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바이오에너지 종류와 작동원리바이오 에너지 종류와 종류별로 작동원리가 뭐예요?
그리고 바이오 매스와 바이오 가스는 다른 건가요?
목질 바이오매스 에너지 종류

 

  목질 바이오에너지 생산에는 에너지 원료인 바이오매스 생산 ․ 공급 기술과 에너지 가공기술이 요구된다 .  목질바이오매스는 액체연료 ,  고체연료 ,  가스화기술로 인한 열 ,  전력과 같은 형태의 에너지화가 가능하다 .

 

1)  바이오에탄올

 

 목질바이오매스는 셀 2 룰로오스 ,  헤미셀룰로오스 및 리그닌과 같은 성분으로 구성되어 있어 이들 성분 중 발효과정을 거쳐 에탄올화 할 수 있는 성분을 분리하여 적절한 처리과정을 거쳐 연료용 바이오에탄올을 제조해 낸다 .

  목질바이오매스는 구성 성분 간에 상당히 견고한 결합상태를 유지하고 있음으로 전처리와 당화과정을 거쳐 발효의 최적 상태의 단당류 상태로 가수분해시킨다 .

 가수분해과정에는 다양한 물리화학적 방법이 이용되기도 하고 효소가 이용되기도 한다 .  여기에서 얻어진 단당류에 적절한 발효균을 이용하면 에탄올이 생성되고 여기에 첨가물을 가하면 연료용 바이오에탄올이 완성된다 .  세계적으로 바이오에탄올 주생산국인 브라질이나 미국에서 사탕수수나 옥수수의 전분을 이용한 에탄올 생산이 실용화 되고 있는 상황이다 .  그러나 이들은 식량 원료이기도 하여 수요증가로 인한 가격앙들 등의 부작용으로 선진 각국에서는 식량 원료를 이용한 에너지화를 기피하려는 움직임과 동시에 대체 원료로 목질계 바이오매스를 주목하고 있다 .  선진각국에서는 탄소저감효과가 큰 바이오에탄올을 수송용 연료에 혼입하면서 점진적으로 대체하려는 목표를 세우고 있기 때문에 우리나라에서도 자동차 연료로의 바이오에탄올 혼입은 중장기적으로 반드시 실현될 것으로 예측되고 있는 상황이다 .

 

2)  고체연료

 

 목질바이오매스를 원료로 한 고체연료로는 목재 칲 ,  숯 ,  브리켙 ,  펠릿 등을 대표적으로 들 수 있다 .  아래 표에 목질계 연료의 함수율별 발열량 차이 및 기타연료의 발열량을 나타냈다 .  표에서 보는 바와 같이 목질바이오매스의 연료로서의 기능은 함수율과 발열량에 따라 건조한 나무일 수록 발열량이 높은 것을 알 수 있다 .  또한 목재가 휘발유와 같은 화석자원에 비해 동일한 연료무게 대비 발열량이 적으나 목재펠릿이나 브리켓의 형태로 가공한 경우 열효율이 개선될 수 있다 .

-  목재 고체연료와 타 연료와의 발열량 비교  -

연료 종류

함수율 (%)

저위발열량 ( ㎉ / ㎏ )

젖은 목재

40

2,490

목재

20

3,496

목재

15

3,735

전건 목재

-

4,789

목탄

5

6,944

목재펠릿

8~10

4,117

소나무 톱밥 브리켓

-

5,070

갈탄

-

2,011

LPG

-

11,325

휘발유

-

10,727

등유

-

10,487

천연가스

-

9,027

 

3)  열 ,  전기

 

 목질바이오매스로부터 열에너지와 전기 생산을 위한  1 차 전환 기술은 직접 연소 ,  열분해 및 가스화로 알려져 있다 .  직접연소시스템에서는 많은 공기유입으로 바이오매스의 산화과정을 거치면서 보일러의 열교환부위에서 스팀을 생산하는데 필요한 뜨거운 가스를 만들어 내고 이 때 만들어진 고열의 스팀이 지역나방 등의 열에너지로 활용하거나 전기를 생산하는데 이용된다 .  즉 전기는 고열의 스팀이 냉각되는 과정에서 만들어지는 것이며 전기는 스팀 축출과정에서 폐열발전 하는 원리이다 .  이와 같이 열에너지와 전기를 함께 생산하는 열병합발전이 소규모의 경우에는 개별난방 또는 지역에너지원으로 사용되기도 하며 대규모의 산업체에 활용되기도 한다 .

 가스화 기술은 두 가지 단계를 거치는데 그 첫 번째가 무산소의 고온 (450~850 도 )  열분해 과정에서 일산화탄소 ,  수소 ,  증기 ,  메탄 ,  이산화탄소 ,  휘산성 타르 및 물과 같은 가스류로 전화되는 과정이다 .  여기에서 가스화 되지 않은 잔유물은 투입한 원료양의  10~25% 정도인데  700~1,200 도로 가열하여 산화시켜 일산화탄소를 만들고 이들을 다시 연소터빈에 도입시키면 전기를 생산하게 된다 .

 직접 연소를 이용하는 경우에는 시설투자는 적지만 단위 전기량을 생산하는데 소요되는 열량이 높고 가동비용이 높은 단점이 있고 ,  가스화기술은 시설투자비가 비싸지만  150 ㎽ 이상의 규모에서는 가동비용이 상당히 절감되는 것으로 알려져 있다 .                  알아두세요!

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2019.04.11.