폐기물을 에너지로 전환하여 순환성을 보완할 수 있는 방법

2050년까지 현재의 관행을 통제하지 않는다면 연간 도시 고형 폐기물 발생량은 21억 톤에서 38억 톤으로 거의 두 배 증가할 것이라고 유엔 환경 계획(UNEP)이 보고했습니다. 더욱 우려되는 점은 이 모든 폐기물의 40%가 "통제되지 않은" 상태라는 것입니다. 즉, 환경에 버려지거나 노천에서 소각되어 지구 온난화를 유발하는 메탄가스를 생성하고 주변 지역의 건강과 안전을 위협하고 있습니다. 인구와 소비가 빠르게 증가하는 아시아와 아프리카 대륙^*2 을 중심으로 빠르게 성장하는 경제는 관리가 잘못된 폐기물로 인해 특히 심각한 문제에 직면할 것으로 예상됩니다. 우뚝 솟은 매립지가 불타거나 주변 주민에게 무너지는 끔찍한 뉴스 보도가 불행히도 이 속도로 증가할 가능성이 높습니다.

이상적인 세상에서는, 우리가 줄이고, 재사용하고, 재활용하기 위한 시스템을 완성함에 따라 이러한 매립지는 과거의 일이 될 것입니다. 하지만 오늘날 최고의 기술을 사용하더라도 많은 가정용 쓰레기의 재활용은 기술적으로나 경제적으로 실행이 불가능할 수 있습니다. 이러한 "잔류 폐기물"은 매립지로 운반될 수 있지만, 메탄 배출이나 독성 누출을 줄이기 위해 완벽하게 관리하더라도 토지를 필요로 하는 도시 근처의 귀중한 토지 공간을 차지할 것입니다. 아니면 쓰레기를 소각하고, 부피를 줄이고, 자원으로 전환하는 폐기물-에너지(WtE) 공장으로 운반될 수 있습니다.

유럽의 WtE 기술 협회가 주장하는 바와 같이 "폐기물에서 에너지로의 전환은 재활용 불가능하고 위험하지 않은 폐기물로부터 자원을 회수하는 전체론적 접근 방식을 제공합니다. 폐기물을 매립지로 보내지 않고, 금속과 미네랄을 회수하며, (폐기물의 생분해성 부분에서) 재생 에너지를 생산합니다."^*3

일부 비평가들은 WtE 플랜트가 폐기물 생산을 줄이려는 인센티브를 줄일 수 있다고 주장하지만, 많은 개발도상국에서 널리 퍼져 있는 잘못 관리된 매립지와 노천 투기의 대안은 훨씬 더 나쁩니다. UNEP 2020 보고서 "폐기물에서 에너지로: 정보에 입각한 의사 결정을 위한 고려 사항"에서 지적한 대로 "이러한 매립지, 노천 투기장 및 노천 소각에서 폐기물을 WtE 플랜트로 전환하면 폐기물 분해로 생성되는 메탄을 줄일 수 있습니다."^*4

이러한 공장이 폐기물을 소각할 때 건강 위험을 초래할 수 있다는 우려도 있습니다. 그러나 UNEP 보고서는 현대 배출 제어 기술의 발전으로 유해한 대기 오염 물질을 최소한의 공중 보건 영향으로 줄일 수 있다고 지적합니다.

실제로 전 세계 1,800개의 WtE 플랜트 대부분은 선진국에서 찾을 수 있으며, 특히 스웨덴, 독일, 일본과 같이 재활용 수준이 비교적 높고 오염 법률이 엄격한 나라에서 찾을 수 있습니다. 예를 들어 스웨덴은 가정용 쓰레기의 1%만 매립지로 보냅니다. 나머지 절반은 재활용하고 나머지는 WtE에서 소각하여 약 1,000만 명의 인구에서 150만 가구와 78만 가구에 전기를 공급하여 지역난방을 생산합니다.^*5

Yokogawa의 경우, WtE 및 바이오매스 에너지 플랜트의 효율성을 더욱 개선하는 방법을 찾는 것은 오랫동안 회사의 사업과 탄소 중립적이고 순환적인 글로벌 경제에 대한 헌신의 중요한 부분이었습니다. Yokogawa의 측정 및 제어 기술은 보일러 가동 시 안전성을 개선하고, 연소 중 효율성을 보장하고, 연료를 최적으로 혼합하여 증기 생산을 안정화하고, 유해한 배출물을 제거하는 데 사용됩니다. 이러한 기술은 WtE 플랜트뿐만 아니라 태국의 벼 껍질, 헝가리의 칩, 일본의 가금류 배설물을 연소하여 전기를 생성하는 바이오매스 플랜트에서도 사용됩니다.

