기계연, 환경오염 크게 줄인 폐기물 소각로 상용화 기업과 소각로 공동연구 30년, 신기술 이전으로 결실 생활쓰레기의 처리에 필요불가결한 소각시스템은 대표적인 주민 기피대상이다. 소각기술의 발달에 의해 공해물질의 배출이 극소화됐다고 하지만 여전히 여전히 소각과정에서 발생하는 공해물질은 환경을 오염시킬 우려가 높다. 소각로에서 처리하는 폐기물의 성상은 대부분 고체상태이기 때문에 소각과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)의 농도가 가스나 액체와 같은 타 성상의 연료에 비해 매우 높다. 질소산화물은 일단 생성되고 나면 고가의 촉매나 암모니아 및 요소와 같은 환원제를 필요로 하므로 그 처리비용이 매우 높으며 2차공해를 유발하기도 한다. 최근 폐기물 소각과정에서 NOx의 생성을 극소화시켜 별도의 후처리가 필요없도록 하는 소각기술이 개발됐다.인체에 해로운 질소산화물을 기존 대비 40% 정도 크게 줄일 수 있는 저공해 소각시스템이 전라남도 도서 지역에 설치돼 운영 중이다. 정부출연연구기관에서 개발된 기술이 실생활에 적용돼 주민의 건강과 안전을 책임지고 있는 사례다. 미래창조과학부 산하 한국기계연구원(원장 임용택, 이하 기계연) 환경기계시스템연구실 심성훈 박사팀은 ‘고온 FGR2) MILD3) 연소기술의 상용화(참여기업 ㈜대경에스코)’ 사업을 통해 폐기물 소각로에서 다량 발생하던 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(CO)를 획기적으로 줄이는 소각기술 상용화에 성공했다. 소각과정에서 발생하는 고온의 연소가스를 되돌려 연소용 공기와 혼합함으로써 산소의 농도를 희석하는 동시에 공기를 고온으로 예열해 소각하기 때문에 기존 소각로에서 다량 발생하던 질소산화물을 후처리설비 없이 환경규제치를 만족할 수 있을 것으로 기대된다.연구팀은 질소산화물을 획기적으로 줄이기 위해 고온 연소가스를 재순환하는 방식을 사용했다. 기존 방식은 소각로에서 빠져나와 한 번 냉각된 저온상태의 배기가스를 재순환시키는 것으로, 연소가 불안정해지고 질소산화물의 저감량도 크지 않았다. 반면 심성훈 박사팀은 연소실 출구부의 고온 연소가스가 식기 전에 재순환하는 신기술을 적용해 연소의 안정화와 질소산화물 저감 효과 향상을 동시에 달성했다.고온상태로 연소가스를 재순환하기 위해 소각로 본체에 특수한 노즐을 설치해 고온FGR부에서 고온 연소가스와 공기를 혼합하고, 그 혼합공기를 다시 연소실로 순환시켜 이번기술의 핵심인 MILD 연소가 가능해졌다. 현재는 소각로에서 질소산화물이 배출되면 환원제와 촉매제를 이용한 후처리를 통해 환경기준치를 맞춰왔다. 심 박사가 개발한 기술은 폐기물 소각 과정에서 다량으로 발생하던 질소산화물을 별도 후처리 설비 없이 기존 대비 40% 정도 크게 감소시켰다는 것이 가장 큰 장점이다.MILD연소기술을 적용한 폐기물 소각로는 세계 최초이며, 새로 건설되는 소각로뿐만 아니라 기존 소각로에도 설치 가능해 후처리 과정을 줄일 수 있다는 점도 주목할 만하다.연구책임자 심성훈 박사는 “이번에 개발한 MILD연소기술은 간단한 구조만 추가해 질소산화물을 현저히 줄임과 동시에 소각로의 내구성을 해치는 고착물이 발생하지 않는다는 장점을 갖고 있다”며, “폐기물의 소각뿐만 아니라 질소산화물의 후처리에 막대한 비용을 지불하는 석탄화력 발전소에 특히 적용효과가 높을 것이라는 기대는 물론 가스나 오일 등의 저 녹스(NOx) 연소에도 적용을 확대해 나갈 것”이라고 밝혔다.이번 기술은 소형 소각로 분야에서 한 우물을 판 기업인 (주)대경에스코와 기계연이 30년 가깝게 협력연구를 한 결과여서 출연연과 중소기업 협력의 대표적인 사례로 평가된다. 기계연은 기술이전을 통해 매출액의 일정부분을 기술료로 받는 계약을 체결했다. ㈜대경에스코도 새로운 환경기술을 확보함에 따라 교체주기에 들어선 소형 소각로 시장 개척에 큰 도움을 받게 됐다.㈜대경에스코 박학수 부장은 “중소기업이 독자적으로 연구개발을 하는데는 현실적으로 어려움이 있다”며, “이번 경우와 같이 출연연과 중소기업이 중요한 핵심기술을 공동개발 함으로써 기술개발이 가속화 됐고, 향후에도 기계연과의 협력관계가 지속적으로 유지, 발전됐으면 한다”고 밝혔다.실제로 지난해 11월에 이 기술을 적용해 전라남도 도서 지역에 설치된 소각시스템은 시간당 약 300kg의 소각 용량을 가진다. 이 같은 기술과 관련해 3건의 국제특허 출원이 완료됐으며, 12건의 국내특허를 등록했다. 또한 2건의 SCI 논문을 비롯한 39건의 국내외 논문이 발표됐다.

