폐자원에너지 분야 시험방법표준화 및 정비 방안...

발 간 등 록 번 호 NIER-RP2012-327

11-1480523-001354-01

폐자원에너지 분야 시험방법표준화 및 정비 방안 연구(I)

-고형연료 중 바이오매스량 산정 시험방법 및 기준(안)마련-

환경자원연구부 폐자원에너지연구과

박재성, 최훈근, 이상우, 김규연, 김기헌, 오길종, 김영란, 차준석

A Study on Waste to Energy Sample Analysis Method(I)

- Biomass Analysis Method for Solid Recovered Fuels -

Jaesung Park, Hungeun Choi, Sangwoo Lee, Kyuyeon Kim,

Kiheon Kim, Giljong Oh, Younglan Kim, Junseok Cha

Waste-to-Energy Research Division

Environment Resources Research Department

National Institute of Environmental Research

2012

목 차

i

목 차

목차 ···························································································································· ⅰ

표목차 ··························································································································· ii

그림목차 ······················································································································ iii

Abstract ························································································································ v

Ⅰ. 서 론 ····················································································································· 1

Ⅱ. 연구내용 방법 ································································································2

1. 시료채취 ·················································································································2

2. 시험방법별 실증시험 ···························································································3

가. 용해 선별법 (Selective Dissolution Method) ···········································3

나. 육안 선별법 (Manual Sorting) ····································································3

다. 탄소 동 원소법 (Radio Carbon Method) ···············································3

Ⅲ. 연구결과 고찰 ································································································5

1. 바이오매스 국내 고형연료 제조 황 ·························································5

가. 바이오매스의 개념 ·························································································5

나. 국외 바이오매스 표 시험방법 황 ·······················································6

2. 실증시험 결과 ···································································································11

가. 반입폐기물 육안선별법 실험 결과 ···························································11

나. 고형연료 용해선별법 용 결과 ·······························································13

다. 시험방법별 결과비교 오류유발요인 검토 ·········································16

3. 폐기물 바이오매스의 고형연료화 효과분석 사례 ·····································18

Ⅳ. 결 론 ···················································································································19

참고문헌 ······················································································································20

부 록


ii

표 목 차

<표 1> 국내 고형연료 품질등 인증업체 수 ······················································2

<표 2> 시료채취 상시설 ························································································2

<표 3> Categorization of components for manual sorting ·····························4

<표 4> 유럽 일부 국가들의 바이오매스 함유 폐기물 매립허용기 ··············6

<표 5> 육안선별법 (Manual Sorting):BS　EN 15440 ·········································9

<표 6> 국내 RDF 바이오매스량 시험결과 ··························································13

<표 7> 국내 RPF 바이오매스량 시험결과 ··························································14

<표 8> 국내 WCF 바이오매스량 시험결과 ·························································14

<표 9> 국내 TDF 바이오매스량 시험결과 ··························································14

<표 10> 시험 방법별 분석결과 ··············································································16

<표 11> 용해선별법 (Selective Dissolution Method) 오류유발물질 ·············17

<표 12> 시험방법별 바이오매스량 비교 ······························································18

<표 13> 년도별 폐기물 고형연료화에 따른 온실가스 감축 잠재량 ··············18

목 차

iii

그 림 목 차

<그림 1> Selective Dissolution Method ································································3

<그림 2> 바이오매스 분석의 개념 ··········································································5

<그림 3> 국외 고형연료 시험방법 ··········································································7

<그림 4> 육안 선별법 ································································································8

<그림 5> 용해선별법(Selective dissolution mathod) 흐름도 ··························10

<그림 6> 용해선별법 최종 반응시료 ····································································10

<그림 7> 바이오매스 계산식 ··················································································10

<그림 8> AMS (Accelerator Mass Spectrometry) 구조 ···································11

<그림 9> 원주시, 가평군 반입폐기물 물리 조성 바이오매스 ···············12

<그림 10> 부천시, 남해군 반입폐기물 물리 조성 바이오매스 ·············12

<그림 11> 국외 SRF 바이오매스 ···········································································13

<그림 12> RDF, RPF 시설별 바이오매스량 ··························································15

<그림 13> WCF, TDF 시설별 바이오매스량 ·························································16

<그림 14> 오류유발물질 실험결과 ··········································································17

Abstract

v

Abstract

The solid recovered fuel project is known to carry the effects of

enhancing energy efficiency and reducing environmental pollution, unlike

simple waste incineration by producing high-purity solid fuels after

combustible waste is separated from domestic waste. Domestically, the

refuse derived fuel project is in progress as part of the waste resources

energy project launched since 2007. In fact, many local governments are

trying to introduce the project including the model project being pursued

by the Sudokwon (metropolitan) Landfill Site Management Corporation to

achieve the goal of supplying 3.78% new and renewable energy by 2013.

In Korea, basic data are available because many prior studies have been

performed to examine the quality of solid recovered fuels (SRFs) and

environmental effects following an increase in the production of domestic

waste. Still, the method of calculating the biomass and related basic data

are not enough to examine the appropriateness of an RPS system that can

be applied to recycled fuels and CDM as the carbon exchange system.

In Korea, Solid recovered fuel(SRF) is classified and produced as refuse

derived fuel(RDF), refused plastic fuel(RPF), wood chip fuel(WCF), tire

derived fuel(TDF) from 2007. In this study, biomass content in Korean SRF

is surveyed and effective factors of biomass contents are analyzed. The

result shows Korean SRF biomass content in RDF 51.51 ±10.18 (30.73～

71.45)%, RPF 20.84 ± 8.78 (11.86～38.55)%, WCF 96.91 ± 1.09 (95.00～

98.89)%, TDF 38.56 ± 11.20 (27.31～51.89)%. The major effect factor is

physical composition of waste, but biomass analysis method should be

modified for its particular properties of waste. This result presents Korean

government should prepare practical tools of SRF biomass content for CO2

trading in the future. Korean government considers applying these results

to establish national standard method of biomass contents in SRF.

Ⅰ. 서 론

1

Ⅰ. 서 론

폐기물 고형연료화 사업은 생활폐기물에서 가연성 폐기물을 분리 선별하여

고순도의 고형연료를 제조함으로써 폐기물 단순소각과 달리 에 지효율을 높

이고 환경오염을 감축하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 국내에서는 2007

년부터 추진한 폐자원에 지화 사업에 일환으로 생활폐기물 고형연료화 사업

이 진행되고 있으며 RDF, RPF, WCF, TDF 등 다양한 고형연료가 생산되고 있

다. 정부에서는 2013년까지 국가 신재생에 지 보 목표율 3.78% 달성을 해

원주, 남해군, 수도권매립지공사 등 여러 지자체와 국가 운 시설과 의하여

고형연료 제조시설 도입 운 을 추진하고 있다.

최근 RPS제도 도입에 따라 발 사들이 폐바이오매스 연료 도입을 검토

이고, 이산화탄소 거래의 근간이 되는 CDM사업이 부각되어지면서 고형연료

바이오매스에 한 심이 높아지고 있는 실정이다. 그러나 생활폐기물

생산량 증가에 따른 고형연료 품질 환경성 검토를 한 선행 연구가 많이

진행되어 기 데이터가 제공되고 있는 반면, 재생연료로서 용할 수 있는

RPS제도, 국가 이산화탄소 거래 제도인 CDM 사업 타당성 검토를 한 바이

오매스량 산정에 한 방법과 기 데이터가 부족한 실정이다.

국내 고형연료 품질 련 연구는 일부 진행되었으나 생활폐기물 고형연료인

RDF나 폐목재 고형연료인 WCF 등의 바이오매스 함량에 해서는 기 연구

가 무한 실정이다. 국외의 경우 생활폐기물(Municipal Solid Waste) 고형연

료(SRF)는 50~60%의 바이오매스를 함유하는 것으로 보고되고 있으며, 용해선

별법(Selective Dissolution Method), 육안선별법(Manual Sorting), 방사성동

원소법(14C Method) 등이 표 시험방법이 제정되어 있다.

