폐기물 바이오매스의 특성 확인 및 고체연료 품질 최적화 기법 연구 = A Study on Characterization and Quality Optimization for Solid Refuse Fuel of Waste Biomass

국문 초록 (Abstract)

온실가스 감축을 위한 저탄소 에너지원인 태양광, 풍력, 조력, 파력 등 신재생에너지에 비해 비용편익이 큰 폐기물 및 바이오매스 에너지에 대한 관심이 커지고 있다. 수도권 매립지 연장문제 등 사회 갈등 해소를 위해서, 매립 처분되는 폐기물 감축을 위해 적법하고, 안전한 폐기물 바이오매스의 고체연료 품질 최적화 기술의 개발 보급이 시급한 실정이다. 본 연구는 제도적으로 적법하고, 환경적으로 안전한 폐기물 바이오매스를 확인하고, 이들의 최적 배합조건을 예측함으로써 양질의 바이오매스 고체연료를 설계할 수 있는 기법을 제시하는데 목적이 있다.
폐기물 바이오매스 특성은 생화학적 안정성과 환경 안전성에 의하여 확인할 수 있었다. 생화학적 안정성은 바이오매스 함량과 생분해도 지표를 이용한 연료의 고유한 생화학적 분해성에 의하여 파악할 수 있었다. 생화학적 안정성은 원단위 지표로 활용하여, 악취발생 및 안정적인 보관 가능성 등을 평가할 수 있었다. 환경 안전성은 생태독성 시험에 의한 법적 기준 항목 이외의 환경 독성 영향 평가에 의하여 파악할 수 있었다. 수용체 중심의 생태 독성시험은 독성 민감종을 유연하게 선택 적용 할 수 있고, 원료선택, 제조, 유통, 사용 전과정에서, 환경 안전성을 신속하게 사전 파악하는데 유용함을 알 수 있었다.
폐기물 바이오매스 고체연료 품질 최적화를 위하여 적용된 몬테카를로 확률론적 모의실험 기법은 확률밀도함수를 이용한 원료의 혼합 제조 결과를 분포 형태로 예측하여 법적 품질기준 만족 여부를 파악하고 연료 설계에 반영 할 수 있었다. 또한 민감도 분석을 통해서 품질에 영향을 미치는 주요 바이오매스 원료를 파악하고 특정 항목의 품질을 조정할 수 있는 정보의 제공이 가능함을 알 수 있었다.
본 연구의 결과는 효율적인 폐기물 바이오매스 에너지 회수와 매립 저감 기술 및 기법 개발의 기초자료로 활용 될 수 있을 것이다. 향후 다양한 폐기물 바이오매스의 혼화에 따른 생화학적 반응을 고려한 품질 최적화 기법의 추가적 연구가 필요하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Interest is growing for waste to energy, which has a greater cost-benefit compared to renewable energy such as solar, wind, tidal power, and wave power, which are low-carbon energy sources for greenhouse gas reduction. In order to resolve social conflicts such as the extension problem of the metropolitan area, it is urgent to develop and distribute legal and safe waste biomass solid fuel quality optimization technology to reduce waste disposed to landfill site. The purpose of this study is to present a methodology for designing high-quality waste biomass solid refuse fuels by identifying institutionally legal and environmentally safe waste biomass and predicting the optimal mixing conditions of various waste biomass as raw materials.
The waste biomass characteristics were confirmed by biochemical stability and environmental safety. The biochemical stability could be determined by the biochemical degradability inherent in the fuel using biomass content and biodegradability index. Biochemical stability could be used as a raw unit indicator to evaluate the occurrence of odor and stable storage. Environmental safety could be identified by the evaluation of environmental toxicity effects other than the legal criteria by the ecological toxicity test. It was found that the receptor-centered ecological toxicity test can be used to flexibly select and apply toxic sensitive species, and is useful for quickly identifying environmental safety in the life cycle of raw material selection, manufacturing, distribution, and use.
The Monte Carlo stochastic simulation technique applied for the optimization of waste biomass solid fuel quality was able to predict the mixed manufacturing results of waste biomass raw materials using the probability density function in the form of distributions, to determine whether the legal quality standards were satisfied, and to reflect them in the fuel design. In addition, through sensitivity analysis, it was found that it is possible to identify the main biomass raw materials affecting quality and to provide information to adjust the quality of specific items.
The results of this study could be used as supportive data for the development of technologies and methodologies for efficient waste biomass energy recovery and landfill reduction. In the future, further studies of optimization techniques considering biochemical reactions due to the mixing of various waste biomass are needed.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 국문초록 ⅰ
• 목 차 ⅲ
• 표 목 차 ⅵ
• 그림목차 ⅶ
• 제 1 장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 1.2 연구 내용 및 범위 3
• 제 2 장 폐기물 바이오매스의 특성 확인 및 고체연료 품질 최적화 기법 5
• 2.1 폐기물 바이오매스 에너지 5
• 2.1.1 폐기물 바이오매스 정의 5
• 2.1.2 폐기물 바이오매스 현황 9
• 2.1.3 폐기물 바이오매스 연료화 기술 18
• 2.2 폐기물 바이오매스 특성 확인 기법 28
• 2.2.1 폐기물 바이오매스 함량 28
• 2.2.2 폐기물 바이오매스 생분해도 평가 33
• 2.2.3 폐기물 바이오매스 및 순환자원 생태독성 평가 38
• 2.3 고체연료 품질 최적화 기법 42
• 2.3.1 데이터의 불확실성 및 가변성 42
• 2.3.2 몬테카를로 모의실험 44
• 2.3.3 확률론적 접근 및 확률밀도함수 선택 46
• 2.3.4 품질 최적화 모형 구축 및 적용 47
• 제 3 장 특성 확인 및 품질 최적화 시험 49
• 3.1 폐기물 바이오매스의 특성 확인 시험 49
• 3.1.1 폐기물 바이오매스의 생화학적 안정성 시험 49
• 3.1.2 폐기물 바이오매스의 환경 안전성 시험 54
• 3.2 바이오매스 고체연료의 품질 최적화 시험 56
• 3.2.1 폐기물 바이오매스 연료 원료의 기초물성 시험 56
• 3.2.2 확률론적 품질 최적화 시험 57
• 제 4 장 결과 및 고찰 59
• 4.1 폐기물 바이오매스의 특성 확인 59
• 4.1.1 폐기물 바이오매스의 생화학적 안정성 확인 59
• 4.1.2 폐기물 바이오매스의 환경 안전성 확인 66
• 4.1.3 폐기물 바이오매스의 특성 확인 기법 제안 67
• 4.2 폐기물 바이오매스 연료의 품질 최적화 71
• 4.2.1 폐기물 바이오매스 고체연료 품질의 확률론적 모의실험 71
• 4.2.2 폐기물 바이오매스 고체연료 품질의 항목별 민감도 분석 75
• 4.2.3 폐기물 바이오매스 고체연료의 품질 최적화 기법 제안 78
• 제 5 장 결 론 79
• 참고문헌 80
• ABSTRACT 88

참고문헌 (Reference)

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38. “바이오매스 가축분뇨 폐기물을 이용한 퇴비자원화 및 고체연료 에너지화에 관한 연구”, 김도희, 박사학위논문, 한세대학교, , 2016

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40. 폐자원에너지분야 시험방법 표준화 및 정비 방안 연구(I)-고형연료 중 바이오매스량 산정 시험방법 및 기준(안) 마련-, 박재성, 최훈근, 이상우, 국립환경과학원, , 2012

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