Transcript 바이오매스 전력기술
제4강 바이오메스 (Biomass) 물리,에너지학부 (6월4일, 수) 바이오매스 전력기술 재생바이오매스 연료를 열과 전기로 변환하는 기술 미국 : 수력 다음으로 많음 1. 직접연소(Direct-combustion) – – 과잉공기와 바이오매스가 연소되는 것 고온의 가스 생산 보일러에서 열교환 을 통하여 증기를 발생 증기터빈 발 전기에서 전기 생산 바이오매스 전력기술 2. 공동연료(co-firing) – – – – – 기존 발전소의 연소기 연료를 석탄에서 바이오매스로 대체 단기적으로 가장 경제적임 주요 발전소 장비를 그대로 사용 저 렴 석탄의 액체화, 사이클론, 유동성 베드, 확산급탄기 등 보일러기술의 개발 이산화황, 질소산화물 등 배기가스 감소 바이오매스 전력기술 3. 가스화(gasification) – – 바이오매스를 직접 연소시켜 바이오가 스를 생산 바이오가스는 가스터빈 상부 사이클과 증기터빈 하수 사이클로 구성되는 복합 사이클 전기발전소에서 연료로 사용 바이오매스 전력기술 4. 열분해(pyrolysis) – – 바이오매스가 공기가 부족한 환경에서 고온에서 분해 최종생산물 : 숯, 산소처리된 오일, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소 등 바이오매스 전력기술 5. 혐기성 소화(anaerobic digestion) – – 산소가 없는 환경에서 메탄과 다른 부산 물을 생산하기 위하여 혐기성 박테리아 에 의해 유기물을 분해시키는 과정 음식물 쓰레기, 동물의 배설물, 동물체 등 유기성 폐기물로부터 메탄 생산 바이오매스 장점 1. 기존 에너지원의 대안 – 환경문제, 시골지역의 경제성장, 국가에 너지 안전 2. 이산화황, 질소산화물 등 배기가스가 적다 3. 쓰레기를 사용함으로써 매립 문제를 해결할 수도 있다 4. 고용 창출 5. 풍부한 자원과 파급효과 바이오매스 단점 1. 자원의 산재(수집, 수송불편) 2. 다양한 자원에 따른 이용기술의 다양 성과 개발의 어려움 3. 과도 이용시 환경파괴 가능성 4. 단위공정의 대규모 설비투자 바이오에너지 종류 바이오디젤 바이오가스 바이오에탄올 바이오화학원료 바이오매스의 열, 전기 바이오수소 바이오에너지 종류 바이오에너지 국외동향 미국 해외 석유의존도 탈피를 위해 바이오에너지 공급 바이오에탄올 대량생산을 위해 옥수수 대신 목질계 바이오 매스를 이용한 기술개발추진 수송용 바이오에탄올 보급에 주력, 발전의 경우 바이오고형 연료와 LFG 보급 병행 유럽 교토의정서 상의 온실가스 감축목표 달성을 위해 바 이오에너지 공급 바이오디젤 대량생산을 위해 유채 대신 목질계 바이오매스 를 이용한 기술개발추진 바이오디젤 보급에 주력, 발전의 경우 바이오고형연료를 이 용한 지역난방과 바이오 메탄가스를 이용한 발전을 병행 목질계 바이오매스의 가스화를 통한 전기생산 기술 개발 추 진중 바이오에너지 국외동향 일본 바이오메탄가스 보급에 주력, 농산,임산 부산 물 등 자국내 부존 미활용 바이오매스 보급도 병행 브라질 해외 석유의존도 탈피를 위해 저가 사탕수수 를 이용한 바이오에탄올을 생산하며 세계최대 공급국 (전체 수송용 연료 중 20% 점유) 바이오에너지 국외동향 바이오에너지 국외동향 바이오에너지 국내동향 ‘88년 대체에너지개발촉진법에 기술개발 수행 산업자원부, 농촌진흥청,산림청에서 기술개발추진 바이오혼합연료, 바이오고형연료 생산 및 이용기술개발 바이오메탄가스 상용화 기술, 바이오디젤 원료작물 육성 및 생산기술 바이오고형연료 생산 및 이용 기술 2002년 5월 바이오디젤 대체에너지 인정 바이오디젤(BD20) 수도권 전라북도 지정 주요소에서 판매 허용(70여 곳) 2007년 7월 바이오디젤 전국 보급 5개 정유사에서 바이오디젤혼합연료(BD5)판매 바이오에너지 국내동향 ‘88년 대체에너지개발촉진법에 기술개발 수행 산업자원부, 농촌진흥청,산림청에서 기술개발추진 바이오혼합연료, 바이오고형연료 생산 및 이용기술개발 바이오메탄가스 상용화 기술, 바이오디젤 원료작물 육성 및 생산기술 바이오고형연료 생산 및 이용 기술 2002년 5월 바이오디젤 대체에너지 인정 바이오디젤(BD20) 수도권 전라북도 지정 주요소에서 판매 허용(70여 곳) 2007년 7월 바이오디젤 전국 보급 5개 정유사에서 바이오디젤혼합연료(BD5)판매 바이오연료 바이오 에탄올 탄수화물로부터 생성 녹말, 당분, 또는 섬유소와 같이 탄수화물이 높은 바이오 메스를 발효시켜 만든다. 