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가연성 생활폐기물의 시멘트 공정 대체 연료 활용 확대 방안 연구

요약

목차
01 연구개요 24
 1. 연구 배경 및 목적 24
 2. 연구 방법 및 범위 27
  2-1. 연구 방법 27
  2-2. 연구 범위 28
02 국내 가연성 생활폐기물 동향 30
 1. 국내 가연성 생활폐기물 발생 및 처리 현황 30
 2. 국내 가연성 생활폐기물 발생 및 처리에 따른 온실가스 배출량 산정 37
03 시멘트산업 동향 46
 1. 국내 시멘트산업 폐기물 활용 현황 46
 2. 국외 시멘트산업 폐기물 활용 동향 53
  2-1. 유럽연합(EU) 53
  2-2. 일본 61
04 종합평가를 위한 표준운영절차 도출 66
 1. 폐기물 대상 표준운영절차 도출 66
  1-1. 환경성 평가 67
  1-2. 연료 가치 평가 75
 2. 시멘트 대상 표준운영절차 도출 79
  2-1. 환경성 및 건강 위해성 평가 79
  2-2. 품질 평가 84
 3. 종합 표준운영절차 도출 92
05 서울시 배출 폐기물 적용 시멘트 생산 및 평가 100
 1. 대상 폐기물 선정 100
  1-1. 서울시 재활용선별시설 현황 101
  1-2. 폐기물 샘플링 104
 2. 폐기물 및 유연탄 활용 시멘트 생산 107
 3. 표준운영절차 활용 종합평가 109
  3-1. 폐기물 대상 종합평가 109
  3-2. 시멘트 대상 종합평가 111
  3-3. 경제성 평가 115
  3-4. 환경성 평가 117
06 결론 120
 1. 결론 120
  1-1. 시멘트 공정 활용 가연성 폐기물 선정 120
  1-2. 분석 표준운영절차 제안 121
  1-3. 표준운영절차 기반 폐기물 및 시멘트 평가 122
  1-4. 폐기물 활용에 따른 경제성, 환경성 편익 분석 122
 2. 제언 123
  2-1. 향후 연구 제언 123
  2-2. 정책 제언 123
참고문헌 127
Abstract 130

표 목차
[표 2-1] 국내 폐기물 분류 및 설명 31
[표 2-2] ‘전국 폐기물 발생 및 처리 현황(2019)’ 통계자료 내 폐기물 분류 32
[표 2-3] 폐기물 분야 국가 온실가스 배출량(한국환경공단 자료 참고) 38
[표 2-4] 국내 종량제배출생활폐기물 구성 성분의 US EPA WARM 매칭 41
[표 2-5] 연도별 국내 종량제배출생활폐기물 구성 성분(2010~2019년) 42
[표 2-6] 연도별 국내 종량제배출생활폐기물 발생 및 처리에 따른 온실가스 배출계수 (2010~2019년) 43
[표 3-1] 시멘트 공정 활용 주요 순환자원 49
[표 3-2] 국내 시멘트업계 순환자원 재활용 현황 49
[표 3-3] 시멘트 공정 활용 폐기물 기준 51
[표 3-4] 국내 시멘트업계 생산 능력(2018년 기준) 52
[표 3-5] EU 순환경제패키지 주요 내용 53
[표 3-6] 시멘트 공정의 대체 연료 활용을 위한 가이드라인 55
[표 3-7] 유럽 내 개별 국가 시멘트 소성로 대체 연료 활용 폐기물 가이드라인 56
[표 3-8] 유럽 시멘트 소성로의 대체 연료 활용 폐기물 종류 57
[표 3-9] EU 시멘트산업 대체 연료 종류 58
[표 3-10] 독일 시멘트산업 대체 연료 현황(2016년) 60
[표 3-11] 일본 시멘트산업 순환자원 활용 현황 62
[표 4-1] 시멘트 소성로 대체 연료 국내 법적 기준 67
[표 4-2] 시멘트 및 폐기물 소각로 대기오염물질의 배출허용기준 71
[표 4-3] 일반 고형연료제품(SRF) 품질기준 77
[표 4-4] 일반 고형연료제품 품질기준항목별 평가 점수 및 등급 구분 기준 77
[표 4-5] 시멘트 소성로 관리개선 민·관 협의회 분석 결과(2008년, 환경부) 79
[표 4-6] NSF/ANSI 61-2020 내 중금속 용출 기준 80
[표 4-7] 대상 국가별 시멘트의 6가크롬 분석 방법 정리 81
[표 4-8] 국가별 시멘트의 6가크롬 시험방법 및 기준 82
[표 4-9] 건축자재의 오염물질 방출 기준 83
[표 4-10] 포틀랜드 시멘트의 품질 규격 85
[표 4-11] 분석 표준운영절차 전문가 의견 종합 92
[표 4-12] 산업계 전문가 주요 의견 및 반영 내용 94
[표 4-13] 학계 전문가 주요 의견 및 반영 내용 95
[표 4-14] 연구계 전문가 주요 의견 및 반영 내용 96
[표 4-15] 비영리 기관 전문가 주요 의견 및 반영 내용 96
[표 5-1] 2020년 기준 서울시 재활용선별시설 운영 현황 101
[표 5-2] 폐합성수지류 사용/미사용 공정 연료 사용 비율 107
[표 5-3] 분석 표준운영절차 기반 폐기물 분석 결과 (1) 109
[표 5-4] 시멘트 대상 품질 분석 결과 112
[표 5-5] 시멘트 대상 무기물질분석 (1) - XRF 분석 112
[표 5-6] 시멘트 대상 무기물질분석 (3) - SEM-EDS 분석 결과 113
[표 5-7] 시멘트 대상 중금속 함량 분석 114
[표 5-8] 시멘트 대상 실내공기오염물질 방출시험 결과 115
[표 5-9] 소각시설 운영비용 도출을 위한 추정 회귀식 116
[표 5-10] 매립시설 운영비용 도출을 위한 추정 회귀식 116
[표 5-11] 서울시 폐기물 활용에 따른 경제성 편익 분석 결과 117
[표 5-12] 서울시 폐기물 활용에 따른 환경성 편익 분석 결과 118

