Co-processing of Poultry Biowaste in MSW-to-Energy Kilns: Technical and Financial Feasibility of Wet Flue-Gas Desulfurization Sorbent Isolation in Varanasi, India
이 연구는 바라나시의 폐기물 에너지화 플랜트에서 전통적인 석회석을 열처리된 계란 껍질 폐기물로 대체하는 것의 기술적 및 재무적 타당성을 입증하며, 이산화황 배출을 중화하고 시장성 있는 석고를 생성하는 동시에 3.27년의 회수 기간을 달성하는 수익성 있는 순환 경제 모델을 확립한다.
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발전소와 폐기물 에너지화 시설들은 끊임없이 두 가지 측면의 과제에 직면해 있다. 바로 전기를 생산하기 위해 연료를 태우는 동시에, 배기가스가 대기로 방출되기 전에 독성 이산화황 가스를 정화해야 한다는 점이다. 이 가스를 정화하기 위해, 이 시설들은 전통적으로 물과 분쇄된 석회석의 슬러리를 뿌려 산을 흡수하는 거대한 탑인 습식 스크러버에 의존한다. 하지만 석회석 그 자체가 문제가 된다. 석회석은 지표면을 훼kt하는 노천광산에서 땅을 파내어 얻어야 하는데, 이 과정은 경관을 훼손하고 서식지를 파괴하며 운송 과정에서 상당한 탄소 배출을 일으킨다. 동시에, 인도의 급성장하는 도시들은 유기물 폐기물, 즉 매립지에 버려지면 부패하여 악취를 풍기고 토양을 오염시키는 수 톤의 달걀 껍데기를 포함한 산더чи의 유기 폐기물을 생성한다. 연구자들이 던진 질문은 이 두 가지 별개의 문제를 하나의 단순한 해결책으로 해결할 수 있는가 하는 것이었다. 즉, 폐달걀 껍데기가 채굴된 석회석을 대체할 수 있는가 하는 점이었다.
NTPC 리미티드의 V S 나라심하 사이 상가푸(V S Narasimha Sai Sangapu)가 이끄는 연구진은 인도 바라나시 지역을 대상으로 이 가능성을 구체적으로 조사했다. 그들은 NTPC 폐기물 에너지화 시설과 인근의 빈디야찰 탈황 플랜트에 초점을 맞추었다. 그들의 연구는 달걀 껍데기가 약 95%의 탄산칼슘으로 구성되어 있어 고품질 석회석과 화학적으로 거의 동일하다는 사실을 확인해 준다. 그러나 이를 직접 사용하는 것은 불가능한데, 왜냐하면 가공되지 않은 달걀 껍데기는 질기고 물을 밀어내는 막으로 코팅되어 있기 때문이다. 만약 이것을 수용성 스크러버 시스템에 그대로 넣는다면, 이 막이 껍데기가 제대로 섞이는 것을 방해하여 파이프를 막고 펌프를 파괴하는 걸쭉하고 끈적한 슬러지를 만들어낸다. 연구자는 간단한 열처리가 이 문제를 해결한다는 것을 발견했다. 달걀 껍데기를 섭씨 500도로 가열함으로써 유기물 막을 완전히 태워 없애면, 표준 석회석처럼 똑같이 작동하는 부서지기 쉽고 물을 좋아하는 가루가 남게 된다.
연구는 이를 실제 환경에서 작동시키기 위한 완전한 폐쇄 루프 시스템을 설계했다. 먼저, 연구자는 바라나시 지역이 대규모 현지 인구와 연간 수백만 명의 관광객 덕분에 매일 3.3에서 5.1 메트릭 톤 사이의 생달걀 껍데기 폐기물을 생성한다고 추정했다. 이 폐기물은 상업용 주방과 거리 노점상으로부터 수거된다. 이 껍데기들을 매립지로 보내는 대신, 식물의 반응기 내에서 도시 고형 폐기물과 함께 공동 로스팅한다. 이 가열 과정은 문제가 되는 막을 제거할 뿐만 아니라 유기물을 탄화시켜 '그린 차콜(green charcoal)'이라 불리는 연료원으로 바꾼다.
그 후 연구자는 두 결과물을 분리하는 기계적 시스템을 설계했다. 뜨거운 혼합물이 반응기를 빠져나올 때, 이는 일련의 롤러와 진동 스크린을 통과한다. 로스팅된 달걀 껍데기는 부서지기 쉬운 상태가 된 반면 차콜은 밀도가 높고 단단하게 유지되기 때문에, 기계는 차콜 덩착은 온전하게 남겨둔 채 껍데기를 미세한 가루로 쉽게 분쇄할 수 있다. 마지막으로 공기 흐름 시스템이 가벼운 달걀 껍데기 가루를 스크러버용 수집실로 불어 넣고, 더 무거운 차콜은 공장의 연료 사일로로 보낸다. 이 분리는 매우 중요한데, 이는 공장을 가동하는 데 사용되는 연료는 깨끗하게 유지하면서도, 가루는 화학적 세정제로 사용될 만큼 순수하게 보장하기 때문이다.
이 로스팅된 달걀 껍데기 가루가 습식 스크러버에 투입되면, 배기가스 내의 이산화황과 반응한다. 이 화학 반응은 산을 중화시키고 건설 및 농업에 사용할 수 있는 고순도 물질인 석고라는 고체 부산물을 생성한다. 연구는 이 시스템이 매일 1.86에서 2.88 메트릭 톤의 이산화황 배출량을 포집하여 6 메트릭 톤 이상의 판매 가능한 석고를 생산할 수 있다고 계산했다.
재무 분석은 이것이 단순한 환경적 아이디어가 아니라 수익성이 있는 비즈니스 모델임을 시사한다. 연구자는 가공된 달걀 껍데기를 사용하는 것이 채굴된 석회석을 구매하고 운송하는 것보다 비용이 훨씬 적게 든다고 계산했는데, 이는 매립지로부터 폐기물을 전환하는 것에 대한 보조금과 석고 판매 수익을 고려했을 때 더욱 그러하다. 15년 기간 동안, 이 프로젝트는 초기 장비 비용을 3년 남짓한 기간 안에 회수할 것으로 예상된다. 연구는 높은 투자 수익률을 나타내며, 달걀 껍데기 수거 효율이 예상보다 낮더라도 프로젝트가 수익성을 유지할 수 있음을 보여준다. 이 모델은 적어도 가용한 달걀 껍데기 폐기물의 절반 이상이 수거된다면, 시스템이 연료 가격 변동과 공급 문제에도 견딜 수 있음을 보여준다.
수치적인 면을 넘어, 이 연구는 더 넓은 환경적 영향을 강조한다. 달걀 껍데기를 사용함으로써, 이 공장은 매년 최대 1,350톤의 천연 석회석을 채굴할 필요를 피하여 지역 생태계를 보존하고 채굴 및 운송과 관련된 탄소 발자국을 줄인다. 또한 매립지에서 썩는 달걀 껍데기로 인한 악취 가스 방출이나 토양 오염과 같은 환경적 위험을 제거한다. 연구는 이 접근 방식이 흔한 폐기물을 중요한 산업 자원으로 바꾸는 실행 가능하고 재정적으로 건전한 경로를 제공하며, 도시의 폐기물이 산업을 움직이고 정화하는 데 도움을 주는 순환 경제를 창출한다고 결론짓는다.
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