에너지 낭비

Waste-to-energy
기계에서 낭비되는 에너지는 폐열을 참조하십시오.
스피텔라우 소각장은 비엔나에서 지역난방을 제공하는 여러 공장 중 하나이다.

폐기물-에너지(WtE) 또는 폐기물 에너지(EfW)는 폐기물의 1차 처리 또는 폐기물을 연료원으로 처리하는 과정에서 전기 및/또는 열의 형태로 에너지를 생성하는 과정입니다.WTE는 에너지 회수의 한 형태입니다.대부분의 WtE 공정은 연소를 통해 직접 전기 및/또는 열을 발생시키거나 메탄올, 메탄올, 에탄올 또는 합성 [1]연료와 같은 가연성 연료 상품을 생산합니다.

역사

최초의 소각로 또는 "파괴자"는 1874년 영국 노팅엄에 알프레드 프라이어의 [2]설계에 따라 Manlove, Alliott & Co.에 의해 지어졌다.

최초의 미국 소각로는 1885년 뉴욕 [3]거버너스 섬에 지어졌다.

덴마크 최초의 폐기물 소각로는 1903년 프레데릭스버그에 [4]지어졌다.

체코의 첫 시설은 1905년 브르노에 [5]지어졌다.

가스화와 열분해 과정은 수세기 동안 알려져 왔고 18세기 초에 석탄에 사용되었습니다.[잔존 고형 혼합 폐기물]을 처리하는 개발 기술은 보다 효율적인 에너지 회수를 추구한 최근 몇 년 사이에야 주목의 대상이 되고 있다.(2004년)

방법들

소각

주요 기사:소각

에너지 회수를 수반하는 폐기물과 같은 유기 물질의 연소인 소각은 가장 일반적인 WtE 구현입니다.폐기물(잔존 MSW, 상업용, 산업용 또는 RDF)을 소각하는 OECD 국가의 모든 신규 WtE 공장은 질소산화물(NOx), 이산화황(SO2), 중금속 및 다이옥신을 포함하여 엄격한 배출 [7][8]기준을 충족해야 합니다.따라서, 현대의 소각 시설은 에너지나 물질을 회수하지 못한 구형과 크게 다르다.현대식 소각로는 재활용을 [4]위한 금속과 같은 물질의 성분과 회수 정도에 따라 원래 폐기물의 양을 95-96%까지 줄입니다.

소각로는 미세 입자, 중금속, 미량 다이옥신 및 산성 가스를 배출할 수 있지만, 최신 소각로에서는 이러한 배출량이 상대적으로[9] 낮습니다.다른 우려 사항으로는 유해 폐기물 처리 시설에서 처리해야 하는 독성 비산재 및 [10]소각로 바닥재(IBA)의 적절한 잔류물 관리가 포함됩니다.

비평가들은 소각로들이 귀중한 자원을 파괴하고 재활용 [10]장려금을 줄일 수 있다고 주장한다.그러나 가장 많이 재활용하는 유럽 국가(최대 70%)도 매립을 [11]피하기 위해 소각하기 때문에 문제는 해결되지 않은 것이다.

소각로의 전기 효율은 14~28%[10]입니다.나머지 에너지 손실을 방지하기 위해 지역난방(열병합발전)에 사용할 수 있습니다.열병합 소각로의 총 효율은 일반적으로 80% 이상입니다(폐기물의 낮은 가열 값에 근거함).

도시 고체 폐기물(MSW)을 변환하는 소각 방법은 비교적 오래된 WtE 발생 방법입니다.일반적으로 소각은 폐기물(잔존 MSW, 상업용, 산업용 및 RDF)을 태워서 물을 끓이는 과정을 수반한다. 이 물은 가정, 기업, 기관 및 산업에 사용되는 전기 에너지와 열을 발생시키는 증기 발생기를 작동시킨다.관련된 문제 중 하나는 오염물질이 보일러의 연도 가스와 함께 대기로 유입될 수 있다는 것입니다.이 오염물질들은 산성일 수 있으며 1980년대에 비를 산성비로 바꾸면서 환경 악화를 일으킨다고 보고되었다.현대식 소각로에는 조심스럽게 설계된 1차 및 2차 연소실과 가능한 한 낮은 배출량으로 완전히 연소되도록 설계된 제어된 버너가 포함되어 있어 경우에 따라서는 연막 위에 석회 스크러버와 정전식 침전기를 설치할 필요가 없습니다.

