Q. 요시가와 교수님의 주요 연구분야는 무엇이며 폐기물의 에너지화 기술을 연구하게 된 계기는 무엇입니까.
제 주요 연구분야는 에너지 전환(energy conversion), 열공학(thermal engineering), 연소
(combustion), 폐기물처리기술(waste treatment technologies), 대기환경공학(atmospheric
environmental engineering)입니다. 구체적으로는 고온 발전을 연구하고 있었습니다. 그때 고온 발생 열원으로서 폐기물을 이용하기 시작했던 것이 계기가 되어 폐기물의 에너지화 작업을 시작하게 되었습니다.
제가 이 연구를 시작한 것은 약 11년 전부터입니다. 불법폐기물 상태의 쓰레기를 처리하는 데에는, 어렵고 복잡한 사전분리과정이 반드시 수반되어야만 합니다. 각종 플라스틱과 종이, 나무, 음식물 등이 다양한 형태로 혼재되어 있는 폐기물은, 에너지화의 과정에서 필요한 설비의 투자비용 및 운용비용 등의 면에 있어서, 경제성으로 매우 취약하고, 또 처리과정 중의 부산물로 생겨나는 각종의 유해물질의 배출과 이로 인한 대기오염/수질오염/토양오염 등지구적규모의 환경부하가 걸려있으며, 이와 관련되는 기술의 부재 등 다양한 현실문제를 안고있으며, 아직도 미처 규명되지 않은 잠재적 위협요소들이 산재하고 있어, 제대로된 처리가 매우 어려운 실정입니다.
★슬러지처리 시스템에 대해 설명하고 있는 요시가와 교수
특히 제2의 오염이 우려되는 의료폐기물과 같은 특수 폐기물의 처리는 더욱 어렵다고 생각됩니다. 그렇기 때문에 우리는 다양한 성상의 폐기물을 연료화하고 에너지원으로 만드는 기술을 개발하기위해 연구를 시작하게 되었습니다.
이 연구를 통해 폐기물을 석탄에 가까운 고체연료, 석유에 가까운 액체연료, 천연가스, 전기 등으로 만들어 낼 수 있는 기술을 개발하게 되었습니다.
RRS 시스템은 Resource Recycling System으로 고체연료 생산기술(Solid Fuel Production Technology)을 말합니다. RRS의 전처리 연구단계라고 할 수 있는 MCS시스템(다목적 재료변환시스템)에 대해 소개를 드리면 이해가 쉬우실 겁니다.
MCS는 가압 수증기가 갖는 분해작용을 이용하여, 폐기물을 건조/분말화시키고, 무해화하는 기술입니다. 수분함류량이 매우 높은 폐기물의 속성건조를 위한 전처리방식으로 유용하게 사용할 수 있습니다.
MCS (Multi purpose Conversion System)는 일반쓰레기나 산업폐기물을 수증기의 임계온도에 가까운 약20기압 210도의 고압/고온으로 처리하여 분말화/무공해화 시킵니다.
이 기술을 통해 폐기물연소처리방식에서 문제가 되었던 다이옥신이나 유해물질의 발생, 콘포스트방식의 결점이라고 여겨지던 악취문제와 바이오처리한 물질의 퇴비화/토양개량재로의 활용에 걸림돌이 되어왔던, 처리물중의 염분잔여로 인한 문제를 해결했습니다. 또한 쓰레기나 폐기물을 항상 최적의 조건하에서 처리 될 수 있도록 관리하고 있습니다.
MCS 시스템의 또 다른 특징은 왕겨를 완전 리사이클화하여, 천연유기규산을 포함한 비료를 제조할 수 있다는 것이며, 천연유기규산이 벼의 병충해에 대한 저항성을 높여, 벼멸구 구제 등에 효과를 보이고, 줄기를 튼튼하게 세워줌으로써 수확량을 높여주고, 밥맛도 좋게 해 줍니다. MCS는 식물 본래의 성분을 갖는 천연규산을 포함한 유기비료를 제조할 수 있어, 다른 곳에서는 그 예를 볼 수 없는 획기적인 시스템이라고 할 수 있습니다.
