[공학저널 전수진 기자] 최근 정부의 환경보호 정책 강화로 환경시설에 대한 수요는 점차 증가하는 추세다. 특히 질소산화물 배출허용기준은 대기환경보전법 수립 기간인 5년 주기마다 강화되고 있으며, 2020년 질소산화물 기본배출부과금제도 시행으로 기업들은 대응이 필요한 실정이다.
질소산화물(NOX)은 대표적인 환경오염물질로 석유, 석탄, 가스 등 모든 연료의 연소과정에서 발생한다.
특히 소각로나 발전소에서 다량으로 발생하는 질소산화물의 대기 중 배출을 줄이기 위해 많은 노력이 이뤄지고 있지만, 현재까지 기업들은 소요되는 비용이 매우 높은 후처리(SCR 설비 등)에 의존해 처리하고 있다.
SCR의 경우 환원제로 사용되는 암모니아수와 요소의 가격이 만만치 않고, 질소산화물의 환원반응이 가능한 온도까지 냉각된 배기가스를 상승시키는데 적지 않은 에너지 비용이 추가된다는 한계가 있다.
이미 생성된 질소산화물은 많은 노력과 비용을 투입한 후에야 대기 중으로의 배출을 줄일 수 있기 때문에, 생성되기 이전 질소산화물의 연소과정에서 원천적으로 생성을 줄이는 방법에 대한 연구가 진행돼 왔으며 현재도 집중적인 연구 대상이다.
이에 국내 최초로 중·소형 소각시설에 고온의 연소가스를 재순환시키는 방식(고온 FGR설비)을 개발·상용화해 환경신기술과 혁신제품을 획득한 ㈜대경에스코는 질소산화물 배출을 저감하는 기술검증이 완료된 한국형 소각공법을 보유한 기업으로 주목받고 있다.
고온 FGR 연소방식 기술은 연소실 내부에 900℃ 이상의 고온 연소가스를 재순환(고온 FGR, Flue Gas Recirculation)시켜 상온의 연소용 공기와 혼합함으로써 공기 중의 산소를 희석해 분산시키고 공기를 순간적으로 예열해 연소반응을 일으키는 방식이다.
확산화염의 과농도 산소 영역에서 형성되는 화염대의 고온 출현을 억제해 화염의 온도를 하향 균일화하는 동시에 산소농도가 낮은 상태에서도 연소반응성을 유지시켜 안정된 화염을 형성하고, NOx의 저감과 클린커의 생성을 방지한다는 점에서 특징을 갖고 있다.
특히 일반적인 생활폐기물 소각 시 발생 된 질소산화물은 SNCR(선택적 비촉매 환원법) 설비 또는 SCR(선택적 촉매환원법) 설비를 통해 탈질반응을 거쳐 제거된다.
이 때문에 질소산화물의 배출량이 많을수록 요소수 및 촉매 등의 사용이 많아지며 운영비 또한 높아지기 때문에 질소산화물 발생량 자체를 줄이는 것이 관건이라고 할 수 있다.
이에 대경에스코의 생활폐기물 소각시설은 환경신기술 고온 FGR설비 적용으로 Thermal NOx 발생을 최소화해 질소산화물 배출농도를 감소시킴과 동시에 약품의 사용량도 낮췄다.
고온FGR설비를 적용해 낮은 약품 사용량으로 비교적 적은 양의 질소산화물을 안정적으로 배출하고 있으며, 소각시설 정기 보수기간을 점검·관리를 통해 FGR설비의 성능을 유지하고 있다.
대경에스코 오창호 전무(사진)는 “당사의 기술은 고온 FGR MILD(Moderate and Intense Low Oxygen Dilution) 연소를 적용한 소각기술로, MILD 연소기술은 간단한 구조만 추가하면 질소산화물을 줄이는 동시에 소각로의 내구성을 해치는 고착물이 생기지 않는 장점이 있다”며 “질소산화물 후처리에 막대한 비용을 지불하는 소각로, 발전소에 특히 효과가 높을 것으로 기대되며 그 적용을 확대해 나갈 것”이라고 말했다.