연기가 기본 석회 스크러버를 통과함으로써 연기 속에 있을 수 있는 모든 산이 중화되어 산이 대기에 도달하여 환경을 해치는 것을 방지합니다.섬유 필터, 원자로 및 촉매와 같은 다른 많은 장치들은 다른 규제된 오염 [12]물질을 파괴하거나 포획한다.뉴욕타임스에 따르면 현대식 소각장은 너무 깨끗해 "현재 가정 난로와 뒷마당 바비큐에서 소각보다 몇 배 더 많은 다이옥신이 방출된다.독일 환경부에 따르면 "엄격한 규제 때문에 폐기물 소각장은 다이옥신, 먼지,[14] 중금속 배출량 면에서 더 이상 의미가 없다"고 한다.[13]

다른 에너지 기술에 비해 소각은 높은 전력 생산 효율, 낮은 투자 비용, 낮은 배출율로 인해 가장 매력적인 것으로 보인다.또한 소각은 [15]직접 연소를 통해 매립지의 폐기물 더미를 줄일 수 있는 최대 용량의 전력을 생산합니다.

플라스틱 연료

플라스틱 폐기물 축적으로 인한 오염과 대체 연료 공급원의 필요성 등 주요 환경 문제를 해결하기 위한 것이다.플라스틱을 연료로 변환하는 과정은 열분해이다.불활성 대기 중의 매우 높은 온도에서 물질의 열분해입니다.화학 조성의 변화를 수반하며 주로 유기물 처리에 사용됩니다.대규모 생산에서는 플라스틱 폐기물을 분쇄하여 용융 공급한 후 열분해 과정을 거친다. 촉매변환기는 그 과정을 돕고 고분자의 분자 재배열 과정을 거친다. 증기는 기름이나 연료로 응축되어 침전 탱크에 축적되고 여과된 연료는 균질화 후에 얻어진다.n 및 자동차 및 기계에 사용할 수 있습니다.그것은 보통 [16]서모퓨엘 또는 플라스틱에서 나오는 에너지로 불린다.

다른.

폐기물과 다른 연료로부터 직접 연소하지 않고 에너지를 생산할 수 있는 새로운 기술들이 많이 있습니다.이러한 기술들 중 많은 것들이 직접 연소에 의해 가능한 것보다 같은 양의 연료로부터 더 많은 전력을 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.이는 주로 변환된 연료에서 부식성 성분(회분)이 분리되기 때문에 보일러, 가스 터빈, 내연기관, 연료전지 등의 연소 온도가 높아지기 때문입니다.일부는 에너지를 액체 또는 기체 연료로 효율적으로 변환할 수 있습니다.

열분해 공장

열처리 테크놀로지:

매립 가스 수집

비열 테크놀로지:

글로벌 전개

2001-2007년 동안 폐기물 대 에너지 용량은 연간 약 400만 미터톤 증가했다.

일본과 중국은 각각 직접 제련 또는 고체 폐기물의 유동층 연소를 기반으로 여러 개의 공장을 지었다.중국에는 2016년 초에 약 434개의 폐기물 에너지 발전소가 있었다.일본은 도시 고형폐기물 열처리를 가장 많이 하는 나라로 4000만t을 보유하고 있다.

최신 공장 중 일부는 스토커 기술을 사용하고 다른 공장들은 첨단 산소 농축 기술을 사용한다.직접 제련, Ebara 유동화 공정 및 Thermoselect JFE 가스화 및 용해 기술 [17]공정과 같은 비교적 새로운 공정을 사용하는 여러 처리 공장이 전 세계에 존재합니다.

2014년 6월 현재, 인도네시아는 총 93.5MW의 폐기물 대 에너지 용량을 보유하고 있으며, 다른 준비 단계의 프로젝트 파이프라인을 합치면 373MW의 [18]용량을 추가로 보유하고 있습니다.

콜로라도주 덴버의 바이오 연료 회사는 2008년 7월 네브래스카주 우드 리버와 미네소타주 페어몬트에 두 개의 새로운 바이오 연료 공장을 열었다.이 공장들은 증류를 사용하여 자동차와 다른 엔진에 사용할 에탄올을 만든다.두 발전소 모두 현재 90% 이상의 용량으로 가동되고 있는 것으로 보고되고 있다.캘리포니아 플레전튼에 위치한 풀크럼 바이오에너지는 NV 리노 근처에 WtE 공장을 건설하고 있습니다.이 발전소는 시에라 바이오 연료 공장이라는 이름으로 2019년에 문을 열 예정이다.바이오 에너지사는 이 발전소가 연간 [19]약 20만 톤의 MSW로부터 에탄올을 생산하게 될 것으로 예측하고 있다.

폐기물 에너지 기술에는 폐셀룰로오스나 유기물질을 사용하여 바이오매스를 흡수하고 에탄올을 생성할 수 있는 발효가 포함됩니다.발효 공정에서 폐기물의 당은 와인을 만드는 일반적인 공정과 마찬가지로 이산화탄소와 알코올로 변환된다.일반적으로 공기가 없는 상태에서 발효가 발생합니다.