Yokogawa는 전 세계적으로 총 3GW의 전력을 생성하는 폐기물 및 바이오매스 발전소에 대한 다양한 제어, 모니터링 및 유지 관리 시스템 솔루션을 제공한 실적이 있습니다. 이제 더 효율적인 발전소에 대한 요구를 충족하기 위해 솔루션 라인업을 확장하고 있습니다.

2022년 Yokogawa는 Dublix Technology ApS를 인수하여 덴마크 회사의 WtE 및 바이오매스 에너지 플랜트 기술을 인수했습니다. Dublix 솔루션은 플랜트가 연중무휴 최적의 효율로 작동할 수 있도록 하는 연소 제어 소프트웨어 솔루션인 "FuzEvent"를 포함하여 연소 제어 및 보일러 성능을 향상시킵니다.

이러한 연소 최적화는 터빈을 돌리는 증기의 양이 변동하여 불안정한 발전으로 이어지는 가정 폐기물의 다양한 발열량과 수분 함량의 기술적 과제를 극복하는 데 특히 유용합니다. 개발도상국의 가정 폐기물은 선진국보다 발열량이 더 낮고 수분 함량이 더 높기 때문에 Yokogawa와 Dublix의 솔루션은 이러한 성장하는 시장에서 필수적일 것입니다.

Dublix는 또한 제트 기반 기술인 "DD-Jet 시스템"을 보유하고 있어 보일러의 개방형 패스 섹션을 효과적으로 세척하여 작동 중에도 침전물을 제거합니다. 이러한 세척은 효율성을 개선하는 동시에 부식을 줄이고 수명을 늘리고 플랜트의 예상치 못한 가동 중단을 줄입니다. 이러한 모든 솔루션과 기타 솔루션은 이러한 플랜트의 더 큰 효율성과 수익성 있는 운영에 기여할 수 있습니다.^*6

2023년, Yokogawa는 크라쿠프에 있는 폴란드 최대 규모의 WtE 공장에서 성능 테스트를 성공적으로 수행하여 폐기물 소각을 2.5%(공장이 전체 용량으로 가동되는 경우 연간 5,500톤에 해당) 증가시키는 동시에 배출량을 정부가 정한 한도 내로 유지하고 증기 터빈의 최적 작동을 실현했습니다. 공장 효율성을 높임으로써 크라쿠프 공장은 운영 가용성을 높이고 소각된 폐기물 양에 따라 처리 수수료에서 발생하는 수익을 늘릴 수 있었습니다.

증가하는 폐기물을 처리하려면 더 잘 관리되는 매립지나 더 효율적인 WtE 플랜트뿐만 아니라 전체적인 접근 방식이 필요합니다. 그중 하나가 "통합 고형 폐기물 관리"입니다. 이는 자원 사용을 극대화하기 위해 고형 폐기물의 모든 측면을 관리하는 포괄적이고 지속 가능하며 전략적인 접근 방식입니다. UNEP 연구원에 따르면 이러한 접근 방식은 더 깨끗하고 안전한 이웃, 더 높은 자원 사용 효율성, 폐기할 최종 폐기물 수준이 감소하여 폐기물 관리 비용을 절감할 것으로 예상됩니다.^*7

Yokogawa는 폐기물 문제를 진지하게 해결하고 있는 이곳 인도와 같은 중요한 시장에서 솔루션을 제공하기 위해 현장에서 일하고 있습니다. 2023년 Yokogawa는 폐기물 분류 및 재활용에 대한 실적이 있고 인도에서 플라스틱으로부터 고품질 대체 연료를 생성하는 폐기물 관리 회사인 Singaporean Ideation 3X의 소규모 지분을 인수했습니다.

