폐자원 에너지화

3. 방법

3. 1. 소각

3. 2. 가스화 및 열분해

• 가스화: 가연성 가스, 수소, 합성 연료를 생산한다.
• 열분해: 가연성 타르/바이오 오일 및 숯을 생산한다.
• 플라스마 아크 가스화 또는 플라스마 가스화 공정(PGP): 수소 및 일산화 탄소를 포함한 풍부한 합성 가스를 생산하여 연료 전지에 사용하거나 플라즈마 아크 구동을 위한 전기를 생성하며, 사용 가능한 유리화된 규산염 및 금속 잉곳, 소금 및 유황을 생산한다.

3. 3. 혐기성 소화 및 발효

3. 4. 기계적 생물학적 처리 (MBT)

4. 플라스틱 폐기물 에너지화

플라스틱 폐기물은 열분해, 가스화 등을 통해 연료로 전환할 수 있다.^[15] 열분해는 불활성 분위기에서 고온으로 물질을 열적으로 분해하는 공정으로, 화학적 조성의 변화를 수반하며 주로 유기 물질 처리에 사용된다.^[15] 대규모 생산에서는 플라스틱 폐기물을 분쇄하고 녹인 다음 열분해하며, 촉매 변환기가 이 과정에 도움이 된다.^[15] 증기는 오일 또는 연료와 함께 응축되어 침전 탱크에 축적되고 여과되며, 균질화 후 자동차 및 기계에 사용할 수 있는 연료가 얻어진다.^[15]

새로운 공정들은 플라스틱을 프로판으로 전환하기 위해 코발트와 제올라이트라는 두 부분으로 구성된 촉매를 사용하기도 한다.^[16] 이 공정은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌에 작용하며 프로판 수율은 약 80%이다.^[16]

플라스틱은 단일 원자재가 아니라, PE, PS, PP, PVC와 같은 원료 단위로 분류해야 한다. 상품화된 플라스틱 제품에는 2종 이상의 플라스틱이 혼합되어 있거나, 겉으로는 똑같이 보이는 플라스틱을 소비자가 원료 단위로 분류하기 어렵기 때문에, 물질 재활용 또는 케미컬 리사이클에 어려움이 있다.

이 때문에, 원칙적으로 폐플라스틱은 재활용되지 않고 매립되거나, 서멀 리사이클(thermal recycle)을 하는 선택지로 한정된다. 과거에는 PVC이 맹독성 다이옥신을 발생시키는 원인으로 지목되어 매립이 주류였으나, PVC 분류법과 다이옥신을 발생시키지 않는 연소법의 확립으로 서멀 리사이클로의 전환이 진행되고 있다.

플라스틱은 석유나 석탄과 동등한 발열량을 가지고 있어, 서멀 리사이클을 통해 대량의 열에너지를 회수할 수 있다. 이는 간접적으로 화력 발전소에서 연소되는 원유를 절감하는 효과를 가져온다. 1메가와트시의 전력을 화력 발전하기 위해 필요한 연료는, 천연가스 132kg에 대해 플라스틱 345kg이다. 이 경우 이산화 탄소 발생량은 천연가스 연소 시 360kg, 플라스틱 연소 시 880kg으로 추산된다.^[51]

지구 온난화 관점에서 이산화 탄소를 배출하는 서멀 리사이클보다 매립하는 쪽이 환경에 더 좋다는 생각도 있지만, 서멀 리사이클로 삭감한 원유의 이산화 탄소량과 어느 정도 상쇄할 수 있다는 주장도 있다.

5. 이산화탄소 배출

열적 폐자원 에너지화 기술에서, 폐기물 내 탄소 함량의 거의 전부는 이산화 탄소로 대기 중에 배출된다.^[21] 생활 폐기물은 이산화 탄소와 거의 동일한 질량 분율의 탄소(27%)를 포함하므로, 생활 폐기물 1톤을 처리하면 약 1톤의 이산화 탄소가 발생한다. 폐기물을 매립하는 경우, 1톤의 생활 폐기물은 폐기물의 생분해성 폐기물 부분의 혐기성 분해를 통해 약 62 m³의 메탄을 생성하는데, 이는 연소로 인해 발생했을 1톤의 이산화 탄소보다 두 배 이상 높은 지구 온난화 지수를 갖는다.^[21]

바이오매스는 생물학적 기원을 가지고 있으며, 식물이 대기 중의 이산화 탄소를 사용하여 형성되므로, 이러한 식물을 다시 재배하면 연소로 배출되는 이산화 탄소는 대기 중에서 다시 흡수될 수 있다. 이러한 이유로 여러 국가에서 폐기물의 바이오매스 부분을 재생 에너지로 관리한다.^[22]

플라스틱 폐기물 에너지화 시스템의 CO₂ 배출량은 탄소 포집 및 저장의 기여를 고려하더라도 현재의 화석 연료 기반 전력 시스템보다 단위 전력 생산당 더 높다.^[23] 지구 온난화 관점에서 이산화 탄소를 배출하는 서멀 리사이클보다 매립하는 쪽이 환경에 더 좋다는 생각도 있지만, 서멀 리사이클로 삭감한 원유의 이산화 탄소량과 어느 정도는 상쇄할 수 있다.

