전문가 진단⑦-홍영기 ‘한국의 소각설비산업 현장을 말한다-열·화학적분해 가스화 가스원료 생산 시스템 상용화 기술

[환경경영신문]

전문가 진단⑦-홍영기 ‘한국의 소각설비산업 현장을 말한다

열·화학적분해 가스화 가스원료 생산 시스템 상용화 기술 검증 제안

연구개발, 상용화 보급 , 관련 특허 5개 등록

생산 가스 고품질화 (타르 1% 이하, 효율 75% 이상) 균질화 구현

가스화로를 입형/횡형 융합(특허)으로 실패율 제로화

필자가 현재까지 경험과 연구개발을 바탕으로 보유한 기술이 종전 실패한 기술과 달리 최적의 기술로서 실패 확률이 없는 실증 상용화의 성공 가능성을 확인하고자 한다. 이러한 기술이 성공적으로 상용화 보급될 경우는 폐플라스틱 등 가연성 쓰레기가 귀중한 에너지자원으로 화석연료의 대체에너지로 사용될 수 있는 최적화 기술로서 귀중한 자료로서 이에 대하여 상세히 기술하도록 하겠다. 이를 공개하는 이유는 이미 특허를 득한 기술로 이 분야 전문가로부터 공개 검증을 통해 공론화하고 실패 확률을 제로화하였다. 최적의 기술이 대한민국 기술로 보급되어 지구의 탄산가스 순환 사이클이 완성되어 온난화 문제가 해결되길 바램이다. 나아가 폐플라스틱으로부터 지구의 오염 문제를 완벽하게 해결하여 인류의 당면 과제인 지구의 환경을 개선 태초의 순환 사이클을 회복할 수 있도록 하기 위함이다.

제안하는 본 시스템은 수십 년간 경험이 축적된 입형·횡형로를 이용한 융·복합 접목 기술이다. 체계화된 이론과 검증된 상용화 기술을 바탕으로 시스템의 성공 가능 여부를 이론적으로 검증하고 전혀 문제가 없다고 판단했다. 융·복합 접목 기술을 실증상용화로 쓰레기 210톤/일급(SRF 100톤/일생산-8MWh 전력 생산)을 건설할 것을 본 Chapter에서 제안하고자 이에 대한 이론과 경험치 결과를 전문가 집단에게 상세히 공개하고자 한다. 또한 검증한 후 지구환경 개선과 인류공영의 새로운 장을 열기위해 새롭게 출발한 ’기후에너지환경부‘(2025.10.1.)가 인류의 숙원인 본 사업을 실증 상용화로 완성하길 바란다. 이에 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로 보급하여 지구환경을 개선하고 경제적 이익을 도모하여 쓰레기 문제 및 국제적으로 요구되는 탄소 중립 문제를 해결하기를 촉구한다.

본 자료는 30여 년간 상용화 공급, Pilot, Demo Plant 및 실증 상용화 연구결과치 등을 융·복합하여 완성한 것으로 더 이상의 연구개발이 필요 없이 실증 상용화를 실현할 수 있는 기술로 공급이 가능한 설계 자료들이다.

1. 재생연료(SRF, RPF, TDF 등) 열·화학적 재활용(청정 가스 원료) 시설(실증 상용화 PFD)

[산업, 해양. 건설, 생활 쓰레기중 가연성 연료 생산 가스린번엔진 분산 발전(8.3MWh) 목표]

2. 열·화학적분해 가스화 원료 생산, 린번가스엔진발전 3MWh 공정 및 허가증

3. 열·화학적분해 가스 원료 재활용(청정 가스 원료) 시설 적용시의 특장점

[친환경적으로 주민 수용성 문제 해결 및 스팀 발전의 2∽3배 전력 생산, 스팀플라즈마 사용 시 H2 농도 60 Vol% 이상으로 경제적 가치가 높고 쓰레기 및 지구의 온난화 문제를 동시에 해결이 가능]

4. 열·화학적분해 가스화 원료 재활용(청정 가스 원료) 시설 실용화 적용 검토 과정

[수십 년간 구사한 입·횡형열분해가스화로를 융·복하고 신기술 플라즈마 시스템 적용과 100여 년간 석탄 가스화 발전을 수행하고 있는 독일 린번가스엔진발전기를 접목 실패율 제로화 구현]

5. 열·화학적분해 가스화 원료 재활용(청정 가스 원료) 시설 실패 사례 및 보완 대책

[입형 가스화로 ⇒ 입·횡형가스화로 접목 사용, 스팀플라즈마로 개질 가스품질 향상 수소 증가]

6. 열·화학적분해 가스화 원료 재활용(청정 가스 원료) 시설 적용기술의 특성

[입형로와 횡형열분해 가스화로 융·복합 접목으로 가스효율 및 품질 극대화 – 창의성, 혁신성]

7. 열·화학적분해 가스화 원료 재활용(청정 가스 원료) 시설 적용기술 검증(신기술 214호)

