자본주의의 발달에 따른 물질문명의 풍요는 필연적으로 많은 폐기물 양산을 수반하고, 각종 폐기물과의 동반관계는 ‘필요악’으로 인식되고 있다. 폐기물이라는 말 자체가 ‘골칫거리’라는 말이 나오는 이유이다. 더 이상 매립할 곳도 없는 실정에 처리하는 비용도 만만치 않고, 무엇보다 우리 사회의 골칫거리인 농촌 폐비닐, 어촌 폐어망 등 매년 농어촌에서 사용되고 난 후 버려지는 폐비닐 적재량은 약 4만 5천 톤으로 여의도 면적의 89배에 달하고 있다. 전국적으로 발생하는 폐플라스틱도 약 400만 톤으로 이중 120만 톤만 재활용되고 나머지는 매립 또는 소각, 적체되고 있는 실정이다. 이에 따른 사회적 비용은 더 이상 말할 필요가 없을 정도로 심각하다. 

 

2021년 환경부·한국환경공단에 따르면, ’20년 총 폐기물 발생량은 19,546만톤으로 전년 18,149만톤 대비 약 7.7% 증가했다. 건설폐기물이 44.2%로 가장 많았고, 사업장배출시설계폐기물 41.4%, 생활폐기물 8.9%, 사업장지정폐기물 2.9%, 사업장비배출시설계 2.7% 순으로 나타났다. 이렇게 발생한 폐기물을 처리하는 방법으로 재활용이나 매립, 소각 등으로 처리하는데, 자원 절약 및 환경보호를 할 수 있는 방법 중 하나가 소각처리이다. 

 

일반적으로 폐기물 소각처리는 폐기물을 불에 태워 기체 중에 고온 산화시키는 처리 방법이다. 폐기물 관리체계 중 중간처리 과정의 하나이며, 화학적 방법에 속한다. 무엇보다 폐기물을 땅에 묻는 것보다 부피는 95~99%, 무게는 80~85% 줄일 수 있고, 매립 공간을 절약할 수 있어 효과적이고 지속적인 폐기물 처리방법이다. 특히, 소각과정에서 열에너지가 회수되는 경제성을 지니고 있고 철저한 오염방지시설을 갖추고 있다면, 폐기물 적정처리는 물론 신재생에너지 생산의 역할을 할 수 있다. 

 

하지만 혐오시설로 꼽히는 소각로 설치에 대한 민원발생과 소각처리의 경우, 가열과정에서 다이옥신 등 각종 유해물질이 배출된다는 점 때문에 인식이 좋지 않았던 것도 사실이다. 폐기물관리법 제1조에도 폐기물의 발생을 최대한 억제하고 발생한 폐기물을 친환경적으로 처리함으로써 환경보전과 국민생활의 질적 향상에 이바지하는 것을 목적으로 하고 있다. 

 

가연성 고분자 폐기물 소각문제 ‘여전’

 

일반적으로 전세계 소각로는 초고온으로 코로나와 플라즈마가 발생할 수 있는 온도까지 올릴 수 있는 곳은 어디에도 없다. 때문에 엄청나게 발생하는 각종 산업폐기물을 소각하지 못하고 매립하고 있다. 이로 인해 가연성 고분자 폐기물인 폐타이어, 폐고무, 폐플라스틱, 폐비닐 등으로 인한 심각한 환경오염을 유발하고 있다.

 

이 중 폐타이어는 교통의 발달과 함께 단일품목으로는 가장 많이 발생하는 폐기물로, 처리가 사회문제까지 되고 있지만 현재 국내에서 그 처리에 채산성이 맞지 않아 발생량의 약 70% 이상이 매립 또는 방치되어 2차적인 환경오염을 유발하고 있다. 이러한 폐타이어 등의 가연성 고분자 폐기물을 처리하는 방법으로 소각방법이 많이 사용되고 있지만, 불완전 연소에 의해 다이옥신, 일산화탄소, 벤젠, 라돈, 퓨란 등 강한 독성으로 인해 폐기물을 소각하지 못하고 2차 오염을 감수하며 땅속에 매립하고 있는 문제가 있다.

