기후 변화의 주요 원인으로 지구 온난화 문제가 거론되면서 대기 중에 농도가 가속화되어 증가하고 있는 온실가스의 저감을 위한 국제적인 기후변화협약(UNFCCC)이 1992년 브라질 리우에서 개최된 이후 제21차 유엔기후변화협약 당사국 총회(Conference of the parties, COP21)가 파리에서 2015년 말에 개최됨에 따라 신기후체제(Post 2020)가 도래하였다.
2015년 우리나라는 국내 온실가스 감축목표를 2030년 배출전망치(BAU, 8억5,060만톤) 대비 37%로 확정하고, 이 중에서 폐기물 분야에서 감량화, 재활용, 에너지화 등으로 3.6백만톤을 감축할 계획이다. 최근 폐기물 소각에 의해 발생하는 온실가스 중 N2O에 대한 배출량을 산정하고, 이를 제거하여 온실가스 배출량을 저감하고자 하는 연구들이 수행 중에 있다.
따라서, 본 연구는 200 ton/day 규모의 시흥스마트허브 내 소각설비로 유입되는 도시고형폐기물에 대하여 폐기물의 조성 및 물리·화학적 특성을 분석하고, 소각에 의해 발생되는 온실가스 중 N2O 가스를 실측하여 배출특성을 조사하였다. 또한 CALPUFF 대기확산모델을 이용하여 도시고형폐기물 소각시설에서 발생하는 대기오염물질(NOx)이 주변지역에 미치는 영향성을 조사하였으며, 이에 대해 수행한 연구결과는 다음과 같다.
도시고형폐기물의 물리적 조성은 종이류가 24.4%로 가장 높은 비율로 존재하며, 그 다음으로는 플라스틱류와 섬유류가 비율이 높게 차지하는 것으로 조사되었다.
삼성분에 대한 측정결과는 생활폐기물의 수분함량이 39.3%로 다른 지역의 수분함량에 비해 다소 높게 분석되었으며, 원소분석 결과에서는 수소의 함량이 7.13%로 평가되었다. 이로 인해 발열량의 경우는 습윤고위발열량은 3,128 kcal/kg으로 수분함량에 의해 다른 지역에 비해 낮게 조사된 반면 건조고위발열량의 경우는 수소 함량이 높아 5,155 kcal/kg으로 발열량이 높은 편으로 산업시설이 많은 지역적 특성이 반영된 것으로 판단된다.
본 소각시설에서 배출되는 N2O의 배출량은 연간 297.3톤으로 CO2로 환산할 경우 연간 약 92,152 tCO2eq.이 배출되고 있는 것으로 이를 저감할 경우 온실가스 거래제의 거래금액으로 환산할 경우 연간 약 20억원의 경제적 효과가 발생하는 것으로 조사되었다.
폐기물 소각시설에서 배출허용기준 이내에서 배출되고 있는 대기오염물질(NOx)이 주변지역에 미치는 영향을 소각시설의 TMS 측정자료 중 평균농도를 적용하여 CALPUFF 및 CALMET 모델링을 수행한 결과, 최대 착지농도는 가을일 때 약 7.31 ppb이며, 이는 시흥시 전역 3개의 자동측정망에서 측정한 NOx 평균농도 34.3 ppb와 비교할 경우 주변지역에 미치는 영향은 그리 크지 않을 것으로 판단된다.
폐기물 소각시설의 배출가스 분산형태를 계절별로 조사한 결과, 시간에 따른 바람의 변화에 따라 오염물질이 확산되는 영향에 기인하여 가을에는 오이도 지역을 중심으로 영향을 미치며, 겨울에는 산업단지 안쪽을 중심으로 영향을 미치는 것으로 예측되었다. 또한 봄과 여름에는 오이도 지역과 산업단지에 동시에 영향을 주는 것으로 예측되었다.
폐기물 소각시설에서 배출되는 대기오염물질이 주변지역에 미치는 영향을 굴뚝 높이에 따라 모델을 운영한 결과 최대 농도는 굴뚝 높이가 55 m일 때에 비해 100 m로 높일 경우 주변지역에 미치는 최대 농도가 약 2.5배 감소하는 것으로 예측되어 향후 대기오염물질이 주변지역에 미치는 영향을 감소시키는 효과적인 방법으로 확인되었다. 다른 지자체의 실증사례로 적용될 수 있을 것이다.