본 연구에서는 국내 고형연료 바이오매스 함량 조사결과를 기 로 폐기

물 발생통계에 의거 바이오매스 함유 고형연료의 온실가스 감축 잠재량을 추

산하고 향후 국내 폐기물 고형연료의 바이오매스 리정책에 따라 온실가

스 감축량의 연도별로 변화 특성을 추계하 다.


2

Ⅱ. 연구내용 방법

1. 시료채취

본 연구에서는 국내에서 생산되는 고형연료인 RDF, RPF, WCF, TDF를 채취

하 으며, RDF, TDF의 경우 고형연료 생산시설을 수조사 하 고, RPF, TDF

는 생산순 상 5개 시설에서 채취하 다. 채취 방법으로는 시설별 3회 반복

채취하 다.

<표 1> 국내 고형연료 품질등급 인증업체 수

구 분 계 2010 2009 2008 2007 2006 이

인증업체 102 27 28 17 11 23

<표 2> 시료채취 대상시설

구분 시 설 비 고

RDF 6개 수 조사

RPF 5개 생산량 상 5개 시설

WCF 5개 생산량 상 5개 시설

TDF 2개 공정이 상이한 2개 시설

국내 고형연료 제조업체 102개소 (RDF:3개, RPF:72개, TDF:2개, WCF:25개)

(표 1,2) 국내 RDF 제조시설로 재 가동 인 수도권매립지, 원주시, 남해군,

부천시, 가평군, 부안, 양구군의 생산 RDF를 시료채취 하 으며 RPF, WCF의

경우 생산량 순 상 5개 업체를 선정 하 고 TDF의 경우 공정이 상이한 2

개 시설에서 시료채취를 하 다.

RDF의 경우 원료인 생활폐기물의 조성이 다양해 반입되는 폐기물의 성상을

조사하 으며, 반입장의 크 인을 이용하여 일정량 3회 반복하여 시료채취 하

으다. RDF는 시료채취된 반입폐기물의 투입 후 생산 시간인 30분 후 3회 반

복하여 시료채취 하 다.

조사항목으로는 고형연료 품질기 조사항목 삼성분, 원소분석, 발열량,

Ⅱ. 연구내용 및 방법

3

고형연료 입자 크기를 1mm 이하로 선별 후 5g 분취↓

78% H2SO4 반응 (16h ± 2 h)↓

35% H202 반응 (5h ± 1h)↓

잔여물 건조 후 무게 측정↓

회분 측정※ BS EN 15440:2011

<그림 1> Selective Dissolution Method

바이오매스량을 분석하 고 삼성분, 원소분석, 발열량 등 국내 고형연료 품질기

이 용되어 있는 항목은 자원의 약과 재활용 진에 한법률 시행규칙 별

표7에 제시된 고형연료 품질기 분석방법에 따라 분석하 다.

2. 시험방법별 실증시험

가. 용해 선별법 (Selective Dissolution Method)

선택 용해법은 80%의 H2SO4와 35%H2O2의 용해율을 이용한 방법으로

비바이오매스에 비해 바이오매스가 더 빠른 속도로 산화된다는 에 기반하

며, 고형 연료의 바이오매스는 선택 으로 용해되나 비바이오매스는 잔류물

에 그 로 남는 원리를 이용하 다.

나. 육안 선별법 (Manual Sorting)

수선별에 기반한 이 방법은 입자의 크기가 10mm 보다 큰 표본에 합하

며, (표 3)에 따라 분류하여 측정하 다.

다. 탄소 동 원소법 (Radio Carbon Method)

자연계에 존재하는 탄소동 원소를 이용한 방법으로 그 안정동 원소인

12C와 13C와 나머지 동 원소인 자연계 기와 상호작용이 지되면 시간에

따라 존재비가 변하는 14C의 원리를 이용한 실험법으로 존재비가 변하는


4

<표 3> Categorization of components for manual sorting

Fraction The fraction is characterizedbiomass,

non-biomass or inert

Biological waste biomass fraction biomass

Paper/cardboard biomass fraction biomass

Wood biomass fraction biomassTissue biomass fraction biomass

Fabric mixed fraction containing mostly biomass 50% biomass

Leather/Rubber

mixed fraction containing mostly biomass 80% biomass

Glass inert fraction containing mostly contaminations of biomass inert

Stone inert fraction containing mostly contaminations of biomass inert

Fines

fraction with a nominal top size of less than 10mm. It is an inert

fraction containing mostly contaminations of biomass

50% biomass

Soft plastic non-biomass fraction non-biomassRigid plastic non-biomass fraction non-biomass

Carpet/mats Mixed fraction containing mostly non-biomass non-biomass

Iron inert fraction containing mostly contaminations of non-biomass inert

Noferrous metals

inert fraction containing mostly contaminations of non-biomass inert

※ BS EN 15440:2011

14C의 양을 정 하게 측정하여 시료의 연 값을 측정하고 기 의 화석연

료에 의해 발생된 CO2 비율을 측정하여 바이오매스량을 산정하 다. 동 원

소 분석은 정 질량분석 기술로서 AMS(Accelerator Mass Spectrometry)

를 이용하여 분석하 다.

Ⅲ. 연구결과 및 고찰

5

Ⅲ. 연구결과 고찰

1. 바이오매스 국내 고형연료 제조 황

가. 바이오매스의 개념

<그림 2> 바이오매스 분석의 개념

바이오매스는 공업 생활 폐기물의 생분해성 부분은 물론 농업 (식물

동물 물질 포함) 임업 련 산업의 생성물, 폐기물 잔류물에서 발생하는

생분해성 부분을 의미하며, 유럽 의회 원회에서는 농업, 임업 련 산

업의 생성물, 부산물, 잔류물 폐기물을 포함하여 공장, 동물 미생물에서

발생하는 비화석화성 생분해성 유기 재료를 바이오매스로 정의하고 있다.

유럽에서는 매립법(Landfill Directive, 1999)을 제정하여 유기성 폐기물 직매

립을 지하고 폐기물 소각 는 고형연료화 에 지회수 후 매립토록 의무화하

고 있다(표 4). 이를 통해 1995년 비 2011년도에 매립량 65%를 감축하도록 목

표를 설정하여 정책을 추진한 바 있다. 한 바이오매스 실행 계획(Biomass

Action Plan, 2005)에서 다양한 바이오매스 에 지원을 개발, 활용토록 의무화

하여 국가별 의무사용 비율 목표 등 설정하고 있다. 재생에 지자원 진법

(Renewable Energy Sources Directive, 2009)에서는 태양열, 풍력, 바이오매스

등을 재생에 지로 정의하고 폐기물 바이오매스만을 재생에 지원(renewable


6

국가 검사 로토콜 한도값 MBT 설비에 한 향

독일

정 호흡 지수(Static

Respiration Index, SRI),

4일 후 호흡 활동 측정

5mg O2/g dm후숙성 시간 공간확보 어려움

운 비가 비교 커짐

오스트

리아상동 7mg O2/g dm

기 치가 덜 엄격, 운 비가

비교 덜 들도록 설정

이탈리

아

동 호흡 지수(Dynamic

Respiration Index, DRI)1g O2/kg VS/h

간단한 검사 키트 사용

비교 측정이 단기간 소요

국*

“쉽게 생분해될 수 있는

탄소” 감열감량(Loss On

Ignition, LOI)

없음

비교 간단, 비용 효율 .

“비례” 근법으로 보수 인

근 가능.

energy)으로 명시하고 있다. 이는 우리나라에서도 폐기물 바이오매스에 해

당되는 것만 신․재생에 지로 인정되어야 함을 시사하고 있다.