6. 한국의 현황 및 정책

한국은 '자원순환기본법'에 따라 폐기물 감량, 재사용, 재활용을 우선적으로 추진하고, 남은 폐기물에 대해 에너지 회수를 하는 정책을 채택하고 있다.^[49][50] 순환형 사회 형성 추진 기본법에서는 폐기물·재활용 대책의 우선 순위를 리듀스, 리유스, 매터리얼 리사이클·케미컬 리사이클, 서멀 리사이클(열 회수), 폐기물로서의 적정 처리 순으로 규정하고 있다.

일본에서는 폐기물 소각 시 발생하는 에너지를 열이나 증기 등으로 회수하는 것을 서멀 리사이클이라고 하며, 발전, 주변 시설의 난방 및 온수 공급 등에 이용되고 있다.^[48] 용기 포장 재활용 촉진 등에 관한 법률에서 인정된 가스화·유화 외에 소각열 이용, 폐기물 발전, 시멘트 킬른 원료화, 폐기물 고형 연료 등이 있다.

2017년 기준, 대한민국 내 376개의 쓰레기 소각 시설 중 34%가 발전 설비를 갖추고 있지만, 발전 효율이 20% 이상인 시설은 37곳에 불과하다.^[49][50]

7. 국제 동향

일본과 중국은 각각 고형 폐기물의 직접 용융 또는 유동층 연소를 기반으로 한 여러 발전소를 건설했다. 2016년 초 중국에는 약 434개의 폐자원 에너지 발전소가 있었다. 일본은 4천만 톤으로 세계 최대의 도시 고형 폐기물 열처리 국가이다.^[17]

2019년 유엔 환경 계획 보고서에 따르면 유럽에는 589개의 폐자원 에너지화(WtE) 시설이 있으며, 미국에는 82개가 있다.^[33]

인도네시아는 2014년 6월 기준으로 총 93.5MW의 폐자원 에너지 설비 용량을 갖추고 있으며, 다른 준비 단계에 있는 프로젝트가 추가로 373MW에 달한다.^[18]

일본에서는 폐기물 소각 시 발생하는 에너지를 열이나 증기 등으로 회수하는 것을 서멀 리사이클(Thermal Recycling)이라고 하며, 발전, 주변 시설의 난방 및 온수 공급 등에 이용되고 있다.^[48] 용기 포장 재활용 촉진 등에 관한 법률에서 인정된 가스화·유화 외에 소각열 이용, 폐기물 발전, 시멘트 킬른 원료화, 폐기물 고형 연료 등이 있다.

순환형 사회 형성 추진 기본법에서는 폐기물·재활용 대책의 우선 순위를,

#리듀스

#리유스

# 매터리얼 리사이클·케미컬 리사이클

# '''서멀 리사이클(열 회수)'''

# 폐기물로서의 적정 처리

로 하고, 경제 재정 자문 회의의 "순환형 경제 사회에 관한 전문 조사회" 및 산업 구조 심의회 기획 그룹에서는 "서멀 리사이클도 유효한 에너지 회수 수단으로서 매터리얼 리사이클과 함께 위치한다"고 제언하고 있다.

EU의 각종 지침(1994년 EU 용기 포장 지침, 1975년 EU 폐기물 기본 지침 부속서 ⅡB 등)에서는 "재활용"은 재제품화를 수행하는 물질 재활용을 의미한다.^[47] 에너지 발생 수단으로 이용하는 것은 에너지 회수(energy recovery)라고 불리며, 물질 재활용이나 에너지 회수 등을 포함하는 경우에는 회수(recovery)라는 개념을 사용한다.^[47]

유럽 등에서는 재활용은 여러 번 사용할 수 있는 메커니즘을 의미하며, 열로 회수하는 경우에는 재활용에 포함하지 않고 구분한다.^[48]

7. 1. 주요 시설

8. 비판 및 논란

폐기물 에너지화 시설은 유해 물질 배출, 소각재 처리, 재활용률 저해, 지구 온난화 가스 배출 등의 문제점을 야기할 수 있다는 우려가 존재한다.^{[53][54][55][56][57]}