[미분리 생활폐기물 처리, 공기 플라즈마를 이용 횡형열분해가스 용융로 가스 채취 분석자료 평균 1,329kcal/N㎥ 열량 충분 – SRF 스팀플라즈마 적용 시 균질가스 생산 가능 가스 발전 충족]

8. 열·화학적분해 가스화 원료 재활용(청정 가스 원료) 시설 적용기술의 특성

[동일 LAB에서 스팀플라즈마 가스화 특성 검증 – 스팀 주입 시 수소 농도 최고 4배 이상 증가하며 실제 스팀플라즈마를 응용하여 폐플라스틱 가스화 시 수소 농도 60Vol% 이상 생산 확인]

9. 열·화학적분해 가스화 원료 재활용(청정 가스 원료) 시설 적용기술의 특성

[플라즈마 가스화 용융 시 슬래그 재활용 – 시멘트만 배합으로 고강도 유지 가능 붉은 벽돌 수준]

10. 열·화학적분해 가스화 원료 재활용(청정 가스 원료) 시설 적용 대상 쓰레기

[해양, 산업, 생활, 건설, 가축분뇨 등 가연성 쓰레기 일체(요소/페놀수지 가능) 적용]

11. 열·화학적분해 가스화 원료 적용 플라스틱 발생량 및 판매 액과 수익성 예측(최소)

[상용화 공급 시 수요 예측 및 판매 수익 예측 – 최소 얘측으로 세계시장 수천 조원 이상]

12. 열·화학적분해 가스화 원료 적용 시스템 비교

[소형 또는 거듭 실패한 배치 건류식, 선회류 입형로와 본 시스템(특허)과의 비교]

13. 쓰레기 에너지 재활용 시스템 비교

[열·화학적분해 가스화 원료생산 VS 소각 연소 스팀 생산 발전 VS 유화 장치 오일 생산]

14. 플라즈마 가스화 실패 기술과의 비교

[적용 기술 횡형방식 VS 실패 기술 입형방식과의 비교 : 입형로는 바이오매스 등 소형은 가능 하나 폐프라스틱 등 다양한 쓰레기가 함유된 대용량의 경우 입형로 적용은 불가능함.]

15. 열·화학적분해 가스화 재활용(청정 가스 원료) 및 가스 발전 시설 검증

[폐프라스틱을 포함 해양, 산업, 건설, 생활 쓰레기 재생연료(SRF, RPF, TDF 등) 사용 조건 검토

자체 소모 SRF 연료 조건 사용 – 크기, 함수율, 불순물, 함량이 판매 시보다 규격 완화]

Note :

1. 소각로와 달리 열분해가스화로는 외부공기를 완전히 차단하여야 하므로 SRF 연료를 압축하여 공기를 퍼지 투입하여 외부공기 유입을 완전히 차단하고 최종 과열증기로 재차 퍼지함.

2. 열분해가스화에 요구되는 최소 공기를 최적 위치(고온 잔류카본 위치)에 투입하도록 다단 횡형계단식 램이송로를 채택, 현재 20여기 이상 가동한 실적을 응용 보완(외부공기를 최대한 차단)하고 적정 가열 공기를 공급 생산되는 가스를 고질화 함.(최대 MSW기준 125톤/일·기, 실적 보유)

3. 28톤/일·기 플라즈마가스화 용융 상용화 신기술 보유(연속가동 2년 10개월)한 시설의 가스 5회 측정 평균은 Vol%로 CO; 21.92, H2; 0.14, CO2; 5.52, CH4; 7.76 이였고 이것을 1329.2kcal/Nm3로 개질 후 정제하여 린번가스엔진발전기 요구조건에 충족하도록 보완 개선할 때 최대 1500kcal/Nm3 가능하다.

4. 스팀플라즈마로 폐플라스틱 열분해가스화 시 발생가스 성분 : Vol% CO; 25%≤, H2; 60%≤ (∴스팀플라즈마 개질 후 CO; 20%≤, H2; 40%≤ 는 무난히 달성할 수 있음)

5. 린번가스엔진발전은 현재 국내에 50여 기 이상 공급되었으며 세계적으로 수천 기가 이미 상용화 보급되었으며 가스는 Vol% H2; 15%≤, 1100kcal/Nm3 이상, 타르 1mg/Nm3 이하, 가스 변동치 ±2%/30초 이내인 조건을 연속적으로 만족시키면 연속 가동 발전효율 보증한다.

마무리하며

이상 살펴본 바와 같이 가스화 린번가스엔진발전의 실패는 가스화로 문제이며 주된 원인이 ①가스질이 낮고, ② 일정한 품질로 연속가동 하는데 문제가 있으며, ③ 운영의 경제성(Westinghouse Plasma Corp.)등이 문제라고 파악된다. ① ②의 문제는 전적으로 System의 문제이며 ③ 항의 경제성 문제는 System의 최적화가 이루어진다고 하더라도 국가적으로 정책이 뒷받침되지 않고는 근본적으로 해결할 수가 없다. 이러한 점을 고려하여 이 분야 전문가들은 다가적으로 검토하여 근본적으로 쓰레기 문제와 지구의 온난화 문제를 동시에 해결할 수 있는 최적 기술이 상용화될 수 있도록 협의하기를 제안 한다.

