A Strategy for Upcycling Municipal Solid Waste - 이나현 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
도시 고형 폐기물은 유기물, 종이, 섬유, 플라스틱, 유리, 금속과 같은 다양한 물질로 구성된다. 도시 고형 폐기물의 양은 2025년까지 34억 톤으로 증가할 것으로 예측된다. 이 폐기물들은 보통 매립과 소각의 형식으로 처리가 되고 폐기물의 일부분만 재활용된다. 매립과 소각은 인간 건강 문제와 환경문제를 야기시킨다. 열분해는 폐기물을 가치화하고 처리하는 효과적인 방법이다. 이 논문에서는 도시 고형 폐기물의 대표 폐기물로 여겨질 수 있는 폐티백과 같은 일반폐기물의 처리와 가치화를 위해 이산화탄소를 이용한 열분해를 진행했다. 열분해 온도와 대기 종류 (질소와 이산화탄소)가 열분해 생성물의 조성과 수율에 미치는 영향을 확인했다. 열분해 온도와 대기의 변화는 열분해 생성물의 조성과 수율에 영향을 미친다. 온도가 증가함에 따라 질소, 이산화탄소 대기에서 모두 비응축성 가스의 수율은 증가하고 차 (char)의 수율은 감소한다. 이산화탄소는 열분해 생성물에 긍정적인 효과를 보여주었다. 열분해 가스에서 비응축성 가스의 수율이 증가했는데 특히 수소의 수율이 눈에 띄게 증가했다. 또한 이산화탄소 대기는 열분해 오일에서 페놀류, 벤젠 유도체, PAHs와 같은 환경오염물질의 생성을 막았다. 그뿐만 아니라 이산화탄소 대기가 산소물질의 형성을 감소시켰기 때문에 오일의 질이 상승했다. 이산화탄소 대기를 이용한 폐티백의 열분해로 만들어진 차 (char)는 석탄보다 높은 고위발열량 (26.8 MJ kg-1)을 가졌다. 이산화탄소를 열분해 대기로 사용하는 것은 환경관점에서 볼 때 긍정적인 효과를 가진다. 이산화탄소는 온실가스로 지구온난화와 기후변화의 원인이 된다. 질소 대기를 이용한 열분해와 비교하여 이산화탄소를 반응대기로 이용할 경우 비응축성물질에 들어있는 이산화탄소 가스를 재사용하게 되면 열분해 실험을 위한 추가적인 가스 공급이 필요하지 않게 된다. 또한 열분해 반응 후 이산화탄소의 배출을 줄일 수 있다. 열분해 가스에 포함된 이산화탄소가 재사용될 때 폐티백의 열분해는 폐티백의 소각과 비교하여 550만 톤의 이산화탄소를 줄일 수 있다. 만약 이산화탄소 가스가 재사용되고 열분해 생성물이 에너지를 생산하기 위해 사용된다면 이산화탄소 배출이 없는 에너지 자립 폐기물 처리 시스템을 구축할 수 있다. 이 연구는 일반폐기물의 가치화를 위한 열분해에 이산화탄소 활용의 효과를 입증하고 도시 고형 폐기물의 업사이클링을 위한 처리 방법으로 이산화탄소를 이용한 열분해를 제안한다.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :에너지시스템학과,2023. 2
Keywords: CO₂ utilization; Tea waste; Thermochemical process; Waste treatment; Waste valorization