③ 탄소중립 및 CO2 배출저감을 위한 산업폐기물 소각시설의 이산화탄소 흡착소재 및 농축회수 고정개발(기술개발_1차년도)

< 연구배경 및 목적 >

○ 2050 탄소중립 실현을 위해 신재생에너지로의 완전한 전환까지는 온실가스 배출저감방안의 수립과 검토가 필요함.

○ 다양한 폐기물이 혼합되어 연소되어 가스조성이 복잡하고, 성능저하 가스성분이 다량 포함된 시화산단 산업단지 내의 폐기물 소각시설을 대상으로 건식 CO2 흡착소재와 농축회수 공정에 대한 최적화 연구를 수행하고자 함.

< 연구내용 및 결과 >

□ 연구 내용

○ 산업폐기물 연소가스 내 이산화탄소 농축회수를 위한 흡착소재개발

- 폐기물 소각시설의 운전조건에 적합한 다공성 흡착소재 선정

- 폐기물 연소가스 중 활성저하 유발물질에 대한 이산화탄소 흡착 반응특성평가

- 이산화탄소 흡착성능 향상을 위한 흡착소재 제조공정에 대한 최적화

- 건식 CO2 흡착제의 양산화를 위한 제조기술개발

□ 연구 결과

○ 시흥 스마트허브 산업단지의 사업장 폐기물 소각시설의 온실가스 배출현황 조사

- 100톤/일 소각설비 2기 운영

- 사업장 폐기물과 하수 슬러지 혼합 소각처리시설

- 선택적반건식반응탑-건식반응탑-백필터-촉매반응탑-TMS로 구성된 소각시스템 운영 중

- 2021년도 TMS 데이터를 활용 배가스 조성분석 수행

	Dust (mg/Sm3)	HCl (ppm)	NO (ppm)	CO (ppm)	SO2 (ppm)	O2 (%)	H2O (%)	유량 (Sm3)
배출농도	1.76	4.95	12.40	3.18	0.27	9.78	17.25	16,671

- CO2 평균 배출농도 : 10.51%, CO2 발생량 26,042ton/yr

○ 다공성 흡착소재 CO2 흡착성능 및 수분 영향성 평가

- 상용흡착소재인 첨착활성탄과 제올라이트 13X를 대상으로 CO2 흡착성능과 수분에 의한 영향성 평가결과 폐기물 연소가스조성과 같은 고농도 수분조건에서 흡착성능 저하 확인

	파과시간(tb, min)			흡착용량(q, mmole/g)
	RH70%	RH80%	RH90%	RH70%	RH80%	RH90%
첨착활성탄	10.5	9.5	9.5	0.6684	0.6396	0.5987
제올라이트 13X	46.0	39.5	33.0	1.7039	1.4807	1.2501

○ 알칼리금속 활용 복합소재 제조

- 제올라이트 13X를 기반으로 활성탄과 알칼리금속을 활용한 복합소재 개발과 양산화를 위한 펠렛타입 성형제조기술 개발 완료

[Pellet type 알칼리금속/복합소재 제조]

- 기존 상용 흡착소재 대비 고농도 수분조건에서 CO2 흡착용량 42% 증진 확인

흡착소재	소재충진량 (g)	파과시간 (tb, min)	흡착용량 (q, mmole/g)
제올라이트 13X	390.74	31.0	1.2501
알칼리/복합소재	289.27	31.5	1.7757

[제올라이트13X와 알칼리금속/복합소재의

CO2 파과시간 및 흡착 용량]

- 알칼리금속/복합소재에 대한 소각로 운전조건에서의 CO2 흡착성능 영향성 조사

- NOx 및 CO, 회분, 선속도에 대한 CO2 흡착성능 영향성 평가를 수행하여 알칼리금속/복합소재의 소각로 운전조건을 고려한 알칼리금속/복합소재의 기초성능 평가자료 확보

< 기대성과 >

○ 환경적 효과

- 일일 100톤 규모 산업폐기물 소각시설 적용시 CO2 배출량의 80% 포집회수가 가능하여   연간 21,000톤 감축 예상

○ 경제적 효과

- 산업폐기물 소각시설의 CO2 감축량을 탄소배출권 거래금액 3만원/톤으로 환산할 경우 연간 6.24억원의 거래 수익 발생

○ 사회적 효과

- 폐기물 부문의 국가산업단지의 온실가스 배출량 저감목표 달성과 자원순환사회 촉진 및 폐기물 에너지화 확대 가능

○ 기타 성과

- 특허출원 1건『폐기물 소각시설의 이산화탄소 배출저감을 위한 흡착소재 제조방법』 (10-2022-0173813)