유럽에서는 제도 으로 폐기물 고형연료 바이오매스 함량 표시 권고

(prCEN/TS 15359)하고 사 허가된 혼소 조건의 바이오매스 고형연료를 이용

하도록 규제하고 있다. 재생에 지(RES) 랜트의 경우는 100% 바이오매스 고

형연료 사용을 의무화하고 열병합(CHP) 랜트는 고형연료의 바이오매스 함량

에 따라 혼소조건이 변화되므로 재생에 지 발 가 치 용을 달리 하고 있

다. 발 연료로 사용된 폐기물 고형연료의 경우에는 바이오매스의 함량에 따라

비-바이오매스 발 비용(SMP)을 감안하여 산출된 우 가격으로 력을 구매

하도록 유도 하고 있다.

<표 4> 유럽 일부 국가들의 바이오매스 함유 폐기물 매립허용기준

나. 국외 바이오매스 표 시험방법 황

유럽 고형연료 표 시험방법으로 시료채취, 발열량, 원소분석 속 등 국

내 고형연료 시험방법과 유사하게 정리가 되어 있으며, 고형연료 바이오매

스 함량 시험방법이 고형연료 시험법 안에 제정되어있다(그림 3).

고형연료 바이오매스 시험방법으로 는 총 3가지 방법이 있으며, 이는 폐기

물의 입자 크기와 성상에 따라 결정되어진다.


7

폐기물의 성상이 10mm 이상, 육안으로 선별이 가능할 경우 <표 5>에 정리된

매뉴얼에 따라 분류하여 바이오매스 함량을 악하게 되며 고형연료 RDF나

RPF의 경우와 같이 성형된 제품이고 입자의 크기가 10mm 이하로 육안으로 선

별이 불가능할 경우 용해선별법(Selective Dissolution Method)나 탄소동 원소

의 원리를 이용한 AMS (Accelerator Mass Spectrometry)법을 이용하여 바이오

매스량을 측정하게 된다.

➜ 고형연료 바이오매스 시험방법

<그림 3> 국외 고형연료 시험방법

1) 육안 선별법

고형연료 제조시설로 반입되는 생활폐기물이나, 1차 쇄된 폐기물의 경우

입자의 크기가 경우 10mm로 육안으로 선별이 가능하기 때문에 육안선별법

(Mannual Sorting) 매뉴얼에 따라 폐기물의 성상을 분리하여 폐기물의 바이오

매스량을 측정하게 된다.

육안선별법은 직 선별 가능한 물질을 확인 후 분류하는 실험법을 용하여


8

바이오매스량을 단하는데 정확하다는 장 이 있으나, 으로 분류가 불가능

한 미세입자나 형태를 알아볼 수 없는 폐기물의 경우 분류가 어렵다는 단 이

있다. 유럽표 시험방법의 분류표는 국내 폐기물 물리 조성 시 사용하는 분

류표와 유사하게 명시되어있다(표 5).

<그림 4> 육안 선별법

2) 용해 선별법

용해선별법 (Selective Dissolution Method)은 육안으로 단이 불가능한 성

형된 고형연료나 미세입자의 경우 시료를 분쇄하여 입자의 크기를 1mm 이하

로 만들어 황산과 과산화수소의 용해도를 이용하여 반응 과 후의 무게의 차이

를 계산하는 방법으로서 황산과 과산화수소에 반응하여 용해된 부분을 바이오

매스로 단하고 용해되지 않은 부분을 비 바이오매스로 단하게 된다. 한

용해선별법을 통해 비바이오매스로 구분된 잔류물의 발열량과 TC값을 산정하

여 발열량 기 , TC 기 으로 바이오매스, 비바이오매스 값을 나타낼 수 있

다(그림 5).


9

<표

5> 육

안 선

별법

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10

고형연료 입자크기를 1mm 이하로 분쇄 후 5g 분취

78% H2SO4 반응 (16h ± 2 h)

35% H202 반응 (5h ± 1h)

잔여물 건조 후 무게 측정

회분 측정

<그림 5> 용해선별법(Selective dissolution mathod) 흐름도

RDF RPF WCF TDF<그림 6> 용해선별법 최종 반응시료

용해선별법의 경우 폐기물의 크기, 성상 등에 구분 없이 분쇄한 폐기물에

하여 실험을 용하고 비교 짧은 시간에 결과 값 산출과 별도의 분석 장비를

이용하지 않는 장 이 있으나, <표 11> 에 명시되어있는 성분이 황산 과산

화수소 반응에 과도하게 용해되어 결과 값 산출에 오류를 나타내는 것으로 나

타나있다. 그러나 오류유발성분의 함량이 폐기물 체 무게의 5% 미만으로

단될 경우 실험법 용에 문제가 없는 것으로 명시되어있어 육안선별법을 통한

반입폐기물의 성상조사와 연구자의 단이 요할 것으로 사료된다.

* Mresidue:잔여물, Mresidue-ash:잔여물 재, Msrf:고형연료 무게, Asrf:고형연료 재

<그림 7> 바이오매스 계산식


11

3) 탄소 동위원소법

탄소동 원소법은 동 원소 분석용 정 질량분석 기술, 시료 원자를 이

온화 가속시켜 에 지, 운동량, 하 상태를 분석하여 최종 원자핵의 동 원소,

방사성탄소 (14C)를 정량분석하여 자연계에 존재하는 탄소동 원소 12C, 13C

안정동 원소 (존재비 98.9%, 1.1%) 14C (반감기 5730년, 존재비 14C/12C=

1.2*10-12 ) 14C의 양을 정 측정하여 연 값 화석연료에 의해 발생된 CO2

비율 등 측정하여 나타내는 방법이다.

<그림 8> AMS (Accelerator Mass Spectrometry) 구조

탄소 동 원소법은 12C, 13C, 14C 탄소의 존재비를 이용하여 시료의 입자 크

기 성상의 구분 없이 정확하게 측정할 수 있다는 장 이 있으나 분석에 사

용되는 기기인 Accelerator Mass Spectrometry를 국내에서 2개 기 만 보유하

고 있어 고가의 분석 비용 요구되고 고도의 처리 기술 많은 시간이 소요

되어 기기의 보유 분석 문가 양성이 필요할 것으로 단된다.

2. 실증시험 결과

가. 반입폐기물 육안선별법 실험 결과

육안선별법 (Mannual Sorting)법에 의해 RDF 제조시설로 반입되는 생활폐기

물의 바이오매스량을 측정한 결과 같은 시설의 반입폐기물, 1차 ․ 쇄 폐

기물의 바이오매스량, 함수율의 차이가 크게 나타나 반입되는 폐기물의 성상이

고르지 못하고, 다양한 폐기물이 반입되고 있는 것으로 보여지고 있으나, 반입


12

폐기물, 1차 ․ 쇄 폐기물 모두 40 %가 넘는 것으로 측정되어 RDF의 원

료로 사용되는 생활폐기물의 바이오매스 함량은 40 %가 넘는 것으로 단할

수 있다. 한 용해선별법 용에 오류를 일으키는 성분인 고무, 화석연료 등의

함량이 5 % 미만으로 나타나 용해선별법 용에 문제가 없는 것으로 나타났다.

원주시 가평군

함수율 50.71 % 함수율 48.65 %

바이오매스 50 % 바이오매스 46 %

<그림 9> 원주시, 가평군 반입폐기물 물리적 조성 및 바이오매스

부천시 남해군

함수율 48.96 % 함수율 34.00 %

바이오매스 51 % 바이오매스 58 %

<그림 10> 부천시, 남해군 반입폐기물 물리적 조성 및 바이오매스


13

나. 고형연료 용해선별법 용 결과

<그림 11> 국외 SRF 바이오매스

국외 RDF 바이오매스 실험 결과 40~60 % 가 바이오매스로 나타나고 있으며,

라스틱과 같은 비바이오매스와 목재류 종이류의 바이오매스를 인 인

혼합을 통한 용해선별법 용성 실험 결과 신뢰할 수 있는 것으로 나타난 국외

연구 사례를 비추어 볼 때 용해선별법을 통한 국내 고형연료 바이오매스 실험

용에도 문제가 없을 것으로 단된다.

