게시일: 2024년 6월 19일
기고자: Alice Gomstyn, Alexandra Jonker
폐기물 에너지화(WtE)는 열을 이용해 폐기물을 에너지로 전환하는 폐기물 처리 기술을 말하며, 가장 일반적으로는 소각이 사용됩니다. WtE는 매립 및 재활용과 함께 통제된 폐기물 관리 방법으로 간주됩니다.
전기를 생산하기 위해 도시 고체 폐기물(MSW)을 소각하는 것은 폐기물을 에너지로 전환하는 가장 일반적인 방법입니다. 전 세계적으로 도시 폐기물의 약 13%가 폐기물 에너지화 시설에서 공급 원료로 사용됩니다.1 MSW에는 주거, 상업 및 기관 출처의 음식물 쓰레기, 제품 포장, 의류, 가구 및 잔디와 같은 고형 폐기물이 포함됩니다.
폐기물 에너지화는 매립지로 보내지는 폐기물의 양을 줄일 수 있기 때문에 전 세계적으로 증가하는 폐기물 문제에 대한 많은 솔루션 중 하나가 될 수 있습니다. 또한 다른 폐기물 관리 방법보다 온실가스(GHG) 배출량을 줄일 수 있습니다.
WtE는 화석 연료 기반 에너지 생산의 대안이지만 바람이나 태양과 같은 천연 또는 무한 자원이 아니기 때문에 재생 에너지원이 아닙니다. WtE는 또한 폐기물 소각 및 WtE 운송 과정에서 탄소 배출 및 기타 공기 중 미립자를 생성하기 때문에 완전히 깨끗한 에너지원이 아닙니다.
대부분의 대형 WtE 시설은 통제된 소각 방법을 사용하여 폐기물에서 에너지를 생성합니다. 프로세스는 일반적으로 다음 단계를 따릅니다.
- 폐기물은 WtE 공장으로 운송되며, 여기서 재활용 가능한 재료는 모두 제거됩니다.
- 크레인이 폐기물을 혼합하여 연소실로 옮깁니다.
- 폐기물은 850°C(1,562°F)에서 1,450°C(2,642°F) 사이의 고온에서 연소됩니다.2
- 그 결과 발생하는 열은 챔버 내의 수직 파이프에 있는 물을 증기로 변환합니다.
- 증기의 압력으로 발전기의 블레이드가 회전하여 전기를 생산합니다.
폐기물 유형에 따라 연소 시 열량 또는 에너지 함량이 다릅니다. 플라스틱과 같이 발열량이 높은 폐기물은 더 많은 열을 생성하고 가장 많은 에너지를 생성합니다. 토양과 같은 유기 폐기물은 발열량이 낮습니다.
폐기물을 고온에서 직접 연소하는 소각은 가장 일반적인 WtE 기술이자 가장 상업적으로 실행 가능한 기술입니다. 그러나 폐기물을 사용하는 다음과 같은 다른 에너지 회수 방법도 있습니다.
퇴비화 외에도 혐기성 소화는 미생물을 이용하여 유기 고형 폐기물의 분해를 촉진하는 통제된 무산소 과정입니다. AD는 자연적으로 발생할 수 있지만, 주거 또는 산업 환경에서 바이오가스라는 연료를 생산하기 위해 사용되기도 합니다. 주로 메탄과 이산화탄소로 구성된 바이오가스는 재생 가능한 에너지원으로 간주됩니다.
열화학적 처리로서 열분해는 유기 폐기물을 산소가 없는 고온에 노출시킵니다. 이 과정은 물질의 분해 및 분리를 시작합니다. 부산물은 일반적으로 탄소가 풍부한 숯(바이오 숯)과 가연성 가스입니다. 이러한 가스 중 일부는 바이오 오일 또는 바이오 원유라고 하는 가연성 액체로 응축될 수 있습니다.
매립지에서 유기 물질이 분해되면 매립지 가스라는 자연 부산물이 생성됩니다. LFG는 메탄, 이산화탄소 및 소량의 비 메탄 화합물로 구성됩니다. 이는 산업용, 차량 등의 연료로 수집, 처리 및 사용될 수 있습니다. LFG 회수는 매립지 메탄 배출을 줄이기 위한 한 가지 방법입니다.
가스화는 고온과 제어된 양의 산소, 증기 또는 둘 다를 사용하여 유기 폐기물(바이오매스)을 가연성 가스로 전환하는 열화학 처리이기도 합니다. 그 결과 암모니아와 메틸 알코올(메탄올)을 만드는 데 사용되는 합성 가스 또는 생산자 가스라고 하는 가연성 천연 가스가 생성됩니다. 또한 바이오 연료 대체제로서 휘발유를 대체할 수도 있습니다.
MSW를 소각하는 폐기물 에너지화 공장에서는 비산재와 바닥재의 두 가지 유형의 재를 생성합니다.