바이오 디젤 지방이나 기름으로 제조 에테르 Bio-Ethanol Produced by hydrating ethylene or by fermenting sugars CH3CH2OH + 3O2 2CO2 + 3H2O 초기에 엔진은 ethanol을 썼다 2차세계대전에는 로켓연료로 쓰임 Sugar는 브라질에서 주로 생산되어짐 바이오에탄올 전분작물 (보리, 옥수수) 탄수화물 (포도당) 당화 (가수분해) 알코올발효 바이오에탄올 • 가수분해 : 다당류가 단순한 당분으로 변환하는 과정 • 발효 : 당분을 에탄올로 변환하는 일련의 화학작용 C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 미국 (옥수수)과 브라질 (사탕수수) : 전 세계 한해 생산량의 70% (377억 리터) (참고:우리나라 일년 휘발유 소비량 (7억8400 리터) 당질계 (사탕수수, 사탕무) 전분질계 (감자, 고구마) 효모발효 당화 바이오에탄올 (5~10%) 당 효모발효 전처리 목질계 (볏집, 나무, 폐지) 셀룰로스 바이오에탄올 셀룰레이즈 당 농축 연료용에탄올 연료용에탄올 바이오에탄올 연료용에탄올 Future of Bioethanol 현재는 단지 Sugar로부터 생산되어진 다. Aim is to convert all biomass to ethanol Engineering micro-organisms 바이오디젤 자연에 존재하는 각종 기름성분을 물리화학적 처리공 정(에스테르화공정)거쳐 석유계 디젤과 유사한 액체연 료로 변환시켜 디젤 엔진에 사용하는 기술 유채씨, 해바라기씨, 대두, 자트로파 등 종자 곡물 식물 가공처리공정의 부산물기름(쌀기름) 폐식용유, 동물성폐지방 바이오디젤의 역사 약 1세기전 루돌프 디젤이 시제품 출시 (땅콩기름 이용) 1970년대 중반부터 개발이 시작 최근 : 도시형버스, 순환버스, 트럭, 공 항셔틀 등 각종차량 등이 전환됨 바이오디젤 생산 트리글리세린 기름과 메탄올과 같은 알코올이 반응 하여 지방산 알킬에스테르(바이오디젤)와 글리세린 이 생성 초에스테르화 반응 : 트리글리세린 + 자유지방산(<4%) + 알코올 알킬에 스테르 + 글리세린 산성에스테르화 반응 : 트리글리세린 + 자유지방산(>4%) + 알코올 알킬에 스테르 + 트리글리세린 다시 초에스테르화 반응을 통해서 생산 바이오디젤 생산 산성에스테르화 반응 1. – 4%이상 자유지방산을 함유하는 재료 황산, 메탄올과 재료 혼합물 가열 및 교반 + 자유지방산 바이오디젤 초에스테르화 반응 2. – 4%이하 자유지방산 재료, 수산화칼륨(촉매), 메탄올 혼 합 반응 바이오디젤 + 글리세린 분리 메탄올 회수 3. – 바이오디젤과 글리세린 분리후 메탄올 회수(역반응방지) 바이오디젤 정제 4. – 생성된 바이오디젤 세척 증류단계 글리세린 정제 5. – 오염물질제거(50-80% 순도) 99% 고순도 정제 후 제약산업이나 화장품산업에 공급 바이오디젤 바이오연료와 환경 공해와 바이오연료 1. – – B100 : 100% 바이오디젤 B20 : 20% 바이오디젤 + 80% 석유디젤 배기가스 B100 B20 일산화탄소 -47% -12% 탄화수소 -67% -20% 매연 -48% -12% 질소산화물 +10% +2% 공기독성 -60% ~ -90% -12 % ~ -20% 돌연변이 유도물 -80% ~ -90% -20% 바이오연료와 환경 수질오염과 바이오연료 2. – – 주로 저장탱크나 유류수송관으로부터 유출이 일어날 수 있다. 바이오디젤 자체는 독성이 없으나, 첨가제인 MTBE의 독 성이 문제가 된다 지구 기후변화 3. – 이산화탄소의 농도를 감소시켜 지구 온난화를 예방