1) RDF 바이오매스 시험결과

<표 6> 국내 RDF 바이오매스량 시험결과

업체명 바이오매스 (%) 수분 (%) 회분 (%)

수도권매립지 56.46 2.3 13.3

원주시 50.00 2.4 15.8

남해군 55.42 7.5 17.1

가평군 54.68 6.5 8.2

부천시 49.12 13.5 13.3

국내 생산되는 RDF 바이오매스 실험결과 시설 모두 40 % 이상이 측정되어

반입되는 생활폐기물의 바이오매스량과 유사한 경향을 나타내 으며, 최 70 %

로 측정되었다. 회분이 높은 시료의 경우 바이오매스량도 상 으로 낮게 측

정되는 경향을 보 다.


14

2) RPF 바이오매스 시험결과

<표 7> 국내 RPF 바이오매스량 시험결과

업체명 바이오매스 (%) 수분 (%) 회분 (%)베올리아 21.91 9.7 10.6

자원 12.29 1.4 6.2

호성환경 12.29 6.9 5.5

삼호 17.75 2.0 6.7

주에 지 36.46 1.6 1.2

RPF의 경우 바이오매스 함량이 12 ~ 38 % 로 나타났으며, Plastic & Paper로

종이의 함량이 높은 시설의 경우 바이오매스량이 높게 나타난 것으로 단된

다. 바이오매스 실험법을 용한 결과 비바이오매스 부분의 함량이 60 % 이상

으로 법 기 라스틱 함량 60 %를 모두 만족하는 것으로 나타났다.

3) WCF 바이오매스 시험결과

<표 8> 국내 WCF 바이오매스량 시험결과

업체명 바이오매스 (%) 수분 (%) 회분 (%)태화우드 97.69 3.3 0.5

지안우드 96.52 4.2 1.2

고속철강 97.66 4.3 0.8

우드사이로 95.60 4.1 1.6

주에 지 97.09 5.9 1.2

목질계가 주 원료인 WCF의 경우 바이오매스량 95 % 이상으로 부분이 목

질계를 사용한 것으로 단되며, WCF의 바이오매스량 시험을 통해 RPS 제도

를 한 국외 바이오매스 수입 연료의 성분 조사가 가능해질 것으로 사료된다.

4) TDF 바이오매스 시험결과

<표 9> 국내 TDF 바이오매스량 시험결과

업체명 바이오매스 (%) 수분 (%) 회분 (%)강림E&R 28.68 1.9 7.5

아노텐 산 48.43 0.7 5.9


15

폐타이어를 주 원료로 만든 TDF의 경우 28 ~ 48 % 로 나타나고 있어 시료별

편차가 큰 것으로 나타나고 있다. TDF는 합성 고무, 수지 등 유럽표 시험방법

에 명시된 <표 11> 용해선별법 용 시 오류유발물질을 5 % 과하여 용해선

별법 시험 방법으로 바이오매스량을 단하는 것은 신뢰할 수 없을 것으로

단되며, TDF의 경우 탄소동 원소법을 용해 바이오매스량을 단해야 할 것

으로 사료된다.

5) 고형연료별 바이오매스 함량 비교

RDF RPF평 균 53.67 % 평 균 20.84 %

최 71.45 % 최 38.55 %

최 소 30.73 % 최 소 11.86 %

표 편차 9.46 % 표 편차 8.78 %

<그림 12> RDF, RPF 시설별 바이오매스량

국내 고형연료의 바이오매스 함량을 조사한 결과 평균함량은 RDF 53.67%,

RPF 20.84%, WCF 96.91%, TDF 38.56%로 나타났다. 목질계 폐기물 고형연료인

WCF를 제외하면 RDF의 바이오매스 함량이 50%를 과하고 있고 한 최

71.45%까지도 검출되고 있음을 감안하여 볼 때 RDF는 다량의 바이오매스를 함

유하는 것으로 보여진다.

RPF는 라스틱 류 폐기물이 60% 이상 함유되도록 법 으로 규정되어 있는

데 실제 장에서는 최 38.55%의 바이오매스가 함유되고 있는 것을 감안하여

볼 때 생분해성 폐기물이 혼합되어 제조되고 있음을 알 수 있다. 이에 따라 추

후 RPF의 바이오매스 함유기 을 설정하여 부 정 성분의 함량 리가 필요할

것으로 단된다.


16

WCF TDF평 균 96.91 % 평 균 38.56 %

최 98.89 % 최 51.89 %

최 소 95.00 % 최 소 27.31 %

표 편차 1.09 % 표 편차 11.20 %

<그림 13> WCF, TDF 시설별 바이오매스량

다. 시험방법별 결과비교 오류유발요인 검토

바이오매스 시험방법별 결과를 비교하고 오류 유발 성분의 향을 악하기

하여 용해선별법과 탄소동 원소법을 동일시료에 용하여 결과를 검토하

다. 고형연료 종류에 따라 1～10%내외의 오차범 를 나타내었다.

<표 10> 시험 방법별 분석 결과

분류 바이오매스방법별 평균치 비교

용해선별법 (%) 탄소동 원소법 (%)

RDF 53.67 ± 9.46(30.73 - 71.45) 46.08 50.6

RPF 20.84 ± 8.78(11.86 - 38.55)

17.75 25.1

WCF 96.91 ± 1.09(95.00 - 98.89) 97.69 100

TDF 38.56 ± 11.20(27.31 - 51.89)

28.68 27.1

유럽의 표 시험방법상에 명시되어 있는 용해선별법의 오류유발물질들에

해서 실증시험한 결과 무연탄과 인조섬유는 각각 15%, 90% 이상의 오차를 나

타내고 있었다. 이 같은 결과는 폐기물이 단일 종류로 배출되는 경우에 오류유


17

발성분 여부를 사 에 악하여 시험방법을 용해야함을 보여 다. 유럽 표

시험방법에서는 5%이상의 오류유발물질이 포함된 폐기물 시료에 해서는 용

해선별법을 사용할 수 없다고 명시되어있다(표 11)

<표 11> 용해선별법 (Selective Dissolution Method) 오류유발물질

오류유발물질

1 고형 화석 연료( : 단단한 석탄, 코크스, 갈탄, 아탄 토탄)

2 목탄

3 화석원의 생분해성 라스틱

4 생체원의 비생분해성 라스틱

5 바이오매스의 구성 성분으로 존재하는 기름 는 지방

6 천연 / 는 합성 고무 잔류물

7 울

8 비스코스

9 나일론, 폴리우 탄 는 분자 아미노군이 함유된 기타 폴리머

10 실리콘 고무

국내 RDF 제조시설 생산 고형연료에 해서 비교실험한 결과에서도 약 10%

내외의 차이가 나타나는 결과를 보면 폐기물의 물성상 오류유발물질이 포함되

어 있으며, 이로 인해 생활폐기물 고형연료의 바이오매스 시험은 차이가 유발

되는 것으로 단할 수 있다(표 12).

