화는 음식물류폐기물의 재활용제품인 최종제품 단미사료의 사회적 문제점들을 해결 할 수 있는 등 자원화를 위한 법률적, 제도적 정책을 보완·개정할 수 있는 아주 효율적인 방법이며, 경제적 효과도 크다고 고찰되었다. 사회적·경제적인 면의 해결 방안으로 기존처리방법의 검토와 적극적인 법률·제도적 보완방안을 모색하고 적극 검토하여 고형연료화 연구의 필요성이 있다고 판단되었다. 에너지자원으로 잠재적 가치가 훌륭한 음식물류폐기물을 재활용하여 ‘음식물류폐기물 고형연료화’의 타당성을 연구하였다. “하루 세 끼 식사 중 한 끼는 버려진다.”는 현대사회에서 음식물쓰레기 물량이 늘어남에 따라 처리와 재활용에 따른 문제점도 늘어나고 있으며 재활용의 문제점과 늘어나는 물량을 처리하는 방법으로 경제적인 측면을 고려하여 분석하였다. 음식물류폐기물은 배출환경에 따라 성상과 형상 등이 상이하여 발열량 차이가 있으므로 배출상태 그대로 연료화가 어려워 적합한 연료화를 위한 고형상태로 변환을 해야 하는 단점이 있음이 조사되었다. 이런 단점을 보완하기 위해 기존 처리·생산되고 있는 음식물류폐기물 재활용을 위한 처리공정으로 단미사료로 생산한 제품을 가지고 평균발열량을 측정하였다. 측정결과 평균발열량은 약4,360kcal/kg으로 소각로의 흡열반응에 따라 열량소모가 다르며 200℃이상일 때 4,610kcal/kg까지 온도가 높을수록 발열량이 증가 하는 것으로 나타났으며, 건조(탄화)정도에 따라 고형연료로서의 가치는 충분한 것으로 나타났다. 생활폐기물 중 음식물류폐기물은 유기성폐기물로 분류되어 고형연료 에너지원의 가연성폐기물 범주에 들어가지 않아 본 연구는 음식물류폐기물의 고형연료화 가능성을 연구하였다. 유기성폐기물인 음식물류폐기물을 에너지로서의 잠재성 평가를 위해 가연성폐기물의 평균발열량 분석치를 토대로 석유환산톤(TOE)을 산정 비교분석하였다. 건조(탄화)정도를 적절하게 조절하고 온도, 처리시간, 함수율 등 조건을 충족하기 위해 기존의 자원화 사료시설 공정을 그대로 이용하여 효율적인 (건조)탄화를 위하여 건조공정 중 (건조)탄화 적정온도 조절을 고려하여 건조하고 펠릿(pellet)을 위한 준비 등 고형연료화를 위한 성형공정인 펠릿(pellet)공정 과정 하나만 더 추가하면 고형연료화가 가능하다는 결론을 얻었다. 바이오가스 생산을 위한 공공시설은 막대한 예산투자가 필요하고 아직까지 검증이 부족한 것으로 조사되었다. 그러므로 경제적인 측면을 생각하여 신설보다는 기존 사료화시설을 이용하여 에너지원인 고형연료화 방안이 사회적, 경제적, 환경적으로 매우 효과적이고 적극적인 처리방안이라 보여 진다. 그러나 음식물류폐기물을 고형연료로 사용하려면 법률적인 타당성도 검토·분석해야 한다. 그래서「폐기물관리법 시행규칙」제14조의 3(폐기물의 재활용 기준 및 준수사항),「자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 시행규칙」제2조(재활용제품) 등을 검토 분석한 결과 타당하다는 결론을 도출하였다. 본 논문은 고형연료 품질기준의 만족여부를 검토하기 위해서 기존의 처리·생산되고 있는 고형연료 제품의 기준점을 분석, 적용하여 적합한 것으로 판단되었으며, 법률적으로 검토 분석한 결과 다른 고형연료와 비교하여 문제점이 없으며 적합한 것으로 나타났다. 