 

이러한 시기, 폐기물관리법 제1조에 언급된 “발생한 폐기물을 친환경적으로 처리함으로써 환경보전과 국민생활의 질적 향상에 이바지하는” 폐기물 소각로가 개발되어 화제이다. 

 

이 기술은 세계 최초 물(水), 불(火), 바람(風)을 이용해 친환경적이면서 불완전 연소에 의한 다이옥신, 일산화탄소, 벤젠, 라돈 등 강한 독성가스가 발생하지 않는 것은 물론 열에너지 회수장치로 전기 등 신재생에너지를 생산할 수 있다. 

 

후단시설 등 경제성 떨어지는 소각로... 유해가스 소멸 어려움

 

전 세계 선진국의 수많은 연구원들은 폐기물 소각로 온도 1,500℃를 올리기 위해 오랜 기간 연구해 오고 있지만 아직까지 어느 곳에서도 성공하지 못했다. 세계 폐기물 소각 협정 온도는 일본이 800℃, 우리나라와 유럽이 850℃, 미국은 982℃로 정하여 폐비닐 등 생활 폐기물을 소각하고 있다. 때문에 전세계 소각 협정 온도를 기준으로 보아 1,100℃ 이상 소각로를 초고온 소각로로 인정하고 있다. 

 

현재, 폐기물 소각로 상황은 완전연소와 유해 물질을 80% 이상 소멸시키지 못해 산업폐기물을 땅속에 매립하고 있고, 생활폐기물 소각로에도 유해 물질을 완벽하게 처리하지 못해, 후단 시설로 여과 집진시설, 흡착탑 세정 집진시설 등 많은 후단 시설을 갖추고 있다.

 

실제, 폐기물을 소각하는 전세계 어디에도 1500℃ 초고온 인증과 완전연소, 다이옥신 검증 제로는 없다. 소각로 또한 제작설비가 여과장치 등이 필요해 많은 견적이 요구되는 상황이다. 

 

완전연소는 산소를 충분히 공급하고 적정한 온도를 유지시켜 반응물질이 더 이상 산화되지 않는 물질로 변화하도록 하는 연소를 말한다. 말 그대로 ‘꿈의 연소시스템’이다. 

 

완전연소는 우리생활에서도 자동차 배기가스에서 흔히 볼 수 있다. ‘불완전 연소’를 하면 배기가스가 많이 나오고, 연료도 많이 들어가지만, ‘완전연소’를 하면 배기가스가 나오지 않고 배기가스 배출장치에서 물이 나오고 연료도 적게 들어간다. 

 

40년 플랜트 등 현장경험 노하우 갖춘 박성진 대표, 세계최고 폐기물 소각로 ‘완전연소’ 꿈 이뤄

 

2002년 우리 축구 대표팀의 슬로건은 “꿈은 이루어진다”였다. 그리고 사상 첫 월드컵 4강 신화를 이끌었다. 20년이 지난 2022년 월드컵에선 “중요한 것은 꺾이지 않은 마음”이라는 슬로건으로 16강을 이끌었다. 사실, ‘완전연소’를 ‘꿈의 연소시스템’이라고 말하는 이유도 여기에 있다. 쉽지 않기 때문이다. 

 

우리 축구대표팀이 해냈듯 꿈의 연소시스템인 완전연소를 우리 기업이 해냈다. 꺾이지 않는 마음으로 폐기물 소각로의 완전연소 실현을 위한 개발에 집중한 바로 (주)신화하이테크 박성진 대표이사이다. 

 

박성진 신화하이테크 대표가 폐기물 소각로의 완전연소의 꿈을 이룬 것은 우연은 아니다. 세상 어디에서도 후단시설 없이 연소실 과정에서 자체열원으로 다이옥신 0.000%와 완전연소를 이뤄낸 곳이 없는 가운데, 40년 플랜트 등 현장경험 노하우를 바탕으로 한 박성진 대표가 성공했다.  