톱밥 PET 무연탄 나일론

AMS 100 % 0.51 % 0 % 0.77 %

SDM 97.22 % 0 % 15.39 % 92.40 %

<그림 14> 오류유발물질 실험결과


18

<표 12> 시험방법별 바이오매스량 비교

RDF 제조시설 용해선별법 탄소동 원소법

원주시 46.20 67.92

수도권매립지 51.82 63.69

남해군 67.92 72.78

가평 54.68 65.86

부천 49.12 44.10

3. 폐기물 바이오매스의 고형연료화 효과분석 사례

국내 년도별 폐기물 발생에 따른 온실가스 배출량 산정(환경공단, 2011)을 기

로 본 연구결과에 근거하여 생활폐기물 고형연료(RDF)화에 따른 온실가스

감축잠재량을 산정하 다. 가연성 폐기물 조성은 평균 39.2%로 이 58.1%가

고형연료화 가능한 것으로 단되며, 이 바이오매스 함량을 감안하면 평균

23%의 온실가스 감축효과가 있는 것으로 나타났다(표 13).

<표 13> 년도별 폐기물 고형연료화에 따른 온실가스 감축 잠재량

YearWaste Total

Gg-CO2eq

CombustibleGg-CO2eq

Combustible (%)

RDF-bioMCO2-Gg/yr

RDF-bioM (%)

RDF/Com-bu.(%)

2001 19,405 8,140 41.9 3,722 19.2 45.7

2002 18,298 6,980 38.1 3,830 20.9 54.9

2003 18,407 7,043 38.3 3,894 21.2 55.3

2004 17,206 7,003 40.7 3,838 22.3 54.8

2005 16,257 6,012 37.0 3,715 22.8 61.8

2006 16,613 6,651 40.0 3,749 22.6 56.4

2007 15,189 5,941 39.1 3,864 25.4 65.0

2008 15,073 5,892 39.1 3,997 26.5 67.8

2009 15,063 5,747 38.2 3,907 25.9 68.0

Mean 16,835 6,601 39.2 3,835 23.0 58.1

Ⅳ. 결 론

19

Ⅳ. 결 론

국내 고형연료 바이오매스 함량 조사를 하여 국외 시험방법과 바이오

매스 리를 한 동향을 악하고, 국내 바이오매스 리를 한 제도

리방안 마련을 한 본 연구를 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.

국외 바이오매스 동향을 조사한 결과 생활폐기물(Municipal Solid Waste)

고형연료(SRF)는 유럽의 경우 50~60%의 바이오매스를 함유하는 것으로 보고

되고 있으며, 용해선별법(Selective Dissolution Method), 육안선별법(Manual

Sorting), 방사성동 원소법(14C Method) 등 표 시험방법이 제정되어 있다.

국내 생산 고형연료 바이오매스 함량은 RDF 54%, RPF 21%, TDF 39%,

WCF 97%로 나타났다. 실험 방법간 오차 보정과 용해선별법에서 발생되는

오류유발물질 평가결과 용해선별법의 오류유발물질의 향을 확인하 고 그

함량에 따라 용시험을 달리하여 해결할 수 있었다.

국내 고형연료 바이오매스 함량 조사결과를 기 로 폐기물 발생통계에

의거 바이오매스 함유 고형연료의 온실가스 감축 잠재량을 추산하고 향후 국

내 폐기물 고형연료의 바이오매스 리정책에 따라 온실가스 감축량의 연

도별로 변화 특성을 추계하고 이용된 시나리오를 기 로 폐기물 고형연료의

바이오매스 함량 리 방안을 제시하 다.

유럽의 경우 신․재생에 지 분류에서 폐기물자원은 바이오매스만을 한정

하여 인정하고 있기 때문에 국내에서도 폐기물 바이오매스에 한 제도 개

념의 재정립이 시 한 것으로 단된다. 추후 본 연구결과를 근거로 RPS제도

에 RDF나 바이오-고형연료에 한 발 가 치 등의 재조정에 한 논의가

필요하며, PoA-CDM 사업으로 RDF-고형연료화 정책사업이 인정되기 해서

는 본 연구결과와 같은 국가 자료가 연도별로 생산․제출될 필요가 있다. 본

연구결과는 신․재생에 지 자원으로써 가연성 폐기물 에 지화 효과를 검토

하기 한 국가 기 자료로 활용 가능할 것으로 단된다.


20

참고문헌

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10. 한국폐자원에 지기술 의회, 가연성 폐자원 고형연료제품의 제조·이용 기술

운 사례 (2011)

부 록

생물권 안에 자연 으로 발생하는 조건 하에서 진행 인 생물학 기성 는 호

기성 분해가 가능한 재료

a) 내부 기 시장의 재생 에 지 자원에서 생성된 기 증진에 한 2001년 9월

27일 유럽 의회 원회의 지침 2001/77/EC: '바이오매스'는 공업 도시 폐기

물의 생분해성 부분은 물론 농업(식물 동물 물질 포함) 임업 련 산업의 생

성물, 폐기물 잔류물에서 발생하는 생분해성 부분을 의미한다.

b) 유럽 의회 원회의 지침 2003/87/EC에 따라 온실 가스 방출 감시 보고

에 한 지침을 수립하는 2007년 7월 18일 원회 결정 (2007/589/EC): '바이오매스

'는 농업, 임업 련 산업의 생성물, 부산물, 잔류물 폐기물을 포함하여 공장,

동물 미생물에서 발생하는 비화석화성 생분해성 유기 재료를 의미한다. 이

용어는 내부 기 시장의 재생 에 지 자원에서 생성된 기 증진에 한 2001년 9

월 27일 유럽 의회 원회의 지침 2001/77/EC에 정의되어 있다.

바이오매스 정량한계정 도

(RSD)

선택 용해법을 사용한

바이오매스 함량 측정

수동 분류법을 사용한 생물량 함량 측정

14C 방법에 기반한 바이오매스 함량 측정

이 시험기 은 선택 용해법을 사용하여 량, 발열량 탄소 함량 백분율로 표

된 바이오매스 함량을 측정하는 방법이다. 선택 용해법은 비바이오매스에 비해

바이오매스가 더 빠른 속도로 산화된다는 에 기반한다.

SRF 표본의 ash 함량

량 백분율로 표 된 재 부분의 총 탄소 함량

용해 잔류물(여과기 포함)의 재 질량, (단 : g)

용해 시 사용되는 건조 SRF 시험 부분의 질량, (단 : g)

시험 부분이 용해된 후 잔여 건조 질량(여과기 포함), (단 : g)

건조하고 재가 없는 표본에서 바이오매스 부분의 발열량(단 : MJ/kg)

건조하고 재가 없는 표본에서 비바이오매스 부분의 발열량(단 : MJ/kg)

건조한 표본에서 용해 시험으로 인한 잔류물의 발열량(단 : MJ/kg)

건조한 표본에서 SRF의 발열량(단 : MJ/kg)

총 탄소

량 백분율로 표 된 바이오매스 함량

량 백분율로 표 된 비바이오매스 함량

발열량 백분율로 표 된 바이오매스 함량

열량 백분율로 표 된 비바이오매스 함량

TC 백분율로 표 된 바이오매스 함량

량 백분율로 표 된 용해 잔류물의 양

550 °C±10 °C 온도를 유지할 수 있는 장치

자기, 규토 는 백 과 같은 비활성 속으로 구성

1mm 미만으로 표본을 감소시킬 때 사용 가능한 다른 분쇄 장치, 훈증 장치

농도 78 % (g/g)

농도 35 % (g/g)

유리 섬유 여과기(직경: 10cm), GF 6 (1pm보다 큰 입자가 통과하지 않도록 장착된

여과기). 바이오매스 함량이 높은 SRF의 경우 이보다 직경이 작은 여과기를 사용해

도 된다

시료의 양 5g 정도를 취하고 공칭 최고 크기가 1mm인 시험 부분을 2개

비한다. 이 두 시험 부분의 량 소수 4자리까지 기록한다.

시험 부분(A ASRF)의 재 함량을 결정한다 총 탄소 백분율로 표 된 바

이오매스 함량을 측정할 때(A.8 참조) 재는 그 로 남겨 둔다.

