가연성 나무와 석탄은 산더미처럼 쌓인 골치 아픈 폐기물을 남긴다

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/combustible-wood-and-coal-leave-mountains-of-troublesome-waste

이 엄청난 양의 재를 재활용하기 위해 무엇을 할 수 있을까?

©Antony-22 (CC BY-SA 4.0)

특정 연료가 연소되면 재라고 불리는 미세하고 가루 같은 부산물이 남습니다. 이러한 유형의 폐기물의 두 가지 일반적인 형태는 석탄재와 목재재입니다.

두 가지 중에서 석탄재는 여러 가지 형태를 취할 수 있고 재활용하기 가장 어렵기 때문에 가장 문제가 될 수 있습니다. 반면에 목재재는 비료로 토양에 다시 투입할 수 있습니다.

©Laurentius/Wikimedia (CC BY-SA 3.0)

우드애시란 무엇인가?

목재 재는 바이오매스의 연소에서 남은 폐기물입니다( 바이오차가 생성되는 열분해 와는 대조적입니다 ). 화학적 구성은 목재의 종류 , 연소, 온도 와 같은 요인에 따라 다릅니다. 그러나 일반적으로 식물 영양소, 특히 칼슘 (특히 방해석, 산화칼슘, 망간산칼슘) 이 다량 함유되어 있습니다 .  따라서 적절히 사용하면 작물 수확량을 늘리는 비료로 매우 귀중할 수 있습니다.

나무재에는 수은, 납, 비소 등 독성 성분이 포함되어 있습니다.

그래도, 토양에 나무재를 첨가하는 것은 일반적으로 토양의 pH를 높이고, 산을 중화하고, 토양의 양이온 교환 용량(CEC)을 증가시켜 유익합니다. 이는 토양이 영양소를 유지하는 능력을 개선합니다. 소량으로 나무재는 정원에 좋으며, 석회화 효과가 있고 다양한 미량 원소와 함께 토양에 칼륨, 칼슘, 마그네슘을 전달합니다.

사람, 동물 및 환경에 미치는 목재재의 영향

국제 에너지 기구(IEA)는 2019년에  사하라 이남 아프리카에서 총 에너지 사용량의 60%가 고체 바이오매스를 연소하는 데서 나온다고 추정했습니다. 남아프리카 공화국을 제외하면 거의 4분의 3에 해당합니다. 이는 주로 연료 효율이 더 높은 옵션이 있는데도 불구하고 비효율적인 "3스톤" 조리대를 사용하여 식사를 준비하기 때문입니다 . IEA는 2022년에  사하라 이남 아프리카 인구의 80% 이상이 주거용 에너지를 위해 바이오매스에 의존한다고 추가로 추정했습니다.

이 모든 목재 재 폐기물은 농경지에 쟁기질하거나 도시 농업 프로젝트에 사용하여 지역 식량 생산을 개선할 수 있습니다. 대신, 목재 재 처분의 일반적인 방식은 제대로 규제되지 않은 매립지 로 가져가는 것입니다 .

Research Outreach는 2020년 11월 논문 에서 사하라 이남 지역에서 매년 약 19메가톤의 재가 발생한다고 보고했습니다  . 이 폐기물에는 수백 톤의 비소, 카드뮴, 크롬, 1킬로톤 이상의 수은, 3킬로톤의 납이 포함되어 있습니다. 르완다, 부룬디, 우간다, 나이지리아, 기니비사우의 지역 사회는 매년 1제곱킬로미터의 땅에 최대 4,000kg(8,818파운드)의 목재 재가 버려지는 것을 볼 수 있습니다. 목재 재는 또한 대기 오염을 증가시키며, Research Outreach 보고서는 "이러한 종류의 오염 물질을 섭취하면 영구적인 인지 상실, 장애, 수명 단축, 심지어 사망에 이를 수 있는 것으로 알려져 있습니다."라고 밝혔습니다.

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스토브의 설계 및 구조가 개선되어 연소 효율이 높아지면 배출량과 생성되는 재의 양이 줄어들 수 있습니다. 그러나 가장 중요한 요소는 재를 수거, 운송, 처리, 재활용 또는 폐기하는 방식입니다.