글로벌 소각로 대안 연합(GAIA)의 2019년 보고서에 따르면, 미국 내 폐기물 에너지화 시설의 79%가 저소득층 지역이나 유색 인종 커뮤니티에 위치하고 있다.^[31] 이는 역사적인 주거, 인종 차별, 배제적 구역 설정법으로 인해 더 백인적이고 부유한 커뮤니티가 산업 시설과 유색 인종을 경계에서 배제할 수 있었기 때문이다.^[31] 펜실베이니아주 체스터의 지역 사회 단체는 지역 폐기물 에너지화 시설에 적극적으로 반대하고 있으며, 캘리포니아 주립 험볼트 대학교 환경 자원 공학과의 신타나 베르가라 조교수는 지역 사회의 반대가 오염과 함께 이러한 시설 중 다수가 지역 사회의 의견 수렴 없이, 그리고 어떤 혜택도 없이 건설되었다는 사실에 기반하고 있다고 언급했다.^[32]

기술적으로 재자원화가 어렵거나 선별 등이 번잡하여 재자원화하면 오히려 비경제적인 폐기물도 존재한다.^[52] 에너지 회수는 소각 시의 열량을 이용하기에 단순 소각보다는 유의미하지만,^[48] 재활용 가능한 자원까지 태워진다는 지적도 있다.^[48] 재사용 또는 물질 재활용 및 화학적 재활용이 어려운 폐기물에 대해서만 에너지 회수를 하는 것이 이상적이다.^[48] 발전 효율이 낮은 시설에서의 소각 문제도 있으며,^[48] 에너지 회수 효율이 일정 수준에 미치지 못하면 "에너지 회수"로 볼 수 없다.^[48]

폐기물 소각은 "폐기물로부터 에너지 회수"로, 온난화 가스 배출 문제는 기존 화석 연료 발전과 다르지 않으며, '''폐기물 처리 문제를 지구 온난화 문제로 전가한다'''는 비판을 받는다.^{[53][54][55][56][57]} 폐 플라스틱 1kg 소각 시 발생하는 이산화 탄소량은 2.9kg으로 추정되며,^[58] 이는 플라스틱의 화학 구조 (탄소 함유 중량 %)를 고려하면 타당한 수치이다.^[58] 2018년 일본에서 소각 처리된 플라스틱 폐기물 683만 톤(총 891만 톤 중 물질 재활용량 208만 톤 제외^[59])을 기준으로 계산하면, 이산화탄소 1981만 톤이 발생한다. 이는 당시 일본 인구 1억 2700만 명으로 나누면 1인당 연간 156kg에 해당한다. 일본은 파리 협정 목표 달성^[60]에 필요한 2030년까지의 '''1인당 연간 이산화탄소 배출량 상한 2.3톤 중 6.8%를 플라스틱 폐기물 소각으로 소비한''' 셈이다.

9. 평가

기술적으로 재활용이 어렵거나 경제적으로 불리한 폐기물에 대해서는 폐기물 에너지화가 유의미한 대안이 될 수 있다.^[48][52] 그러나 재사용, 물질 재활용, 화학적 재활용이 가능한 폐기물까지 소각하는 것은 자원 낭비라는 비판도 존재한다.^[48] 물질 재활용이나 화학적 재활용과 열적 재활용의 선택은 생애 주기 평가(LCA)를 통해 결정할 수 있다. 예를 들어, 새로 석유에서 페트병 1개를 만드는 데 필요한 자원이 1이라고 할 때, 물질 재활용으로 재생 병을 만드는 경우 자원량이 1을 밑돌면 물질 재활용을 해야 한다. 반대로 1 이상이 소요될 경우, 물질 재활용은 본말전도이므로 새 페트병 1개를 만들고 사용된 병은 열적 재활용을 하는 것이 효율적이다.

알루미늄 제품의 물질 재활용이 적극적으로 추진되는 것은 이러한 이유 때문이다. 발전 효율이 낮은 시설에서의 소각은 에너지 회수 효과가 미미하며, 오히려 환경 오염을 유발할 수 있다는 문제도 있다.^[48] 에너지 회수 효율이 일정 수준에 도달하지 못한 처리는 "에너지 회수"로 인정할 수 없다.^[48]

해외에서는 폐기물 소각에 재활용이라는 명칭을 사용하지 않고 "폐기물로부터 에너지 회수"라고 하며, 이는 온난화 가스 배출로 이어진다는 점에서 기존의 화석 연료 발전과 다르지 않다. 즉, '''폐기물 처리 문제를 지구 온난화 문제로 전가한다'''는 비판을 받는다.^{[53][54][55][56][57]} 플라스틱 폐기물 소각으로 발생하는 이산화 탄소량은 플라스틱 1kg당 2.9kg으로 추정되며,^[58] 2018년 일본에서 소각 처리된 플라스틱 폐기물 683만 톤을 기준으로 계산하면 이산화탄소 1981만 톤에 달한다. 이는 당시 일본인 1인당 연간 156kg에 해당하며, 파리 협정 목표 달성^[60]에 필요한 2030년까지의 1인당 연간 이산화탄소 배출량 상한 2.3톤 중 6.8%를 소비한 셈이다.

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