량이 일정해질 때까지 105 °C로 도가니 안에서 시험 부분을 건조 냉각

시킨 후 건조기에서 냉각시킨다.

105 °C

4자리까지 정확하게 건조된 시험 부분 B의 량을 측정한다. 이 량(mSRF)

을 기록한다.

비어 있는 500 ml 라스크 안에 시험 부분 B를 넣는다

라스크에 부은 후 도가니에 아무 것도 남아있지 않는지 확인한다. 남아 있

는 경우 도가니를 비우기 후의 량을 측정하면 mSRF를 다시 계산할 수 있다.

150 ml의 78% (g/g) H2SO4를 원뿔 라스크에 추가한다. 주의를 기울이되

완 하게 직 휘젓는다 . 표본이 H2SO4로 완 히 셔진 상태여야 한다. (가득

찬) 라스크를 훈증 장치에 넣은 후 16±2시간 동안 그 로 둔다(냉각해야 할 수도

있다).

16±2시간이 경과된 후 30 ml의 35% (g/g) H20를 추가한다. 반응 상태를 통

제할 수 있도록 천천히 추가한다. 주의를 기울이되 완 하게 직 휘젓는다 . 표본

이 H202로 완 히 셔진 상태여야 한다. 원뿔 라스크를 훈증 장치에 넣은 후

5±1시간 동안 그 로 둔다(냉각해야 할 수도 있다).

유리 섬유 여과기를 건조시킨 후 유리 섬유 여과기 (mfiiter)의 량을 기록

한다.

5±1시간이 경과된 후 300 ml의 탈염수로 표본 B를 희석한 후 부흐 깔

기의 유리 섬유 여과기를 통해 여과시킨다

50 ml의 탈염수로 잔류물을 씻어 황산을 제거한다. 투입량을 다시 추가하기

이나 최종 여과량의 pH가 3.0 이상이 될 때까지 0 ml의 탈염수가 제거되었는지

확인한다.

량이 일정해질 때까지 105 °C의 온도에서 표본 B를 여과기과 함께 건조

시킨다.

105°C .

건조된 잔류물 B를 여과기와 함께 량 측정 후 4자리까지 정확하게 량

(m residue-ash)을 기록한다.

표본 B 재(m residue-ash)의 잔여 질량을 측정한다.

EN 15442에 따라 표본을 취하고 EN 15443 / 는 EN 15413에 따라 표본

을 비한다

EN 15400에 따라 표본의 발열량 재 함량을 측정한다.

시험 부분의 비바이오매스 함량을 측정한다.

바단계를 실시할 수 있도록 선택 용해법을 통해 충분한 양의 표본 잔류물

을 확보하는데 주의한다. 그 지만 바이오매스 함량 추정 결과 시험 부분 5g이 잔

류물의 발열량을 측정하기에는 부족한 것으로 나타나면 비례 으로 이 양을 증가시

킨다.

잔류물의 재 함량과 발열량 모두 측정한다. 선택 용해법을 실시한 결과 잔

류물의 양이 1g 미만이거나 잔류물 안에 상당량의 미세 입자가 존재하면 여과기와

함께 잔류물을 분쇄해야 발열량을 측정할 수 있으며 결과 내에서 여과기의 향을

감소시켜야 한다.

4개의 시험 부분(A, B, C D)를 취한다. 시험 부분 A B는 질량 c를

지니며, C D는 EN15407의 요건을 충족한다. 모든 시험의 량을 기록한다.

시험 부분 A B를 사용하여 재(AsRF) 잔류물 부분(xre,idu, A.6.1의

차)를 측정한다. 재를 보 한다.

재에 한 EN 15407에 따라 재 부분의 TC 함량을 측정한다. 이 측정값을

Cash로 기록한다.. TC 분석기에 따라 더 큰 표본 용량을 사용하여 반복한다.

EN 15407에 따라 시험 부분의 TC 함량을 측정한다. 이 측정값을 Ctot로 기

록한다.

EN 15407에 따라 xresidue로 분할한 최소 크기의 시험 부분을 취한다.

시험 부분 D에 단계를 실시한다.

주의를 기울여 여과기에서 시험 부분 D의 잔류물을 제거하고 EN 15407에

따라 측정한다. 잔류물의 TC 함량은 TC 부분과 동일하다. 이 측정값을 Cresidue•

로 기록한다. TC 분석기에 따라 더 큰 표본을 사용하여 반복하거나 분석 작업을

반복한다.

용해 시험 결과 방정식(A.1 A.2)은 건조한 표본에서 량 백분율로 표 된

바이오매스 함량, 재 함량 비바이오매스 함량을 계산할 때 사용한다.

여기서, Mresidue : 검정곡선에서 얻어진 분석시료의 수은 농도(mg/L)

mresidue-ash : 검정곡선에서 얻어진 바탕시험용액의 수은 농도(mg/L)

mSRF : 처리에 사용된 시료량(mL)

ASRF : 처리 후 표선맞춘 시료량(mL)

비바이오매스의 계산

확보한 값을 사용하여 비바이오매스 부분과 체 표본 건조하고 재가 없는 각

부분의 발열량을 계산한다.

바이오매스 부분 재가 없는 각 부분의 발열량을 계산한다. 의 식에서 얻은 값

을 사용한다:

체 표본의 발열량 바이오매스 비바이오매스 발열량을 계산한다.

재 함량이 량 10%보다 큰 경우 다음 방정식을 사용하여 탄소 함량 백분율로 표

된 TC 함량을 계산한다.

반면 재 함량이 량 10%보다 작은 경우 방정식(A.9)를 사용하여 탄소 함량 백분

율로 표 된 TC 함량을 계산한다

참고 이와 같이 계산할 때 바이오매스에 무기성 탄소가 함유되지 않았으며 선택 용해 시험이 실시되는 동안 무기성 탄소 모두

제거, 즉 남아있는 무기성 탄소가 없다고 가정한다.

수선별법에서는 고체 재생 연료의 샘 은 수작업으로 라스틱, 종이/ 지, 목재. 채

소, 과일, 정원 폐기물, 불활성 물질 등의 세부 물질 부분으로 분류한다.

량 백분율로 표시된 건조 기 생물량 함량

량 백분율로 표시된 건조하고 재가 없는 분류 비생물량 부분의 생물량 함량

량 백분율로 표시된 건조 기 생물량 범주의 함량 구성 요소

량 백분율로 표시된 건조 기 재 범주의 함량 구성 요소

량 백분율로 표시된 건조 기 비생물량 범주의 함량 구성 요소

량 백분율로 표시된 건조 기 불활성 물질 함량

량 백분율로 표시된 건조기 분류 생물량 부분의 불활성 물질 함량

량 백분율로 표시된 건조하고 재가 없는 분류 비생물량 부분의 불활성 물질 함량

량 백분율로 표시된 건조 기 비생물량 함량

량 백분율로 표시된 건조 기 분류 생물량 부분의 비생물량 함량

량 백분율로 표시된 건조 기 분류 불활성 부분의 생물량 함량

량 백분율로 표시된 건조 기 분류 불활성 부분의 비생물량 함량

량 백분율로 표시된 분류 불활성 부분의 불활성 물질 함량

량 백분율로 표시된 건조하고 재가 없는 분류 생물량 부분의 분류 정 도

량 백분율로 표시된 건조하고 재가 없는 분류 비생물량 부분의 분류 정 도

량 백분율로 표시된 분류 불활성 물질의 분류 정 도

량 백분율로 표시된 불활성 물질의 분류 비생물량 함량의 분류 정 도

EN 15442에 따라 샘 을 채취한다. EN 15443에 따라 샘 을 비한다.

수동 분류법에 한 검사 부분은 최소한 EN 15442에 따른 최소 샘 크기와 같아

야 한다.