현재 다목적재료변환시스템 MCS와 소형쓰레기처리발전장치(STARMEET)와의 복합시스템 확립을 위한 연구가 진행되고 있습니다.
Q. RRS시스템을 이용하면 바이오매스나 고형폐기물과 같은 미이용 자원을 석유/석탄/전기와 같은 부가가치가 높은 에너지자원으로 전환시키는 것이 가능하며, 이러한 에네르기자원으로의 물질변화처리과정 중에 다이옥신과 이산화탄소를 배출하지 않는 것이 최대의 장점이라고 들었습니다. 그 원리는 어떠한 것입니까?
지금까지의 일반적인 폐기물처리방식에서 사용되어온 기술은 바이오매스를 포함한 고형폐기물을 석탄이나 석유와 같은 고열을 내는 외부연료를 사용하여 소각로에서 연소시키고, 연소열을 직접 이용하거나, 증기터빈을 돌려 열에너지를 전력으로 바꾸어 이용하는 것에 한정되어 왔습니다. 이번에 소개하는 고체연료생산기술은, 그 기술의 응용장치인 ＲＲＳ내에 다양한 형상을 갖고 있고 수분이 다량으로 함유된 바이오매스나 고형폐기물을 넣고, 투입한 폐기물에 포화증기를 접촉/반응시킴으로써 부가가치가 높은 고체연료로 바꾸는 기술입니다. 이러한 물질변환처리과정을 통해 얻어진 고체연료는 처리대상폐기물, 즉 투입원료가 본래 갖는 열량에 따라 차이가 지나, 평균 ３０００~５０００kｃａｌ/㎏ 정도의 안정된 열량을 가지고 있습니다. 따라서, 생성된 고체연료는 보일러용버너의 보조연료로서 사용할 수 있으며, 이를 연소시켜 얻어지는 열에너지를 이용하여 엔진이나 터빈을 돌려 전력을 생산할 수 있습니다. 현재, 시멘트 공장이나 제지공장의 열원으로서 생성된 고체연료를 보급하고 있으며, 열병합발전소의 연료 또는 석탄화력발전소의 대체연료로 공급하는 사업화방안도 추진 중에 있습니다.
▲ 고체석탄생산기술의 원리
또한 수년간에 걸친 가설의 입증을 위한 실증실험과 실용화기술의 개발과정을 통해, 폐염화비닐과 같은 원료의 연료변환시에 반응조내의 압력을 조절하여 원료에 포함된 유기염소를 안정된 무기염소로 변환시킴으로써 생성된 연료의 연소 시에 HCL을 발생시키지 않는 방법도 찾아냈습니다. 주지하고 계시는 바와 같이, 유기물 또는 무기물의 연소시킬 때 다량의 다이옥신이나 이산화탄소를 발생시키게 됩니다. 특히 다이옥신은 염소가 들어간 화합물(폴리 염화 비닐 등)의 연소 시에는 대량으로 발생합니다. ＲＲＳ는 폐기물을 반응조 내에서 연소시키지 않고, 투입폐기물을 포화증기에 노출시켜 반응하게 하는 가수분해원리를 응용한 물질변화방식을 취함으로써, 원초적으로 다이옥신이나 이산화탄소를 발생시키지 않는, 종래의 기술과는 다른 새로운 방식의 폐기물처리기술이라고 볼 수 있습니다. 앞서 이야기 드린 바와 같이, ＲＲＳ에서 생성된 고체연료는 그 처리과정에서 유기염소가 제거되므로, 이를 연료로 사용 시에 다이옥신의 발생을 억제할 수 있습니다.
▲ BDF Production Commercial Plant-200ℓ batch
Q. 앞으로의 계획과 세계시장의 진출에 관하여 말씀해 주십시오.
2006년에 일본정부는 바이오매스일본종합전략을 기본축으로 하는 새로운 환경정책을 발표했습니다. 이 정책의 전략안에는 주방쓰레기, 식품제조물의 찌꺼기, 가축분뇨 등 바이오마스 폐기물을 에너지원으로 전환시켜 이를 유효하게 활용하고자 하는 방안이 들어 있습니다. 이러한 전략적 틀 안에 바이오마스 자원의 이용 시에, 최대난관으로 꼽히어 왔던 원료 안에 포함된 고함수율의 수분문제, 다시 말해, 고함수폐기물을 처리하여 부가가치가 높은 연료로 전환시킬 수 있는 새로운 기술방식인 물질전환기술방식과(MCS) 이를 응용하여 개발된 장치(RRS)의 보급과 사업화방안을 넣을 수 있으리라 봅니다.