필자는 2020년도에 새로 시행된 “국가연구개발혁신법”에 의거 본 기술과 관련한 연구개발 과제를 2022년도에 기획에 참여한 경쟁업체와 경쟁하였다. 60억 원의 기획과제를 기획 목표(실용화 불가로서 기획 자체가 문제 있음) 보다 훨씬 높은 목표를 설정 (실용화 가능 목표치로 제안) 제안하여 수주했다. 1차 년도(7개월) 성과 목표를 100∼140%를 달성(특허 3건 등록)하였으나 윤리 도덕관이 문제 있는 일탈한 범죄 허위 제보자 연구원에 의해 음해를 받아 중지되었다. 해당 중앙행정기관은 제보 내용을 규정에 의거 처리하지 않은 전문기관을 두둔하고 필자가 수주한 과제보다 목표치가 훨씬 낮은(투입 용량 2/3정도로 작고, 발생가스 효율이 10% 이상 낮은 등) 과제를 100억 원에 공모(목표까지 고려해 볼때 2배 이상 개발비가 높음)하여 수행 중으로 상식적으로 이 분야 전문가로서 납득할 수가 없다. 이는 정부기관(산업통상자원부)의 일탈·남용으로 과제가 중지된 것으로 현재 소송 중에 있으나 이러한 사정을 잘 모르는 재판부가 국익과 대의를 우선하여 법리의 원칙에 따라 투명하고 공정하게 판결할 것인가? 가 의심되며 중요한 쟁점으로 남아있다.

※ 필자가 연구책임자로 수행중인 과제(RFP/제안 선정)와 2년 늦게 공고 수행과제의 비교표

이제부터는 이 모든 사항을 새롭게 출발하는 ’기후에너지환경부‘에서 관장하여 투명하고 공정하게 실제 실증 상용화 개발보급이 이루어져 폐플라스틱을 포함한 쓰레기 및 온난화 문제를 해결, 지구환경을 개선하고 국익을 도모하고 나아가 인류 공영에 이바지하도록 총력을 기할 수 있기를 기원한다.

이러한 것은 정부기관이 당연히 해야할 일이지만 이 분야 관련 전문가들이 사심 없이 투철한 국가관과 에너지환경 전문가로서 자긍심을 가져야 한다. 자신의 역량을 헤아리고 대의적 차원에서 문제를 통찰하고 서로 협력하여 최선의 방안을 도출하여야 하는 자세에서 출발하여야 성공할 수 있다고 확신한다.

이러한 차원에서 그동안 미천한 경험을 토대로 문제점을 지적하고 제안한 것을 해당 정부 관계자들이 문제점을 파악 지적하기를 바란다. 나아가 이해관계자, 전문가, 일반시민이 참여하는 평가 집단에서 공론화하여 최적의 해결 방안이 도출되어 세계적 골칫거리인 지구 환경 문제를 위대한 대한민국의 기술로 해결할 수 있는 계기가 되기를 기원한다.

끝으로 산소버너와 스팀플라즈마를 이용한 가스화 시스템을 비교 검토하여 보겠다.

현재 일산 가스화용융로 시스템, Thermoselect System은 산소버너를 이용하는 것이며, 모 연구원에서 산소 버너를 이용 석탄 가스화하여 수소가스를 생산하는 Demo Plant를 연구 개발하는 중이며 이에 대해 이론적으로 비교 검토하면 다음과 같다. “① 산소 버너를 이용한 시스템”은 현재 개발 중인 자료를 제공받은 것이며 “② 스팀플라즈마 응용 시스템”은 필자의 소유 기술로 이론적 계산에 의한 것이므로 다소 차이는 있겠으나 크게 변동은 없을 것이다.

※시스템 비교(순산소 버너를 이용한 시스템 VS 스팀플라즈마 응용 시스템)

상기 표와 같이 순 산소 버너보다 스팀플라즈마를 이용하는 것이 경제성이 훨씬 높고 안정성 등에도 스팀플라즈마가 월등함으로 순 산소 버너보다는 스팀플라즈마를 이용함을 권고한다.

7회에 걸쳐 진단/상용화 제안을 마치면서 이 장을 마련하여 준 환경경영신문 김동환 박사, 감수(監修)하여 주신 권영배 박사께 감사드린다.

또한 그동안 관심있게 지켜보아 주신 모든 분들께 다시 한번 감사를 드리며 병오년 새해엔 모두 협력하여 선을 이루는 한해, 모든 분들이 소망을 이루시는 대망의 새해가 되시기를 기원한다. 

*전문가 진단-홍영기 한국의 소각설비산업 현장을 말한다는 7회에 걸쳐 기획시리즈로 연재했다. 평생 소각전문기업인으로 활약하고 있는 필자의 전문성을 그대로 반영했으며 반론이나 관련된 의견이 있을 경우 필자와의 전문적인 논쟁의 장도 마련하고자 한다.

(환경경영신문 https://ionestop.kr/ 홍영기 소각분야 전문가)