지난 2003년 설립된 대경에스코는 소각로 전문 환경 기업으로, 폐기물 소각시설·연화장시설, 대기오염 방지시설, 폐기물 연료화 설비와 자원재활용시설 등 분야에서 오랜 기간 활약해 왔다. 소각로 기술과 시장을 개척, 중형 소각로 600여기를 비롯해 전국 1600여기 소각로를 보급했다.
특히 대경에스코는 경쟁사의 저온 FGR방식과 차별화된 국내 유일의 환경신기술 획득을 바탕으로 고온 FGR 방식과 SNCR 등 처리공정을 통해 질소산화물을 안정적으로 처리해 주목받았다. 이와 함께 강화되는 환경제도와 대기배출 부과금에 대한 대응방안으로 손꼽히며, 고온 FGR 시스템을 통해 약품비 또한 약 30% 이상 절감하는 효과를 보이고 있다.
대경에스코가 자랑하는 기술은 또 있다. 미활용 바이오매스 활용 화석연료 대체 신재생에너지 생산기술이 그것이다.
현재 유럽 국가들은 신재생에너지 중 가장 많은 부분을 바이오매스 에너지로 충당하고 있으며 관련 규정을 강화해 신재생에너지 사용 의무화를 진행 중에 있다. 그러나 국내의 경우 바이오매스 자원 이용이 한정적이며, 기술력 부족으로 인해 바이오매스를 활용한 에너지 생산 기술이 미비한 실정이다.
이에 대경에스코에서는 바이오매스의 열화학적 변환공정 중 하나인 급속 열분해기술을 이용해 20ton/day급의 바이오매스 급속열분해 공정을 지난 2021년 구축 완료했다. 이를 통해 목질계 바이오매스를 원료로 열분해오일을 생산 중이다.
오 전무는 “열분해오일은 수분함량, 미세입자 함유량 및 pH 등의 연료로서의 불리한 요소에도 불구하고 고체상인 목재연료에 비해 연소효율이 높으며, 저장 및 수송에 용이한 장점이 있다”며 “탄소중립, 친환경 신재생 대체연료로의 이용 가능성이 입증돼 유럽을 포함한 선진국에서 보일러 등의 연소시설에 이용되고 있으며, 고도 정제를 통해 수송용 연료로도 사용될 수 있다”고 설명했다.
이러한 급속열분해 기술은 목질계 바이오매스를 열분해해 기존 고체상인 목재에 비해 에너지 밀도와 연소효율을 높이고 저장 및 수송이 용이한 고품질의 연료를 생산하는 기술로, 대경에스코에서는 유동사를 사용해 바이오매스를 급속열분해 시키는 BFB(Bubbling Fluidized Bed) 타입의 열분해 반응기를 자체 개발했다. 지난 2010년 기술개발을 시작해 1ton/day급의 Pilot 공정을 거쳐 현재 국내 최대 규모인 20ton/day 실증화급의 열분해 공정을 구축, 운용 중에 있다.
20ton/day급의 실증화공정에서는 목질계 바이오매스를 원료로 투입되는 원료의 무게대비 60%이상의 열분해오일을 생산하고 있으며, 이는 선진국의 기술과 동급의 열분해오일 생산수율을 가지고 있다.
오 전무는 “대경에스코 소각기술은 후처리설비에 의존하는 질소산화물 처리를 연소단계에서 원천적으로 저감할 수 있는 폐기물 소각의 기술적 선진화를 이뤘다”며 “사회적 이슈로 대두되는 초미세먼지의 전구물질인 질소산화물의 원천적 저감기술 개발로 사회적 이슈에 대응한 것은 물론 세계시장 확대를 위한 국내 친환경 소각시설의 보급 활성화를 이룬 것은 큰 성과”라고 말했다.
그는 이어 “질소산화물의 원천적 처리기술은 전적으로 후처리에 의존하고 있는 현재의 추세에 비추어 매우 경쟁력이 높은 기술로 평가받고 있으며, 수출 및 시장성 등 방면에서 매우 중요한 가치가 있다고 판단된다”며 “소각·대기·신재생에너지 등 분야 글로벌 경쟁력을 확보한 전문 기업으로 도약하기 위해 기술개발에 더욱 박차를 가할 것”이라고 덧붙였다.