그림 목차
[그림 1-1] 시멘트 소성로의 고온 운영 25
[그림 1-2] 2018년 시멘트산업계 유연탄 대체율 25
[그림 1-3] 연구 수행 추진체계 27
[그림 2-1] 국내 폐기물의 분류 역사 30
[그림 2-2] 국내 폐기물 처리 흐름도 31
[그림 2-3] 국내 일반폐기물 발생 및 처리 현황(1995~2019년) 33
[그림 2-4] 국내 지정폐기물(의료폐기물 포함) 발생 및 처리 현황(1995~2019년) 34
[그림 2-5] 전국 생활폐기물 발생 및 처리 현황(2010~2019년) 35
[그림 2-6] 서울시 생활폐기물 발생 및 처리 현황(2010~2019년) 36
[그림 2-7] 국가 온실가스 통계구축 체계도 37
[그림 2-8] 국가 온실가스 통계(1990~2018년) 39
[그림 2-9] US EPA WARM 프로그램 입력창 (푸른색: 입력값) 40
[그림 2-10] 종량제배출생활폐기물로 배출되는 연도별 온실가스 배출량 43
[그림 2-11] 연도별 온실가스 배출량 증가율 44
[그림 2-12] 폐합성수지류, 온실가스 배출량 간 상관관계 44
[그림 3-1] 시멘트 공정에서 폐자원 활용 46
[그림 3-2] 시멘트 제조 공정에 따른 순환자원 47
[그림 3-3] 시멘트 소성로별 온도 구배 48
[그림 3-4] 시멘트산업 가연성 폐기물 반입 경로 51
[그림 3-5] 유럽 시멘트 공정 화석연료 대체율 현황 및 예측(2014년) 58
[그림 3-6] 유럽 시멘트산업 대체 연료 활용률과 매립률의 상관관계 59
[그림 3-7] 독일 시멘트산업 화석연료 대체율 현황(1987~2016년) 60
[그림 3-8] 일본 시멘트 생산량 및 폐기물 활용 현황(1990~2019년) 61
[그림 3-9] 일본 시멘트산업의 슬래그 활용 경향(2000~2018년) 63
[그림 3-10] 일본 시멘트산업의 석탄재 활용 경향(2000~2018년) 63
[그림 3-11] 일본 시멘트산업의 폐기물 대체 연료 활용 경향(2000~2018년) 64
[그림 4-1] 폐기물공정시험기준 내 중금속 용출 및 분석 방법 68
[그림 4-2] EPA 3051A 시험 방법 70
[그림 4-3] 연소관 공기법에 따른 S 및 Cl 함량 분석 방법 73
[그림 4-4] 연소관 공기법 시험 장치 모식도 73
[그림 4-5] 감마핵종 분석법에 따른 방사능 농도 분석 방법 75
[그림 4-6] 콘크리트 중금속 용출 시험 방법 80
[그림 4-7] KS L 5221:2017 시험방법 81
[그림 4-8] 소형 챔버 실험 장치 구성도 84
[그림 4-9] 블레인 공기투과장치 모식도 86
[그림 4-10] 비카트 장치 모식도 87
[그림 4-11] 시멘트의 산화마그네슘 함량 시험 방법 89
[그림 4-12] 시멘트의 삼산화황 함량 시험 방법 90
[그림 4-13] 시멘트 공정 내 대체 연료 활용을 위한 적정 분석 표준운영절차 최종본 97
[그림 5-1] 강북 재활용품 선별처리시설 폐기물 처리 흐름도 103
[그림 5-2] 재활용선별시설에서 배출되는 미선별폐기물 103
[그림 5-3] 중간가공업체 내 재활용선별시설 미선별폐기물 활용 현황 104
[그림 5-4] 서울시 재활용선별시설에서 배출되는 미선별폐기물 105
[그림 5-5] 분석 대상 폐기물(서울시 배출 폐기물) 105
[그림 5-6] 분석 대상 폐기물(시멘트 공정 활용 폐합성수지류) 106
[그림 5-7] 시멘트 소성 공정에서 폐합성수지류 활용 108
[그림 5-8] 분석 표준운영절차 기반 폐기물 분석 결과 (2) 110
[그림 5-9] 시멘트 대상 무기물질 분석 (2) - XRD 분석 결과 113
[그림 5-10] 시멘트 대상 방사능 분석 결과 114