10mm를 과하는 샘 의 모든 입자를 표 B.1에서 언 한 물질 부분들로 분

류한다.

모든 부분을 일정한 량이 되도록 105°C에서 건조시킨다.

105 °C

건조된 모든 물질 부분을 건조기에서 냉각시킨다(100g이 넘는 샘 은 건조기

를 사용할 수 없으며 샘 의 량을 직 측정해야 함).

건조시킨 물질 부분의 량을 4자리 정 도로 측정한다. 각 부분의 량을

기록한다.

라스크에 부은 후 도가니에 아무 것도 남아있지 않는지 확인한다. 남아 있

는 경우 도가니를 비우기 후의 량을 측정하면 mSRF를 다시 계산할 수 있다.

물질 부분의 량을 표 B.1에 따라 생물량, 비생물량 불활성 부분으로 분

류해 각 부분에 한 량의 합계를 구한다.

/ B.2 .

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생분해성 폐기물

- 나뭇잎, 잔디- 음식 꺼기- 식빵- 채소

종이/ 지

- 포장지- 지- 잡지, 신문- 우유팩- 음료수팩(80% 생물량)

목재

- 폐기 목재- 톱밥- 정원에서 발생하는 폐기 목재

휴지

- 기 귀- 휴지- 탐폰, 생리- 화장지

섬유(35% 생물량)- 가죽이나 속을 제외한 옷 옷의 잔류물

가죽/고무 (80% 생물량)- 가죽- 고무

유리

- 병- 유리- 유리 조각

돌- 돌- 자기 (잔류물)

미세 물질 - 10mm 미만의 모든 물질

연성 라스틱

- 비닐 지- 라스틱 포장재- 라스틱 컵- PE, PP, 폴리스틸

강성 라스틱

- PET(PET병)- PVC(PVC )- 폴리에스테르

카페트/매트- 카페트- 매트

철- 철 는 강철로 (주로) 이루어진 입자

비철 속

- 구리/아연/납 배- 알루미늄 캔- ( 기)선- 약 는 사탕 포장지

량 백분율로 표시된 생물량 함량을 정한다.

량 백분율로 표시된 비생물량 함량을 정한다.

량 백분율로 표시된 불활성 물질 함량을 정한다.

. ,(d) .

분류 정 도는 선택 용해 시험을 통해 분류한 생물량, 비생물량 불활성 부분

의 실제 생물량 함량을 정립한다. 분류 정 도에 한 합한 값은 같은 고체 재생

연료에서 최소 3개의 다른 샘 을 가지고 결정해야 한다.

필요한 경우, 한 가지 기 에서 다른 기 으로(EN 1 5296) 분석 기 을 환할 수

있다.

생물량의 분류 정 도는 선택 용해 시험을 통해 결정한 분류 생물량 부분에서의

비생물량 비율을 100%에서 뺀 비율이다.

생물량 부분의 분류 정 도를 계산한다.

비생물량의 분류 정 도( N8)는 선택 용해 시험을 통해 결정한 분류 생물량

부분에서의 비생물량 비율을 100%에서 뺀 비율이다.

분류 비생물량 부분의 분류 정 도를 계산한다.

불활성 물질의 분류 정 도는 선택 용해 시험을 통해 건조 기 생물량, 비생물

량 불활성 부분의 함량을 정하여 단한다.

불활성 물질의 생물량 함량을 계산한다.

.

14C방법에 기반한 바이오매스의 탄소 함량을 측정하려면 화학 분석을 한 표본

비 작업이 필요하다. 14C 함량 측정에 리 사용되는 3가지 방법은 본 부록에 설

명되어 있다. 이 같은 모듈식 근 방식을 사용하면 일반 설비를 갖춘 연구소도 14C

함량에 한 표본을 비하여 문 연구소를 통해 14C 함량이 측정되도록 구 할

수 있다. 14C함량 표본에서 수집하는 경우 표본에 함유된 탄소를 CO2로 환할 때

일반 으로 허용되는 방법이 설명되어 있다. 14C 함량 측정 시 상물의 연령 측정

방법으로 이미 리 사용되고 있는 방법을 선택한다.

탄소(원소)의 기호

원자 질량이 14인 방사성 탄소

가속기 질량 분 분석법용해 잔류물(여과기 포함)의 재 질량, (단 : g)

베타 입자(방사성 붕괴 방출되는 자)

베타 이온화

베크 (건조한 표본에서 발생하는 당 붕괴)

분당 붕괴

분당 계수치

가이거 뮐러(Geiger Müller)

탐지 하한

량 백분율로 표 된 질량

량 백분율로 표 된 총 수분

3-메톡시 1- 로필 아민

액체 섬 계수기 는 액체 섬 계수

100% 생체성 탄소 기 값

비례 섬 계수기법

탄소 함량, 생체원의 탄소 질량 부분

량 백분율로 표 된 부분

상 표 편차

고형 회수 연료

총 탄소 함량

지구 기에 본래 방사성 탄소 수 이 매우 낮은(약 1.10-12%) 경우 14C를

정확하게 측정하는데 특히 주의해야 한다. 우주 환경 백그라운드, 존재하는 다른

방사성 동 원소, 자 소음 불안정성의 향을 제거하는데 주의해야 한다. 표

본 활동이 백그라운드 활동 이상의 최소 3가지 표 편차인 경우에 한해 유한 연령

을 산출할 수 있기 때문에 이러한 백그라운드 인자로 인해 정확성, 정 성 방사

성 탄소 연 측정 방법 범 가 제한된다(Gupta and Polach, 1985 [23])). 사용되는

모든 액체 섬 계수기법은 이러한 사양들을 충족해야 한다.

1 납 차폐

2 활성 보호 장치

3 표본

4 증배

5 증배

6 외부 기 선원

7 고압 원 공 장치

8 펄스 추가 회로

9 고속 동시 분석기

10 펄스 높이 분석기

11 회로

12 다채 분석기

13 명령 분석기

3.2.1 4 M NaOH 용액에 포획된 탄산염을 CO2로 환하는 시스템 - (활성탄 사용

등을 통한) CO2 정화 시스템

3.2.2 지정된 용량의 CO2 압력 규정된 가스 온도의 조정 등을 통한 지정된 양

의 표본 확보 시스템

3.2.3 표 백그라운드 표본 비 시스템 가스 비례 계수기를 사용한 수 계

수 시스템

3.2.4 BI 측정에 사용되는 장치는 목 주형 장치일 수 있다(그림 C.2 참조). 감

지 가능한 방사성 탄소의 경우 백그라운드 계수를 최소화한다. 가스(이 경우 연소

가스에서 생된 정화된 CO2 가스)는 동 계수 튜 ( 순도 동)에 채워져 계수되며

원하는 수 백그라운드 표본은 구납으로 두껍게 차폐시키고 우주 방사선을 비동

시 으로 여과시켜 확보된다. 개 BI 장치는 우주 방사선을 추가 방지할 수 있도

록 셀러의 표면 아래 배치되어 있다. 일반 인 계수 시간은 수 측정의 경우 수

일이 소요된다.

1 고압의 앙 와이어(+ve)

2 CO2

3 으로 코 된 계수기 벽(-ve)

4 유입되는 입자

5 지 의 계수기 벽

6 1차 자

7 2차 자

8 가스 증배 –105

9 고압의 앙 와이어

3.3.1 표분 비 장비

3.3.2 액체 질소 동결 스테이션

3.3.3 가속기 질량 분 계(AMS)

1 59 표본 이온원

2 재결합기

3 퍼

4 탠덤 가속기

5 스트리핑 커 (stripping canal)

6 110° 자석

7 고에 지 질량 분 계

8 12C컵

9 13C컵

10 33° 정 기 디 터

11 90° 자석

12 이온화 챔버

옥살산 1차 표 물질(SRM 4990b)

HCI 용액(5 M)

섬 용액

카르밤산염 용액( : 100% 에탄올아민 는 2-메톡시에탄올의 5M 에탄올아민)

표 물질을 추가하기 한 14C물질

4.3.1 옥살산 1차 표 물질(SRM 4990b). 철 매

4.3.2 수소

4.3.3 HCI 용액(5 M).

4.3.4 드라이 아이스

4.2.5 아세톤 는 에탄올

4.2.6 액체 N2

흡수 라스크에 카르밤산염 용액 등과 함께 규정량의 CO2흡수제를 채운다.