음식물류폐기물의 에너지 잠재량은 1,427,332톤/년이며, 음식물류폐기물 발생량의 50%를 고형연료화하면 원유 약 2,310,447배럴/년과 같은 잠재량과, 달러로 환산하면 약 149,717천달러/년의 원유 수입절감 효과를 얻을 수 있다. 석탄대체제로 사용한다면 석탄의 약 621,047톤/년과 같은 잠재량과 달러로 환산하면 54,926천달러/년의 석탄 수입절감 효과가 있으며, 석탄을 에너지로 사용할 때 발생되는 이산화탄소의 배출량 절감효과도 있을 것으로 검토되었다. 지금까지 연구 결과를 종합하여 분석한 결과 음식물류폐기물의 고형연료화는 음식물류폐기물의 처리를 위한 가장효율적인 처리방안이라는 결론을 도출하였다.
국문초록음식물류폐기물의 고형연료화 타당성 연구 2005년부터 음식물류폐기물은 육상매립이 금지되었고 런던협약에 따라 2013년부터 해양투기가 금지되어 처리문제의 심각성이 대두되고 있다. 해결방안으로 최근 다양한 새로운 기술들이 활발하게 연구되어 적용하고 있지만 재활용 최종제품에 관한 여러 가지 문제점들이 발생하고 있다. 본 논문은 생활폐기물인 음식물류폐기물의 기존처리방법과 재활용제품인 최종제품에 관하여 직면한 문제점들을 고찰하고 에너지자원이 부족한 우리나라에서 음식물류폐기물을 화석연료 대체연료인 재생에너지원 고형연료로 활용할 수 있음을 연구하고자 하는데 목적이 있다. 고도의 경제성장은 국민의 소비문화 변화와 의식변화를 가져왔으며, 쓰레기 대란 속에서 자원의 재활용을 추진하여 사료화와 퇴비화를 추진하였지만 재활용 최종제품의 사용을 기피하는 현상이 발생하고 있다. 기존처리방법과 재활용의 문제점, 재활용제품의 사용에 관한 문제점과 함께 재활용 처리비용의 상승 이라는 경제적 부담까지 커지고 있다. 기존의 처리방법은 단순소각, 사료화, 퇴비화, 바이오매스 등 여러 가지 해결방안이 있다. 그 중에서 소각시설을 이용해 가연성폐기물을 소각처리하면서 부수적으로 얻어지는 소각열에너지인 여열에너지를 스팀, 온수 등으로 이용하여 40%∼50%의 화석연료 절감효과가 있다. 소각열에너지 생산량은 매년 증가하고 있으며, 이처럼 소각여열 에너지원을 주민들의 편의시설 에너지로 제공하면서 좋은 호응을 받고 있다. ‘2015년 폐기물 처리시설 설치·운영실태 평가 결과 보고서’ 자료에 의하면 2015년에는 소각여열 9,224천Gcal/년을 생산하였고, 이산화탄소(CO2)는 830만톤/년을 감축시키는 효과를 얻었으며, 석탄은 427만톤/년, 액화천연가스(LNG)는 308만톤/년에서 발생되는 이산화탄소 발생 절감효과를 얻고 있으며 지구온난화 및 환경문제예방에 크게 기여하고 있다(환경부, 2016). 소각에 의한 여열에너지처럼 음식물류폐기물도 에너지원 고형연료로 만들어 화석연료의 대체재로 사용하고 활용할 수 있음을 분석하였다. 수입에 의존하고 있는 화석연료 대체재로서 산업경쟁력의 경제성을 절감 할 수 있음을 조사하였다. 재생에너지원 고형연료화는 음식물류폐기물의 재활용제품인 최종제품 단미사료의 사회적 문제점들을 해결 할 수 있는 등 자원화를 위한 법률적, 제도적 정책을 보완·개정할 수 있는 아주 효율적인 방법이며, 경제적 효과도 크다고 고찰되었다. 사회적·경제적인 면의 해결 방안으로 기존처리방법의 검토와 적극적인 법률·제도적 보완방안을 모색하고 적극 검토하여 고형연료화 연구의 필요성이 있다고 판단되었다. 에너지자원으로 잠재적 가치가 훌륭한 음식물류폐기물을 재활용하여 ‘음식물류폐기물 고형연료화’의 타당성을 연구하였다. “하루 세 끼 식사 중 한 끼는 버려진다.”