본 기술(MCS)의 이용범위는 매우 넓어 주방쓰레기, 왕겨는 물론 종래의 방식으로 처리가 곤란하였던 각종 혼합폐기물(전화번호부, 비닐커버의 각종책자 및 홍보물, 병원 및 노인개호시설에서 나오는 종이기저귀와 같은 바이오마스재질과 비닐이 혼합된 물품 등)이나 하수슬러지, 어업잔사, 가축분뇨와 같은 각종의 산업폐기물들을, 무공해처리기술로 자원화하여, 액체비료나 퇴비, 토양개량재 등. 각각의 용도에 적합한 다양한 형태로 전환시킬 수 있습니다.
주지하고 계시는 바와 같이, 대기오염/수질오염/해양오염과 같은 광범위한 형태의 각종 환경오염의 확산을 막고, 이산화탄소의 대량배출이 그 원인으로 추정되는 지구온난화문제 등, 심각한 지구규모의 환경문제를 해결하기 위해, 개발국은 물론 개발도상국을 망라한 대부분의 국가에서는 폐기물의 소각, 매립처리방식의 문제점을 깊이 인식하고 있고, 특히, 종래의 폐기물처리방식이 지구의 환경에 높은 부하를 주고 있음을 잘 알고 있는 EU 각국에서는 폐기물의 소각처리는 물론 최종처리를 위한 매립도 제한하고 있습니다. 이와 같이, 매립처리에 반대하고 또한 소각처리를 혐오하는 최근의 사회인식의 변화에 부응할 수 있는 새로운 방식의 모색과 관계기술의 개발/구축과 그 이용은 매우 시급하고도 절실한 문제입니다.
이러한 맥락에서 볼 때, RRS는 기존의 소각이나 매립방식과는 그 발상을 달리하는 획기적인 의식의 전환을 통한 새로운 처리방식이며, 가설의 입증과 실증실험을 통해 구축한 기술의 집약으로써, 그 진가를 세계적으로 인정받을 수 있는 기술이라고 자신합니다. 구체적으로 일본을 위시하여, 미국, 중국, 태국, 그리스, 독일, 이탈리아, 이란 등 수많은 나라에서 본 기술의 도입과 처리시스템의 구축을 위한 프로젝트가 추진되고 있습니다.
지구에의 환경부하가 높은 화석연료의 사용에 대한 규제움직임과 더불어, 석유가의 고등문제 등을 비롯하여, 석탄 등 대체화석연료의 무계획한 자원채취와 부존량의 급격한 감소현상및 자원의 고갈우려 등으로 인하여, 종래의 개념을 대체할 수 있는 새로운 방식의 연료개발에 대한 요구가 범세계적인 과제가 되어 있습니다.
RRS처리방식의 도입하고 얻어지는 수익을 바탕으로 사업화를 계획하는 업체에서는, 폐기물처리비용의 대가수입과 생성된 연료의 판매익을 합한 총매상액이, 설비 및 처리장치의 감각상각비용에 런닝코스트와 인건비를 합한 금액을 넘는다면, 안정된 수익을 기대할 수 있으므로, 기업의 수익사업으로써 도입/가능한 것입니다. 바꾸어 말하자면, 종래의 폐기물처리업에서 한단계 나아가, 에너지 제조업으로 변신할 수 있게 됩니다. 폐기물처리업에서 에너지 제조업으로의 전환, 이것이 바로, RRS가 갖는 주요 실현목표입니다.
<프로필>
▷동경공업대학 프론티어연구센터
(종합이공학연구과/환경이공학창조 전공)
▷동경공업대학 교수
▷(주)한국이티씨 환경기술과 MOU체결
▷(주) 신코테크노 고문
<환경공업신문·월간환경21>
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