에너지 기술에 폐기물을 이용해 에스테르화를 할 수도 있으며, 그 결과 바이오디젤이 생성된다.에스테르화의 비용효과는 사용되는 공급원료 및 운송거리, 공급원료에 존재하는 오일량 등 기타 [20]모든 관련 요인에 따라 달라집니다.가스화 및 열분해는 현재 총 열 변환 효율성(연료 대 가스)이 최대 75%에 달할 수 있지만, 연료 변환 [6]효율 측면에서는 완전 연소가 우수합니다.일부 열분해 공정은 가스화 공정에서 공급될 수 있는 외부 열원을 필요로 하므로 결합 공정이 자급자족할 수 있습니다.

이산화탄소 배출량

열 WtE 기술에서는 폐기물의 거의 모든 탄소 함량이 이산화탄소2(CO)로 대기 중으로 배출됩니다(열분해 및 가스화로 인한 제품의 최종 연소를 포함할 경우, 비료용 바이오차르 생산 시 제외).도시 고체 폐기물(MSW)은 CO 자체(27%)와2 거의 동일한 질량 비율을 포함하고 있으므로 MSW 1톤(1.1숏톤)을 처리하면 약 1톤(1.1숏톤)의2 CO가 생성됩니다.

폐기물이 매립된 경우, 1톤(1.1 쇼트톤)의 MSW는 폐기물의 생분해성 부분의 혐기성 분해를 통해 약 62입방 미터(2,200 cuft)의 메탄을 생성합니다.이 양의 메탄은 지구 온난화 잠재력이 연소에 의해 생성되었을 1미터 톤(1.1 쇼트 톤)의2 CO보다 두 배 이상 높습니다.일부 국가에서는 대량의 매립 가스가 수집된다.그러나 매립가스가 대기로 방출되는 지구온난화 가능성은 여전히 존재한다.예를 들어 1999년 미국에서는 매립지 가스 배출량이 [21]연소에 의해 배출되는 CO의2 양보다 약 32% 더 많았다.

또한, 거의 모든 생분해성 폐기물은 바이오매스입니다.즉, 그것은 생물학적 기원을 가지고 있다.이 물질은 지난 성장기 동안 일반적으로 대기2 중 CO를 사용하는 식물에 의해 형성되었다.만약 이러한 발전소가 다시 자라난다면, 그들의 연소에서 배출되는 CO는2 다시 한번 대기로부터 배출될 것이다.

이러한 고려사항은 여러 국가가 폐기물의 바이오매스 부분의 WtE를 재생 [22]에너지로 관리하는 주된 이유이다.나머지, 주로 플라스틱 및 기타 석유 및 가스 파생 제품은 일반적으로 비재생품으로 취급됩니다.

바이오매스 분율 측정

MSW는 종이, 골판지, 목재, 천, 음식물 찌꺼기 등 생물학적 기원이 대부분이다.일반적으로 MSW의 에너지 함량의 절반은 바이오제닉 물질에서 [23]나옵니다.따라서 이 에너지는 폐기물 [24]투입량에 따라 재생 에너지로 인식되는 경우가 많다.

폐기물 연료의 바이오매스 분율을 결정하기 위해 유럽 CEN 343 작업 그룹에 의해 여러 가지 방법이 개발되었다. 예를 들어, 폐기 파생 연료/고체 회수 연료.처음 개발된 두 가지 방법(CEN/TS 15440)은 수동 분류 방법과 선택적 용해 방식이었다.이 두 가지 방법에 대한 상세한 체계적 비교는 [25]2010년에 발표되었다.각각의 방법들이 바이오매스 분율을 적절하게 특성화하는 데 한계를 겪었기 때문에, 두 가지 대체 방법이 개발되었습니다.

첫 번째 방법은 방사성 탄소 연대 측정의 원리를 사용한다.탄소 14 방법을 설명하는 기술 검토(CEN/TR 15591:2007)는 2007년에 발표되었다.탄소연대측정법의 기술표준(CEN/TS 15747:2008)은 [needs update]2008년에 발표되었습니다.미국에서는 ASTM D6866 표준법에 따라 이미 동등한 탄소14 방법이 있다.

두 번째 방법(이른바 밸런스 방법)은 WtE 공장의 재료 구성과 운전 조건에 대한 기존 데이터를 사용하고 수학-통계 [26]모델을 기반으로 가장 가능성이 높은 결과를 계산한다.현재 밸런스 방식은 오스트리아 3곳과 덴마크 8곳에 설치돼 있다.