두 회사는 인도의 도시 폐기물에 대한 보다 통합된 솔루션을 제공하고자 합니다. 인도는 약 3,000개의 기존 매립지를 정화하고 순환 경제 원칙에 기반한 새로운 폐기물 시설과 폐기 방법을 설치하기 위해 5억 달러 이상을 따로 마련했습니다.^*8 여기에는 위생적으로 폐기물 양을 줄이고 기후 영향을 덜 미치며 국가의 전력 부족을 완화할 수 있는 WtE 및 바이오매스 에너지 플랜트 계획이 포함됩니다.^*9 인도 정부는 현재 설치된 용량보다 거의 30배 더 많은 5GW의 WtE 플랜트 용량에 대한 잠재력이 있다고 추정합니다.^*10

WtE 플랜트의 광범위한 채택에는 여전히 장애물이 남아 있습니다. 특히 개발도상국의 경우 폐기물 처리에 비용이 많이 들고 원료 확보, 첨단 기술, 적절한 규제 감독이 필요한 복잡한 사업 모델이 있기 때문입니다. 하지만 이는 통제 불능의 폐기물 문제에 맞서 싸우는 많은 국가에 중요한 선택사항으로 남아 있습니다.

아시아 개발 은행의 에너지 부문 그룹 지속 가능한 개발 및 기후 변화 부서 책임자인 Yonping Zhai는 2020년 보고서에서 다음과 같이 언급했습니다. "폐기물 에너지화는 천연자원의 효율적인 사용, 배출량 감소, 일자리 창출, 혁신 촉진을 통해 경제적, 사회적, 환경적 공동 이익을 가져올 수 있는 순환 경제 솔루션 중 하나입니다. 첨단 열 기술은 높은 수준의 위생 및 기저부하 에너지를 제공하지만, 일반적인 도시 폐기물의 3분의 2는 더 높은 경제적, 사회적 영향을 위해 다른 형태의 에너지, 연료, 화학 물질 및 비료로 전환될 수 있습니다."^*11

이러한 중요한 영향을 실현하기 위해 Yokogawa의 글로벌 네트워크는 보다 스마트하고 순환적인 지구에 대한 요구를 충족하기 위해 기술을 연결하고 있습니다.

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참고문헌

*1 European Parliament: https://www.europarl.europa.eu/topics/en/article/20151201STO05603/circular-economy-definition-importance-and-benefits#:~:text=The%20circular%20economy%20is%20a,reducing%20waste%20to%20a%20minimum 
*2 UN Environment Programme: https://www.unep.org/resources/global-waste-management-outlook-2024 
*3 ESWET: https://eswet.eu/how-waste-to-energy-contributes-to-the-circular-economy/ 
*4 UN Environment Programme: https://www.unep.org/ietc/resources/publication/waste-energy-considerations-informed-decision-making#:~:text=Landfill%20and%20open%20dumping%20are,methane%20generated%20from%20waste%20decomposition 
*5 Earth Org: https://earth.org/sweden-waste-to-energy/ 
Avfall Sverige: https://www.avfallsverige.se/media/vtldhtom/2021-09-kort-eng.pdf  , https://www.avfallsverige.se/in-english/swedish-waste-management/treatment-methods/#:~:text=Landfill%20is%20the%20treatment%20method,sent%20to%20landfill%20each%20year 
Reasons to be Cheerful: https://reasonstobecheerful.world/waste-to-energy-sweden-power-plants/ 
*6 UN Environment Programme: https://www.unep.org/ietc/resources/publication/waste-energy-considerations-informed-decision-making 
*7 UN Environment Programme: https://sustainabledevelopment.un.org/content/dsd/csd/csd_pdfs/csd-19/learningcentre/presentations/May%202%20am/1%20-%20Memon%20-%20ISWM.pdf 
*8 Bloomberg: https://www.bloomberg.com/features/2022-methane-landfills-south-asia-climate-health-hazard/ 
*9 Reuters: https://www.reuters.com/business/energy/india-projects-biggest-power-shortfall-14-years-june-2024-05-09/ 
*10 Bloomberg: https://www.bloomberg.com/news/features/2023-12-05/how-cop28-could-impact-india-s-waste-to-energy-industry 
*11 Asian Development Bank: https://www.adb.org/sites/default/files/institutional-document/659981/waste-energy-circular-economy-handbook.pdf