2022년 캐나다 에서 발행한 Environmental Reviews  저널에 따르면 , 목재재를 사용하면 칼슘이 부족한 토양에서 영양소 손실을 막고 임업 생산성을 높이는 데 도움이 된다는 증거가 늘어나고 있습니다.

 산불로 인해 발생한 목재재가 바다로 유입 되면 영양소가 부족한 특정 시기에 식물성 플랑크톤의 성장이 증가 할 수 있다는 증거도 있습니다 .

석탄재란 무엇인가?

석탄재는 석탄 화력 발전소에서 석탄을 연소시켜 발생합니다. 석탄재 에는 플라이 애시, 바텀 애시, 보일러 슬래그, 배기가스 탈황재 등 4가지 특정 형태가 있습니다. 목재재와 마찬가지로 방해석, 산화칼슘, 망간산칼슘이 다량 함유되어 있습니다.

©미국 에너지부/위키미디어. 퍼블릭 도메인

플라이 애시는 주로 실리카, 미연탄소 및 기타 무기 물질 로 구성된 미세하고 분말 형태의 물질입니다 . 바닥 애시 는 주로 실리카, 산화철 및 알루미나로 만들어집니다 . 입자가 너무 커서 굴뚝을 통해 들어올릴 수 없고 석탄 용광로 바닥에 남아 있습니다. 보일러 슬래그는 물로 식힌 후 다공성이  되는 매끄럽고 용융된 바닥 애시 형태 입니다. 연기 가스 탈황 물질은 칼슘 공급원을 추가하여 석탄 연소 보일러에서 이산화황 배출을 줄이는 과정에서 남습니다 . 이는 일반적으로 아황산칼슘 또는 황산칼슘( 칼슘 기반 탈황 애시 ) 또는 아황산염과 황산염을 함유한 건조 분말 물질로 생성됩니다.

석탄재가 사람과 환경에 미치는 영향

IEA에 따르면 , 2022년 세계 석탄 생산량은 6,122Mtce(석탄 환산 백만 톤)에 도달했습니다. 에너지로서 석탄에 대한 이러한 크고 지속적인 세계적 수요는 환경과 인간 건강에 대한 심각한 위협으로 여겨지며, 엄청난 양의 석탄 폐기물의 원천이기도 합니다.

석탄 연소 잔류물(CCR) 에는 수은, 납, 크롬, 비소를  포함한 많은 독성 물질이 포함되어 있습니다 . Environmental Integrity Project 와 같은 옹호 단체는  이러한 물질이 여전히 환경으로 침출되고 있다고 경고하는 반면, Physicians for Social Responsibility는 2009년에 폐암, 심장 부정맥, 허혈성 뇌졸중을 포함하여 석탄 오염이 호흡기, 심혈관 및 신경계에 미치는  부정적인 건강 영향을 보고했습니다. 2018년에 이 의사 그룹은  석탄재의 독성 물질과 신장 질환, 생식 문제 및 위장 문제를 연관시켰습니다.

석탄재와 폐기물의 규제되지 않거나 부적절한 관리가 건강과 환경에 상당한 위험을 초래합니다. 석탄재 저장 시설(저장 장소)은 테네시(2008)  와 노스캐롤라이나(2014) 와 같이 치명적인 고장이 발생하기 쉬운 것으로 알려져 있으며 , 이로 인해 지역 환경이 위험하게 오염됩니다. 전자에서는 약 540만 입방 야드의 석탄재가 스완 폰드 만과 3개의 늪으로 유출되었고, 후자에서는 2,700만 갤런의 석탄재 폐수와 30,000~39,000톤의 석탄재가 댄 강으로 유출되었습니다.

