폐기물 소각시설에서 발생하는 CO2 배출량 산정방법에 관한 연구

Abstract

우리나라는 좁은 면적으로 인해 다른 나라에 비해 폐기물 처리방법 중 소각이 높은 비중을 차지하고 있으며 2008년 국가 온실가스 인벤토리 보고서에 따르면 폐기물부문 온실가스 배출량 중 소각은 약 50%를 차지하고 이중 CO2가 97%, N2O가 3%를 차지한다. 즉 소각부문에서 발생하는 CO2 배출량에 대한 신뢰성 확보와 배출량 관리가 중요하다고 할 수 있다. 현재 우리나라는 폐기물부문 소각분야 CO2 배출량 산정시 IPCC 가이드라인의 배출량 산정식을 사용하고 있으며 이 식은 성분분석을 통한 폐기물의 화석탄소함량에 기인한다. 하지만 사업장은 소각되는 모든 폐기물에 대한 성분분석의 법적 의무를 지지 않고 있으므로 실제 폐기물의 성분분석을 통한 실측값을 얻기 어려운 실정이며, 대형 생활폐기물 소각시설에서 주기적으로 이루어지는 성상분석 결과 또한 월별 값의 큰 차이를 보이는 등 높은 불확도를 가진다. 따라서 본 연구에서는 현재 사용 하고 있는 CO2 배출량 산정방법 뿐 아니라 그 밖의 방법들을 이용하여 CO2 배출량을 산정하고 이를 비교 및 분석함으로써 우리나라 상황에 적용가능하며 정확성이 높은 방법을 도출하고자 한다. 연구대상은 생활폐기물 소각시설 6개, 사업장폐기물 소각시설 3개소로, 2008년 기준 폐기물 소각처리량, 방지시설 등을 고려하여 선정하였다. 본 연구에 사용된 CO2 배출량 산정방법은 첫째, 굴뚝에서 배출되는 CO2 농도의 현장 측정을 통한 배출량 산정, 둘째, 폐기물의 성상분석을 통한 화석탄소함량에 기인한 배출량 산정, 마지막은 F, FC 및 O2 농도값을 사용하여 추정한 CO2 농도를 이용한 배출량 산정으로 각 방법을 사용하여 시설별 CO2 배출량을 산정하였다. 각 방법별 CO2 배출량의 정확성, 현재 구축되어 있는 기반시설과 연계한 적용가능성, 비용효율적인 면 등을 고려하였다. 그 결과, 실제 소각시설에서 발생되는 CO2 배출량을 가장 잘 나타낼 수 있는 현장측정을 이용한 방법과 F, FC 및 O2를 이용한 배출량은 유사한 값, 분포를 보였으며 폐기물의 화석탄소함량에 기인한 CO2 배출량은 다른 두 방법과 다소 큰 차이 및 상이한 분포를 나타내었다. 또한 현장측정을 통한 CO2 배출량에 대해 몬테카를로 시뮬레이션을 이용하여 불확도를 도출하였으며 이를 이용해 오차범위를 설정한 결과, F, FC 및 O2를 이용한 배출량은 모든 시설이 오차 이내의 값을 나타냈다. 하지만 폐기물 화석탄소함량에 기인한 배출량은 모든 시설, 많은 기간에서 오차를 초과하였으며 또한 소각시설의 운전이 안정하게 이루어지는 동안 동일 시설 내에서도 기간별 큰 차이를 나타냈다. 우리나라 소각시설에서 발생하는 CO2 배출량 중 대부분을 차지하는 대형 소각시설에 굴뚝 TMS, 총량관리시스템에 따른 O2 측정기가 설치되어 있는 것을 감안할 때 F, FC 및 O2를 이용한 CO2 배출량 산정방법은 CO2 측정기 또는 측정cell을 개별적으로 설치하지 않으면서도 소각시설의 운전상황을 잘 반영하고 CO2 배출량을 정확히 측정할 수 있는 방법일 것으로 판단된다. 이번 연구를 통한 CO2 배출량 산정에 대한 이와 같은 접근방법은 소각시설 뿐 아니라 사용되는 원료 및 연료가 소각시설에 비해 더 균일한 발전소, 보일러 등 연소시설에서 발생하는 CO2 배출량 산정시에도 적용 가능할 것으로 예상되며 이를 토대로 우리나라 온실가스 배출량 산정에 대한 신뢰성 및 정확성을 높일 수 있을 것으로 보인다.

In Korea, incineration occupies a high proportion among waste treatment methods due to the limited land space compared to other countries. National greenhouse gas inventory in 2008 shows that incineration sector accounted for about 50% and among the gases from waste incineration, CO2 accounted for 97%, N2O does 3%. Therefore CO2 emissions in incineration sector on the reliability and emissions management are very important Currently we use IPCC Guidelines' equation for estimation of greenhouse gas emission in waste incineration sector and it is originated from fossil-fuel carbon content of waste by component, element analysis. However, all the waste incineration facilities do not undertake any obligation for the component, element analysis by law, so actual value of waste's component, water content and etc. is difficult to obtain. Also the results of periodic analysis by large municipal waste incineration facilities have high uncertainty showing greater deviation between the monthly values. From this study, I suppose the most realistic, accurate and applicable method through comparison and analysis between three methodologies in estimating CO2 emissions in waste incinerator. The subjects of this study are six incinerators for municipal solid waste and three incinerators for industrial waste those are selected by considering the amount of incineration, prevention facilities and etc. The three methods for estimating CO2 emission used in this study, first, CO2 emission from direct measuring for CO2 concentration and gas flow in field, second, emission based on the composition of the waste through analysis of fossil-fuel carbon content and the last, emission using by F, Fc, O2 concentration and gas flow. In this study, CO2 emissions per facilities by using each method are compared and analyzed in consideration of accuracy, applicability to infra-structure of Korea and cost-effective aspect. As a result, emissions through field measurement that represent to actual emission from incineration shows similar values and distribution with emission using F, Fc, and O2. And the emission using by component analysis shows different values and distributions, respectively. In addition, the uncertainties of CO2 emission from field measurement are derived from performing Monte Carlo Simulation and the error ranges are set from it. For all facilities's emission using F, Fc and O2 are showing the result which are within the uncertainty but emissions by component analysis exceed the error range some in the period per facility. The emission by component analysis also shows the difference during stable operation of incineration for some facilities. In consideration of that large incineration facilities which are occupied most CO2 emission from incinerator are installed O2 analyzer because of Stack TMS, the method of estimating using by F, Fc and O2 can be good way to estimate similarly of real emission without installment of new CO2 analyzer. Through this study, this approach which are conducted for waste incinerator can be also applicable to combustion facilities like power plant, boilers and etc. which use more even fuel and source compared to waste. Moreover, it is expected to increase reliability and accuracy for the estimation of greenhouse gas emission in Korea.