스위스의 3개 대형 소각장에서 실시한 두 방법을 비교한 결과,[27] 두 방법 모두 동일한 결과가 나왔다.

탄소14는 폐기물의 바이오매스 비율을 정밀하게 판정할 수 있으며 바이오매스 열량도 판정할 수 있다.영국의 재생가능 의무 인증서 프로그램과 같은 녹색 인증서 프로그램에서는 열량을 결정하는 것이 중요합니다.이 프로그램들은 바이오매스에서 생산되는 에너지에 따라 인증서를 수여한다.영국의 재생 에너지 협회가 의뢰한 연구 논문을 포함한 여러 연구 논문은 탄소 14 결과를 바이오매스 열량 계산에 어떻게 사용할 수 있는지를 보여준다.영국 가스 및 전기 시장 당국 Ofgem은 2011년 재생 에너지 [28]의무 관리 하에 폐기물 공급 원료의 바이오매스 에너지 함량을 결정하는 방법으로 탄소 14의 사용을 승인하는 성명을 발표했다.FMS(Fuel Measurement and Sampling) 앙케이트는 그러한 [29]제안을 고려할 때 그들이 찾는 정보를 설명한다.

환경 정의

The New School의 Tishman Environment and Design Center가 Global Alliance for Surnotor Alliance(GAIA)에 의뢰한 2019년 보고서에 따르면 당시 미국 내 73개 운영 폐기물 에너지 시설 중 79%가 저소득 지역 및/또는 유색인종 지역에 위치하고 있는 것으로 나타났다.더 하얗고 부유한 지역사회가 산업용 용도와 유색인종을 [30]경계에서 제외할 수 있도록 허용한 구역법.캘리포니아 험볼트 주립 대학의 환경자원공학과 조교수인 신타나 버가라는 지역사회 단체가 그들의 지역 폐기물 에너지 시설에 적극적으로 반대하고 있는 펜실베니아 체스터에서, 지역사회 저항은 오염과 이러한 많은 사실 둘 다에 기초하고 있다고 말했다.시설은 커뮤니티의 투입 없이 커뮤니티에 배치되어 [31]있으며 커뮤니티에 아무런 이익도 없다.

주목할 만한 예

2019년 유엔 환경 프로그램 보고서에 따르면 유럽에는 589개, 미국에는 [32]82개의 WtE 발전소가 있다.Shooshtarian과 그의 대학들은 [33]호주의 에너지 활동에 대한 낭비를 검토했다.

다음은 WtE 발전소의 몇 가지 예입니다.

폐기물 소각 WTE 플랜트

액체 연료 생산 공장

현재 단일 공장이 건설 중입니다.

플라즈마 가스화 폐기물 에너지 발전소

주요 기사 : 플라즈마 가스화 상용화

미 공군은 플로리다 [39]헐버트필드에서 TPWES(Transportable Plasma Waste to Energy System) 설비(PyroGenesis 기술)를 테스트한 적이 있습니다.건설에 [40]740만 달러가 소요된 이 공장은 시운전 [41][42]3년도 채 되지 않은 2013년 5월 정부 청산 경매에서 폐쇄되고 매각되었다.첫 입찰가는 25달러였다.낙찰가가 확정되었다.

대형 발전소 외에도 가정용 에너지 폐기물 소각로도 존재한다.예를 들어, 피난처 드 사렌에는 가정용 폐기물 에너지 발전소가 있습니다.그것은 목화 가스화 보일러와 스털링 [43][44]모터를 조합하여 만들어진다.

호주.

Renergi는 서호주 콜리에서 열처리 공정을 사용하여 폐유기물을 액체 연료로 변환하는 시스템을 확대할 예정입니다.이 시스템은 시간당 1.5톤의 유기물을 처리할 것이다.이 시설은 매년 4,000톤의 도시 폐기물을 매립지에서 전용하고 농업 및 임업 사업에서 추가로 8,000톤의 유기 폐기물을 배출할 것입니다.레너기가 특허를 받은 '분쇄 열분해' 공정은 [45]산소가 제한된 환경에서 열을 가해 유기물질을 바이오차, 바이오가스, 바이오오일로 바꾸는 것을 목표로 하고 있다.

퍼스에서 남쪽으로 약 45km 떨어진 로킹엄 공업지구의 또 다른 프로젝트에는 연간 30만t의 도시, 산업, 상업 쓰레기로 4만가구에 전력을 공급할 수 있는 29MW의 발전소가 건설될 예정이다.사우스웨스트 인터커넥트 시스템에 전력을 공급하는 것 외에 발전소 생산량의 25MW는 전력 구매 계약에 [46]따라 이미 투입되었다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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추가 정보

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외부 링크

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