©미국 환경 보호국

석탄재의 관리 및 폐기

석탄재와 그 부산물은 콘크리트(플라이애시에서 추출)  또는 벽판(석고에서 추출) 과 같은 제품으로 재활용될 수 있습니다. 과 같은 제품으로 재활용될 수 있으며 , 온실 가스 배출과 폐기 비용을 줄이는 데 도움이 됩니다. 일부 제품에 석탄재를 통합하면 강도와 내구성도 향상될 수 있습니다 . 예를 들어, 신선하고 경화된 포틀랜드 시멘트 콘크리트에 플라이 애시 를 사용하면기포 콘크리트와 같은 석탄재에서 희토류 원소를 추출하는 연구 도 있습니다 . 작업성을 개선하고, 물 수요를 감소시키고, 최종 강도를 증가시키고, 투과성을 감소시킬 수 있습니다. 시립 바닥재는 기포 콘크리트와 같은 시멘트 응용 분야에도 사용될 수 있습니다. 시멘트 응용 분야에도 사용될 수 있습니다.  석탄재에서 희토류 원소를 추출하는 연구 석탄재에서 희토류 원소를 추출하는 연구 도 있습니다 .

발전소는 석탄재를 다양한 방법으로 처리합니다. 일부 발전소는 침전지라고 하는 표면의 웅덩이 또는 연못에 보관 하거나 매립지로 보냅니다 . 다른 발전소는 물 배출 허가에 따라 근처 수로에 배출합니다.

미국에서는 American Coal Ash Association이 2021년 조사 결과를 발표했는데  , 모든 연소 석탄 제품의 생산이 감소했다는 내용이었습니다. 유익한 재사용은 생산된 석탄재의 3분의 1 이상 을 차지했고 , 나머지는 매립지로 보내거나 저장고에 보관했습니다. 현재 환경보호청은 비활성 시설의 비활성 표면 저장고에 대한 규정을 확대하는 제안된 규칙 에 대한 의견을 받고 있습니다  .

유럽에서 네덜란드는 거의 모든 플라이애시를 재활용합니다. 폐기물을 회수하거나 소각하는 것이 불가능한  폐기물의 회수 또는 소각이 불가능한  건축 자재 생산을 위해 사용되며, 폐기물의 매립은  폐기물의 회수 또는 소각이 불가능한 경우에만 사용됩니다 .

독일은 플라이애시를 사용하여 고갈된 갈탄 광산을 다시 채우고 재생했으며 , 토양 채광, 표면 재생, 시멘트 및 콘크리트 생산에도 사용했습니다. 또한, 독일 회사 Zaak Technologies GmbH2016-2020 프로젝트를 통해 플라이 애시를 사용하여 인공 모래를 생산하는.2016~2020년 프로젝트를 통해 플라이애시를 활용해 인공모래를 생산하는  스마트샌드 시범 플랜트를 구축  스마트 샌드 시범 플랜트를 시행했습니다 .

한편, 체코 공화국에서는 에덴 실레시아 프로젝트 라는 프로젝트  가 과거 석탄 채굴 지역을 온실, 연구 센터, 관광 명소로 전환하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이에 대한 타당성 조사는 2022년에 시작되었습니다.

석탄의 '고원'?

2023년 석탄붐과 침체 보고서 에 따르면2023년 석탄붐과 침체 보고서 에 따르면 에 따르면 미국은 2022년에 석탄에서 가장 많은 전력을 퇴역시켰습니다(13.5GW). 반면 중국은 석탄 사용량을 26.8GW 늘렸는데, 이는 나머지 세계의 모든 석탄 발전소 퇴역을 완전히 상쇄했습니다.

한편, 페루와 아랍에미리트는 석탄 사용을 단계적으로 폐지한 4개국(오스트리아, 벨기에, 스웨덴, 포르투갈)에 합류했습니다.

세계 무연탄 생산량은 2022년에 7.9Gt으로 증가했으며, IEA는 유럽 석탄 및 갈탄 협회의 2023년 첫 시장 보고서 에 따르면 석탄 공급 및 수요의 "10년 장기적 평탄"이 현재 예상되고 있다고 밝혔습니다. 에 따르면 2022년 세계 무연탄 생산량이 7.9Gt으로 증가했으며, 석탄 수급이 "10년간 정체"될 것으로 예상하고 있다고 밝혔습니다 .

석탄으로부터의 전환이 정말로 세계적인 목표라면, 각국은 대체 에너지원을 찾고 공약을 지키기 위해 협력해야 합니다.

*Robin Whitlock is an England-based freelance journalist specializing in environmental issues, climate change, and renewable energy, with a variety of other professional interests, including green transportation.