약 4.8 x M/mI의 카르밤산염 용액의 흡수 성능을 고려한다. 이 성능의 80% 이하로

사용해야 한다. 라스크는 흡수 공정 얼음으로 냉각된다. 표본 가스는 연소 가

스 는 가스 백에서 확보된다. 각각의 경우 표본을 건조시켜야 하며 건조된 표

본의 CO2농도를 알고 있어야 한다(연소 가스 모니터 는 CO2생성 시 사용된 고

형 표본의 최종 분석을 통해 확보). 연소 가스 에서 직 확보한 경우 가스 계량기

를 사용하여 표본 양을 측정한 후 카르밤산염 용액을 통해 흡수된 CO2양에 맞게

수정해야 한다. CO2흡수 후 흡수제를 측정 용기로 옮긴다. 동일한 양의 섬 혼합

액을 추가하면 혼합물이 균질해진다.

그런 후 혼합물이 함유된 용기를 PSM에 배치하여 측정한다. 일반 인 계수 시간은

6 ~ 24시간이다.

체 방법으로 정확도(정 성 반복성)가 충분하다고 입증할 수 있는 경우 수집

된 CO2를 벤젠으로 환하여 ASTM D 6866-05에 설명된 로 정 섬 혼합액

에서 벤젠을 직 계산해도 된다.

표본 활동은 참조 재료 활동과 비교된다. 14C농도 수(즉 방사성 탄소 연 측정 탐

지기(PSM)에서 14C 붕괴의 계수)는 동일한 조건 하의 참조 표본 등록 횟수와

련이 있다.

표 물질 추가 방법은 각 표본 추출 는 표본 유형에 한 화학 소염 는 소

작업의 발생 여부를 확인할 때 사용한다. 이를 해 14C로 분류된 성분을 사용한

다.

실제 표본과 동일한 기간 동안 계수된 계수 용액이 채워진 섬 용기인 “바탕” 표

본의 측정 작업과 함께 측정을 실시한다. 확보된 결과는 CPM 는 DPM의 시스템

체(장치 시약)에 한 백그라운드 수 이다. 그런 후 실제 표본이 계수되므로

CPM 는 DPM에서 계수 결과도 확보할 수 있다.

계수, 백그라운드 표 에 한 통계 인 오차는 붕괴 계수, (푸와송) 과정의 결

과이다. 그러므로 결과의 정 성은 상 오차가 계수 횟수의 제곱근과 반비례하는

경우 찰된 계수 횟수에 따라 달라진다. 그러면 총 오차는 분석 오차와 표

백그라운드 측정 오차를 결합한 것이 된다.

계수기의 탐지 한도는 부분의 경우 총 분석 차의 감도를 결정하기 때문에 요

한 매개변수이다.. 감도는 주로 “탐지 하한”(LLD)으로 표 된다. 이는 통계 으로

볼 때 백그라운드와는 다른 최소량의 방사능이다. 백그라운드 표본의 계수 시간

이 동일하다는 가정 하에 표본의 계수 시간 백그라운드 계수율에서 LLD를 계산

한다.

: 탐지 하한(LLD)

: 신뢰도 수 (1.645)

E(R0) : 바탕 표본 계수율 [cps] (0.3167 cps)

t0 : 바탕 표본 계수 시간 [s] (16,000 )

tb : 표본 계수 시간 [s] (16,000 )

cps : 바탕 표본 계수율(0.3167 cps)

dps : 당 붕괴 [Bq]

장치의 계수 효율(0 < n < 1) (0.8)

추출병으로 탄산염 용액을 옮긴다.

HCI 투입 장치를 부착한다

추출병과 투입 장치를 비운다(가스 제거, 공기에서 용해된 N2 02제거).

탄산염 용액에 HCI를 추가한다.

아세톤과 드라이 아이스로 채운 트랩을 사용하여 수증기를 제거한다

액체 N2에 담근 스테인리스강 트랩에서 생성된 CO2를 수집한다.

CO2는 0 °C에서 활성 탄소를 사용하여 세척한다

이 단계에서 13C를 측정할 수 있도록 작은 표본을 취한다(옵션).

트랩 시스템의 온도/압력 규정 용량을 측정하여 CO2용량을 계산한다

CO2를 비례 계수기로 옮긴다(최 4g의 CO2)

원하는 정 성이 확보될 때까지 수 일 동안 계수한다

표본 계수율과 바탕 표본 계수율을 사용하여 탄소 함량을 계산한다

백그라운드 표 에 한 통계 오차는 통계 인 푸와송 분포 후 붕괴 계수의 결

과이다. 그러므로 결과의 정 성은 상 오차가 계수 횟수의 제곱근과 반비례하는

경우 찰된 계수 횟수에 따라 달라진다

1 ..

0.3% ~ 0.4% .2 ±1

( ).2 .

추출병으로 탄산염 용액을 옮긴다

HCI 투입 장치를 부착한다.

추출병과 투입 장치를 비운다(가스 제거, 공기에서 용해된 N2 02 제거).

탄산염 용액에 HCI를 추가한다

아세톤과 드라이 아이스로 채운 트랩을 사용하여 수증기를 제거한다

액체 N2에 담근 스테인리스강 트랩에서 생성된 CO2를 수집한다

이 단계에서 13C를 측정할 수 있도록 작은 표본을 취한다

흑연화 리그 시스템으로 CO2를 옮긴다(그림 C.4 참조).

가스 표본은 석 튜 에서 배출시켜 시스템으로 유입시 액체 질소 안에 포획한 후

가열한다. 그러면 가스가 다음 공식에 따라 철 매를 통해 흑연으로 환된다.

이 반응으로 인해 생성된 물을 제거하여 흑연으로 완 하게 환원되도록 보장한다.

이 사항은 분화 문제를 방지할 때 특히 요하다.

표본 계수율에서 계수기의 백그라운드 계수율을 감한다(순 계수율). 순 계수율을 참

조 표 물질(옥살산 SRM)의 계수율로 일반화시키면 14C활동(DPM)을 구할 수 있다.

표본 계수율에서 NaOH 바탕 용액의 계수율을 감하면 순 계수율이 구해진다. 순 계수

율을 참조 표 물질(옥살산 SRM 는 본 참조 표 에 기인한 재료)의 계수율로 일

반화시키면 14C활동(DPM)을 확보할 수 있다.

동 원소 분화를 수정해야 하는 경우 13C/12C동 원소 비율도 측정해야 한다. 연소

된 표본의 CO2일부만 처리하면 표본 비 시 동 원소가 분화될 수 있다.

보고된 결과에 13C/12C동 원소 수정 사항이 용된 경우 이를 항상 언 해야 한다.

14C/12C 13C/12C의 동 원소 비율은 정 1차 참조 재료와 련하여 측정된다. 방

사성 탄소 분석 측정을 통해 얻은 모든 탄소 함량(pmC) 값은 표본을 연소시켜

얻은 CO2에서 확보한 안정한 동 원소 데이터(13C/12C비율)를 사용하여 동 원소

분화에 알맞게 수정한다. 제품 원료 자체에 한 13C/12C비율의 경우 근 방식으로

인해 잘못된 결과가 나타나기도 하므로 측정하면 안 된다.

폐자원에너지 분야 시험방법표준화 및 정비 방안...

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