는 현대사회에서 음식물쓰레기 물량이 늘어남에 따라 처리와 재활용에 따른 문제점도 늘어나고 있으며 재활용의 문제점과 늘어나는 물량을 처리하는 방법으로 경제적인 측면을 고려하여 분석하였다. 음식물류폐기물은 배출환경에 따라 성상과 형상 등이 상이하여 발열량 차이가 있으므로 배출상태 그대로 연료화가 어려워 적합한 연료화를 위한 고형상태로 변환을 해야 하는 단점이 있음이 조사되었다. 이런 단점을 보완하기 위해 기존 처리·생산되고 있는 음식물류폐기물 재활용을 위한 처리공정으로 단미사료로 생산한 제품을 가지고 평균발열량을 측정하였다. 측정결과 평균발열량은 약4,360kcal/kg으로 소각로의 흡열반응에 따라 열량소모가 다르며 200℃이상일 때 4,610kcal/kg까지 온도가 높을수록 발열량이 증가 하는 것으로 나타났으며, 건조(탄화)정도에 따라 고형연료로서의 가치는 충분한 것으로 나타났다. 생활폐기물 중 음식물류폐기물은 유기성폐기물로 분류되어 고형연료 에너지원의 가연성폐기물 범주에 들어가지 않아 본 연구는 음식물류폐기물의 고형연료화 가능성을 연구하였다. 유기성폐기물인 음식물류폐기물을 에너지로서의 잠재성 평가를 위해 가연성폐기물의 평균발열량 분석치를 토대로 석유환산톤(TOE)을 산정 비교분석하였다. 건조(탄화)정도를 적절하게 조절하고 온도, 처리시간, 함수율 등 조건을 충족하기 위해 기존의 자원화 사료시설 공정을 그대로 이용하여 효율적인 (건조)탄화를 위하여 건조공정 중 (건조)탄화 적정온도 조절을 고려하여 건조하고 펠릿(pellet)을 위한 준비 등 고형연료화를 위한 성형공정인 펠릿(pellet)공정 과정 하나만 더 추가하면 고형연료화가 가능하다는 결론을 얻었다. 바이오가스 생산을 위한 공공시설은 막대한 예산투자가 필요하고 아직까지 검증이 부족한 것으로 조사되었다. 그러므로 경제적인 측면을 생각하여 신설보다는 기존 사료화시설을 이용하여 에너지원인 고형연료화 방안이 사회적, 경제적, 환경적으로 매우 효과적이고 적극적인 처리방안이라 보여 진다. 그러나 음식물류폐기물을 고형연료로 사용하려면 법률적인 타당성도 검토·분석해야 한다. 그래서「폐기물관리법 시행규칙」제14조의 3(폐기물의 재활용 기준 및 준수사항),「자원의 절약과 재활용 촉진에 관한 법률 시행규칙」제2조(재활용제품) 등을 검토 분석한 결과 타당하다는 결론을 도출하였다. 본 논문은 고형연료 품질기준의 만족여부를 검토하기 위해서 기존의 처리·생산되고 있는 고형연료 제품의 기준점을 분석, 적용하여 적합한 것으로 판단되었으며, 법률적으로 검토 분석한 결과 다른 고형연료와 비교하여 문제점이 없으며 적합한 것으로 나타났다. 음식물류폐기물의 에너지 잠재량은 1,427,332톤/년이며, 음식물류폐기물 발생량의 50%를 고형연료화하면 원유 약 2,310,447배럴/년과 같은 잠재량과, 달러로 환산하면 약 149,717천달러/년의 원유 수입절감 효과를 얻을 수 있다. 석탄대체제로 사용한다면 석탄의 약 621,047톤/년과 같은 잠재량과 달러로 환산하면 54,926천달러/년의 석탄 수입절감 효과가 있으며, 석탄을 에너지로 사용할 때 발생되는 이산화탄소의 배출량 절감효과도 있을 것으로 검토되었다. 지금까지 연구 결과를 종합하여 분석한 결과 음식물류폐기물의 고형연료화는 음식물류폐기물의 처리를 위한 가장효율적인 처리방안이라는 결론을 도출하였다.