 

폐기물 소각로 세계최초 초고온 1800℃ 이상... 유해물질 0% 가깝게 배출

 

신화하이테크에서 개발한 고분자 및 산업 폐기물 완전연소 소각장치(특허출원 제 10-2022-0023513호/이하 ‘초고온 산업폐기물 소각로’)의 핵심은 ‘물’ ‘불’ ‘바람’이다. 

 

초고온 산업폐기물 소각로는 라운딩 기술로 세계최초 1,800~2,000℃ 이상의 초고온과 타사의 소각로보다 체공 시간을 3~5배 이상 주어, 많은 검은 매연을 발생시키는 폐타이어를 소각해도 완전연소를 통해 검은 연기는 물론 흰 연기까지도 거의 발생하지 않는다. 특히, 완전연소를 통해 여과장치 등 후단시설이 필요 없어 간단설치가 가능하고, 부가적으로 100℃ 온수와 많은 양의 스팀 등 세계적으로 소각로의 판도를 달리할 수 있을 것으로 보인다.  

 

박성진 신화하이테크 대표는 “초고온 산업폐기물 소각로는 라운딩 기술로 초고온이 발생해 코로나 현상을 볼 수 있고, 타사와 타국에서 꿈에 그리는 다이옥신 제로와 다량의 유해 물질 소멸 90% 이상을 실현 증명했다”고 밝혔다. 

 

이어 박 대표는 “신화하이테크에서 그간 20여회 테스트를 해온 소각로는 작은 소각로에서 작은 양의 폐타이어 소멸에서 열량 1,600℃가 확인되었지만, 시판용 소각로는 몇 배 큰 소각로에 몇 배 더 많은 폐기물 소각시 열원은 당연히 높아질 것으로 보여져 소각온도 1,800℃ 이상 올라갈 것으로 본다”고 말했다. 

 

실제, 초고온 산업폐기물 소각로의 공정은 외부에서 고분자 폐기물을 투입 받은 후, 공기와 수증기를 공급받아 분사하면서 고분자 폐기물을 1차~4차 연소실을 거쳐 연소하고, 배기가스 내 잔연 고분자 폐기물까지 완전연소 시킨다. 연소실 외측은 냉각수로 냉각시키며 연소열에 의한 변형도 방지했다. 

 

이를 자세히 설명하면, 폐기물 소각 처리 방식은 이렇다. 초고온 산업폐기물 소각로는 1차 연소실에서 공기와 수증기를 공급받아 산소와 수소 연소반응을 통해 고분자 폐기물의 연소가 이루어진 후, 2차 연소실에서 배기가스 및 연소열 압축을 통한 배기가스 내 잔여 고분자 폐기물의 연소가 이루어지게 하고, 3차 연소실로 공급된 배기가스는 공기 공급부에서 공급된 공기를 통해 다시 한번 고온상태에서 배기가스 내 잔여 고분자 폐기물의 재연소가 이루어진다. 마지막으로, 4차 연소실로 공급된 배기가스 및 연소열은 다시 한번 압축된 후 외부로 배출되는 지연시간이 증대되면서 배기가스 내 잔여 고분자 폐기물의 연소가 이루어져 외부로 배출되는 배기가스 내 고분자 폐기물 잔여량을 최소화했다.

 

▲ 신화하이테크에서 개발한 초고온 산업폐기물 고각로에서 폐타이어를 소각중이다. 1800도를 넘는 초고온 소각으로 검은 연기가 완전연소를 통해 스팀이 발생한다.   © 특허뉴스

박성진 신화하이테크 대표는 “오래전부터 산업폐기물 유해 물질을 완전 소멸 시키지 못하고 2차 오염을 감수하며 땅속에 매립하고 있는 것에 대해 매우 안타깝게 생각해 오던 중, 여러 발전소 공사를 하면서 “단열을 내화물이 아닌 물로 하면 좋을 텐데” 하는 구상으로 개발을 시작했다“며 ”소각로를 개발 및 제작해 실험 테스트 20여 회를 거쳐 마침내 전 세계인이 희망하는 세상 어디에도 없는 <물, 불, 바람>을 이용한 효율 높은 초고온 산업폐기물 완전연소 소각로(초고온 산업폐기물 소각로)를 완성하게 되었다“며 ”현재 문제되고 있는 산업폐기물, 고분자 폐기물 등 앞으로 많이 발생될 의료(약재 등)폐기물, 태양열 전지판, 건축시 사용되는 거푸집 등 석면이 함유되어 있는 폐기물도 처리가 가능하다“고 밝혔다. 

