고순도 수소 생산을 위한 폐플라스틱 가스화의 수치적 모델링

Numerical Modeling of Plastic Waste Gasification for High-Purity Hydrogen Production

2021년 국내 플라스틱 폐기물은 1,193만 2,000톤으로 2017년에 비해 49.5% 증가하였다. 플라스틱의 소비량과 생산량은 계속해서 증가할 것으로 예상되며 폐플라스틱의 재활용률은 지극히 낮은 상황으로 플라스틱의 효율적인 재활용 기술이 요구되고 있다. 플라스틱 가스화는 폐플라스틱을 열화학적으로 분해하여 고순도의 수소를 생산하며 동시에 폐플라스틱의 부피를 효과적으로 줄일 수 있는 방법으로 플라스틱 전주기에서 지속가능성을 높여주는 기술이다. 본 연구에서는 1 t/day의 폐플라스틱 가스화기의 수치적 모델링을 통해서 가스화기의 성능을 분석하였다. 폴라스틱 입자의 건조, 휘발화, 그리고 표면반옹을 고려한 가스화기 난류반옹유동 해석 코드를 개발하여 수치해석을 수행하였으며 다양한 운전변수들이 수소 수율에 미치는 영향을 파악하였다. 반응기의 온도, 산소비, 수증기의 온도와 분사량이 수소 수율에 주요한 영향을 미치는 운전변수로 파악되었다. 계산 결과는 실험 결과와 비교하여 그 정확도를 평가하였으며 민감도 분석을 통해서 최적 운전조건을 도출하였다.