비산재 또는 대기 오염 제어 잔류물(APC)은 소각 시 발생하는 연기인 WtE 공장의 연도 가스에서 제거된 유해 미세 입자로 구성됩니다. 비산재는 일반적으로 인근 생태계의 대기 및 수질 오염 등 환경에 미치는 부정적인 영향을 줄이기 위해 처리 과정을 거칩니다. 비산재를 재활용하고 재사용하려는 노력이 있긴 하지만, 일반적으로 비산재는 유해 폐기물 매립지로 보내집니다.
바닥재 또는 소각로 바닥재(IBA)는 비산재가 아닌 남은 모든 재를 말합니다. 주로 실리카, 칼슘, 산화철 및 산화 알루미늄으로 구성됩니다. 대형 자석은 재활용 및 용도 변경을 위해 이러한 물질 중 일부를 제거할 수 있습니다. 예를 들어, 건설 회사는 바닥재를 사용하여 콘크리트 또는 대량 충전을 만들 수 있습니다. 나머지는 매립지로 보내집니다.
WtE 공장에서 발생하는 재는 공장에 유입되는 폐기물보다 훨씬 적습니다. 이는 연소 전 폐기물의 중량 기준 15~25%, 부피 기준 5~15%에 해당합니다.3
폐기물 에너지화는 기존 폐기물 관리 시스템과 비교할 때 많은 이점이 있습니다.
폐기물 에너지화 시스템은 폐기물 생산을 억제하거나 순환성을 장려하지 않기 때문에 환경 운동가들의 면밀한 조사를 받습니다. WtE는 종종 순환성과 선형적 자원 사용 사이의 경계를 넘나듭니다. 금속은 추출하여 재활용하거나 재사용할 수 있지만, 소각 후 추출할 수 없는 플라스틱과 종이와 같은 물질은 완전히 재활용하는 것이 환경에 더 좋고 에너지 효율도 높습니다.
또한 WtE가 상업적 규모로 작동하려면 대규모 폐기물 처리 및 고형 폐기물 관리 시스템이 필요합니다. 이러한 요구 사항으로 인해 여전히 쓰레기를 수거하지 않고 있는 전 세계 약 27억 명의 사람들은 이 솔루션을 이용할 수 없습니다.1
폐기물 에너지화 공장은 일본과 덴마크, 스웨덴, 독일, 프랑스와 같은 유럽 국가와 같이 인구 밀도가 높고 토지가 제한된 지역에서 흔히 볼 수 있습니다. 서유럽에서 WtE는 약 4천만 톤을 처리하는 주요 MSW 관리 방법입니다. 2023년 EU와 영국이 배출권 거래 제도에 폐기물 에너지화를 포함하기로 합의함에 따라 이 지역에서 폐기물 에너지화가 더욱 확대될 것입니다.1 WtE는 미국에서 성장세가 둔화되었는데, 미국에서는 충분한 토지와 낮은 비용으로 인해 매립지가 더 매력적인 선택지가 되었습니다.
중동의 두바이에는 세계 최대의 폐기물 에너지화 시설이 있습니다. Warsan Waste Management Company가 운영하는 이 발전소는 매년 190만 미터톤의 쓰레기를 사용하며, 이는 두바이 전체 폐기물의 약 45%에 해당합니다. 이 프로젝트는 매일 200메가와트의 전기를 생산할 예정이며, 이는 135,000가구에 전력을 공급할 수 있는 양입니다.5
건물을 관리하여 부동산 수명 주기 전체에서 친환경 업무 관행과 사무실 지속가능성을 강화합니다.
IBM Envizi의 탈탄소화 소프트웨어로 조직 전반에서 에너지 데이터를 통합하고 에너지 관리를 개선하세요.
AI의 힘을 사용하여 ESG 보고 및 공개를 위한 Scope 3 배출량 계산을 가속화하세요.
기후 변화란 1800년대 후반 이후 지구 표면의 지구 온도 상승을 기록한 지구 온난화를 말합니다.
퇴비화는 유기 물질을 퇴비라고 하는 분해된 물질로 재활용하는 과정입니다.
순환 경제는 재사용과 자원 효율성을 통해 낭비를 없애고 지속가능성을 촉진하는 것을 목표로 하는 경제 모델입니다.
온실가스 배출은 대기로 방출되는 특정 가스로, “온실 효과”를 생성합니다.
재생 에너지는 천연 자원에서 생성되는 에너지로, 사용량보다 빠르게 보충됩니다.
풍력 발전은 바람의 운동력을 이용해 전기를 생산하는 재생 에너지의 일종입니다.
각주
모든 링크는 ibm.com 외부에 있습니다.
1 "글로벌 폐기물 관리 전망 2024", 유엔환경계획(UNEP), 2024년 2월 28일.
2 "폐기물 소각과 비공식 생계: 폐기물 에너지화 이니셔티브에 대한 기술 가이드", Jeroen IJgosse, Women in Informal Employment: Globalizing and Organizing(WIEGO), 2019년 8월.
3 "도시 고형 폐기물(MSW) 연소로부터의 에너지 회수", 미국 환경보호청(EPA), 2024년 1월 30일.
4 "바이오매스 설명", 미국 에너지 관리청(EIA), 2023년 12월 21일.
5 “DWMC 회사 프로필”, Warsan Waste Management Company, 2023년 5월.