 

2차 오염 ‘No’... 기존 소각로 대비 1/3의 경제성까지 갖춰 

 

“우리나라는 1,100°C 이상 고온을 올리는 소각로를 초고온 소각로로 인정해 주고 있는데, ‘초고온 산업폐기물 소각로’는 폐타이어를 소각 테스트해 본 결과, 1,800°C를 넘어서는 초고온 소각로로 확인되었습니다” 

 

박성진 대표의 말이다. 사실, 폐기물관리법에 따라 산업폐기물을 구해 테스트하기도 어렵다. 

 

이에 박 대표는 폐기물 중 유해물질이 많이 배출되는 폐타이어로 수십 회의 실험을 진행해 완전연소의 기적을 만들어 냈다.  

 

전문가들에 따르면, 최고의 소각로는 초고온으로 높이 올릴수록 완전연소가 되며, 유해 물질을 최대한 소멸시킬 수 있고, 연소실에서 체공시간이 길수록 유해 물질을 완전연소에 가깝게 처리해야 최고의 소각로다.

 

박성진 신화하이테크 대표는 “우리나라 수많은 기업에서 발생되는 산업폐기물, 고분자 폐기물을 소각처리하려해도 자체적으로는 산업폐기물을 수급할 수 없다”며 “신화하이테크 같은 소각로 제조공장에서는 인허가 또한 어려워 폐기물 수급과 인허가 제도가 하루빨리 개선되어 자체적으로 처리 가능하도록 개선되기를 희망한다”고 간곡히 요청했다. 

 

이렇게 세계최초로 1,800°C를 넘는 최고의 소각로 기술이지만 가격은 기존 소각로 대비 1/3수준으로 경제성도 뛰어나다. 그 이유는 1,800°C를 넘는 초고온에 있다.  

 

현재, 폐기물처리 소각로 제작 설치비용은 하루 8시간 50톤 기준 약 300억 원의 비용이 발생한다. 이는 여과 집진시설, 흡착탑 세정 집진시설 등 많은 후단 시설을 갖추어야 하기 때문이다. 그렇다면 왜 후단시설이 필요할까? 이유는 간단하다. 앞서 언급한 바와 같이 초고온이 아니기 때문에 완전연소와 유해 물질을 80% 이상 소멸시키지 못하기 때문이다. 

 

신화하이테크의 초고온 산업폐기물 소각로는 어떨까? 1,800°C를 넘는 초고온으로 완전연소를 통해 폐기물 잔여 유해물질이 0%에 가깝게 소멸시키는 것을 실험을 통해 증명했기 때문에, 후단시설이 필요 없다. 때문에 초고온 산업폐기물 소각로 제작 설치비용은 7톤 20억에서 50톤 100억 원의 비용이 발생해 기존 소각로 대비 1/3 수준으로 경제성이 뛰어나다. 또한 전기, 가스 등 소각로 운전비용도 1/3이면 가능하고, 어느 곳이나 설치가 간편하다.  

 

박성진 신화하이테크 대표는 “초고온 산업폐기물 소각로는 후단 시설 없이 편리하게 설치할 수 있으며, 소각의 열로 많은 양의 스팀을 만들 수 있다”며 “여러 산업 공장에서 발생되는 각종 산업 폐기물을 처리할 수 있는 조건을 보유하면, 전 세계에서 2차 오염을 감수하며 땅속에 매립하여 온 산업폐기물을 막을 수 있는 중추적인 역할을 할 수 있게 되었다”고 자신감을 표현했다. 