기계연, 환경오염 크게 줄인 폐기물 소각로 상용화

기업과 소각로 공동연구 30년, 신기술 이전으로 결실

기사입력 2015-11-06 12:35:02

기술이전을 받은 대경에스코 박학수 부장(좌)과 심성훈 박사

[산업일보]
생활쓰레기의 처리에 필요불가결한 소각시스템은 대표적인 주민 기피대상이다. 소각기술의 발달에 의해 공해물질의 배출이 극소화됐다고 하지만 여전히 여전히 소각과정에서 발생하는 공해물질은 환경을 오염시킬 우려가 높다. 소각로에서 처리하는 폐기물의 성상은 대부분 고체상태이기 때문에 소각과정에서 발생하는 질소산화물(NOx)의 농도가 가스나 액체와 같은 타 성상의 연료에 비해 매우 높다. 질소산화물은 일단 생성되고 나면 고가의 촉매나 암모니아 및 요소와 같은 환원제를 필요로 하므로 그 처리비용이 매우 높으며 2차공해를 유발하기도 한다. 최근 폐기물 소각과정에서 NOx의 생성을 극소화시켜 별도의 후처리가 필요없도록 하는 소각기술이 개발됐다.

인체에 해로운 질소산화물을 기존 대비 40% 정도 크게 줄일 수 있는 저공해 소각시스템이 전라남도 도서 지역에 설치돼 운영 중이다. 정부출연연구기관에서 개발된 기술이 실생활에 적용돼 주민의 건강과 안전을 책임지고 있는 사례다.

미래창조과학부 산하 한국기계연구원(원장 임용택, 이하 기계연) 환경기계시스템연구실 심성훈 박사팀은 ‘고온 FGR2) MILD3) 연소기술의 상용화(참여기업 ㈜대경에스코)’ 사업을 통해 폐기물 소각로에서 다량 발생하던 질소산화물(NOx)과 일산화탄소(CO)를 획기적으로 줄이는 소각기술 상용화에 성공했다.

소각과정에서 발생하는 고온의 연소가스를 되돌려 연소용 공기와 혼합함으로써 산소의 농도를 희석하는 동시에 공기를 고온으로 예열해 소각하기 때문에 기존 소각로에서 다량 발생하던 질소산화물을 후처리설비 없이 환경규제치를 만족할 수 있을 것으로 기대된다.

연구팀은 질소산화물을 획기적으로 줄이기 위해 고온 연소가스를 재순환하는 방식을 사용했다. 기존 방식은 소각로에서 빠져나와 한 번 냉각된 저온상태의 배기가스를 재순환시키는 것으로, 연소가 불안정해지고 질소산화물의 저감량도 크지 않았다. 반면 심성훈 박사팀은 연소실 출구부의 고온 연소가스가 식기 전에 재순환하는 신기술을 적용해 연소의 안정화와 질소산화물 저감 효과 향상을 동시에 달성했다.

고온상태로 연소가스를 재순환하기 위해 소각로 본체에 특수한 노즐을 설치해 고온FGR부에서 고온 연소가스와 공기를 혼합하고, 그 혼합공기를 다시 연소실로 순환시켜 이번기술의 핵심인 MILD 연소가 가능해졌다.

현재는 소각로에서 질소산화물이 배출되면 환원제와 촉매제를 이용한 후처리를 통해 환경기준치를 맞춰왔다. 심 박사가 개발한 기술은 폐기물 소각 과정에서 다량으로 발생하던 질소산화물을 별도 후처리 설비 없이 기존 대비 40% 정도 크게 감소시켰다는 것이 가장 큰 장점이다.

MILD연소기술을 적용한 폐기물 소각로는 세계 최초이며, 새로 건설되는 소각로뿐만 아니라 기존 소각로에도 설치 가능해 후처리 과정을 줄일 수 있다는 점도 주목할 만하다.

연구책임자 심성훈 박사는 “이번에 개발한 MILD연소기술은 간단한 구조만 추가해 질소산화물을 현저히 줄임과 동시에 소각로의 내구성을 해치는 고착물이 발생하지 않는다는 장점을 갖고 있다”며, “폐기물의 소각뿐만 아니라 질소산화물의 후처리에 막대한 비용을 지불하는 석탄화력 발전소에 특히 적용효과가 높을 것이라는 기대는 물론 가스나 오일 등의 저 녹스(NOx) 연소에도 적용을 확대해 나갈 것”이라고 밝혔다.

이번 기술은 소형 소각로 분야에서 한 우물을 판 기업인 (주)대경에스코와 기계연이 30년 가깝게 협력연구를 한 결과여서 출연연과 중소기업 협력의 대표적인 사례로 평가된다. 기계연은 기술이전을 통해 매출액의 일정부분을 기술료로 받는 계약을 체결했다. ㈜대경에스코도 새로운 환경기술을 확보함에 따라 교체주기에 들어선 소형 소각로 시장 개척에 큰 도움을 받게 됐다.

㈜대경에스코 박학수 부장은 “중소기업이 독자적으로 연구개발을 하는데는 현실적으로 어려움이 있다”며, “이번 경우와 같이 출연연과 중소기업이 중요한 핵심기술을 공동개발 함으로써 기술개발이 가속화 됐고, 향후에도 기계연과의 협력관계가 지속적으로 유지, 발전됐으면 한다”고 밝혔다.

실제로 지난해 11월에 이 기술을 적용해 전라남도 도서 지역에 설치된 소각시스템은 시간당 약 300kg의 소각 용량을 가진다. 이 같은 기술과 관련해 3건의 국제특허 출원이 완료됐으며, 12건의 국내특허를 등록했다. 또한 2건의 SCI 논문을 비롯한 39건의 국내외 논문이 발표됐다.