 

신화하이테크는 초고온 산업폐기물 소각로에서 배출된 배출가스를 울산과학기술원(UNIST) 환경분석센터에 의뢰해 기존 소각로 배출 검사 기준으로 분석한 결과, 다이옥신(FCDD) 등 17종에 대해 0.000%의 실험결과를 받았다. 폐기물 수집도 안되고 수백가지의 유해물질 검증 테스트도 힘든 상황에서 수백가지 유해물질 검증할 곳도 없는 상황에서, 일반적으로 폐타이어의 경우 소각시 많은 검은 연기가 발생하는 것으로 보았을 때, 초고온 산업폐기물 소각로는 폐타이어까지 완전연소를 시킨 것으로 보인다. 

 

수도권 지자체 폐기물 처리... 신화하이테크에 쏠리는 이유

 

2025년 수도권매립지 사용 종료에 대비한 대체매립지 확보가 늦어지고 있는 가운데, 지자체들이 생활폐기물 자체 소화를 위해 소각시설 건설·중축·확충 등으로 눈을 돌리고 있다. 쓰레기 매립장이 워낙 님비시설인 탓에 당장 대체매립지 확보가 어렵기 때문이다.  

 

남양주시는 2026년까지 하루 250t의 쓰레기를 처리할 수 있는 소각로를 갖춘 자원순환종합단지를 건설할 예정이고, 이천시도 광역소각장 증설사업에 참여해 할당된 소각 용량을 늘리고, 향후 광주(경기) 광역소각장 건설 사업에도 참여해 약 140t의 추가 소각 용량을 확보한다는 방침이다. 또한 자체 소각시설이 없이 매립장만 운영 중인 가평군도 하루 70t을 소각할 수 있는 생활폐기물 소각장 건설을 2027년 준공을 목표로 추진 중이다. 

 

▲ 신화하이테크에서 개발한 초고온 산업폐기물 소각로는 여과집진장치, 습식세정설비, 흡착탑 등 후단시설이 필요없다   © 특허뉴스

문제는 소각장 건설·중축·확충 모두에 민원이 발생할 수 있다는 것이다. 신화하이테크의 초고온 산업폐기물 소각로는 이미 실험에서 증명했듯 소각시 배출가스에서 다이옥신 등 유해물질이 0%에 가깝게 발생하지 않아 민원 해결에 좋은 도구가 될 수 있고, 소각과정에서 발생하는 열에너지나 다량의 수증기를 이용해 지역 산업체에 폐열로 판매하거나 인근 주거지에 난방열로 공급할 수 있다. 또한 폐열로 전력을 생산하거나 많은 양의 스팀으로 그린수소를 생산할 수 있다. 신화하이테크는 차기 연도에 석영 등을 이용, 수소 포집기술을 개발하기 위해 지난 9월 (사)한국수소산업협회와 기술제휴에 관한 전략적 업무협약을 체결한 상태다. 

 

한편, 박성진 신화하이테크 대표는 폐기물을 태운 후 남겨지는 한줌의 소각재도 재활용한다. 박 대표는 “소각재를 지자체의 보도블록 등 건설재료로 재활용해 무상공급할 계획”이라며 “시멘트나 천연골재를 소각재로 대체하면 원가 경쟁력 확보와 온실가스 감축 효과까지 기대할 수 있다”고 말했다.  

 

세상 그 누구도 완성하지 못한 1,800°C를 넘는 초고온 소각로를 개발한 신화하이테크 박성진 대표는 40여 년의 플랜트 등 현장경험 노하우를 바탕으로, 연구원을 구성해 소각로에서 발생되는 많은 양의 스팀에서 수소 포집기술까지도 개발하고, 더 높은 3,000°C까지의 초고온 소각로를 개발하며 폐기물 환경문제에 큰 혁신을 만들어 가고 있다. 

 

한편, 수소수 발생기, 시스템 전기보일러, 열매체보일러, 습식열풍기, 초고온 산업폐기물 소각로 등 특허기술 개발로 완전연소를 통한 다이옥신 배출 제로 실현으로 ESG 선두기업으로 성장하고 있는 (주)신화하이테크는 2022 대한민국 유망특허기술 ESG부문 대상을 수상했다.   

 

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