고품질 바이오연료 생산을 위한 수열탄화 플랜트 실증연구

Demonstration Study of Hydrothermal Carbonization Plant for Production of Upgraded Biofuel

세계 기후변화 대응의 일환으로 지구 평균기온 상승을 1.5℃로 제한하는 파리협정에 준하여, 194개국 이하 우리나라에서는 신재생에너지 발전에 대한 투자와 연구가 지속적으로 증가하고 있는 실정이다. 그러나 신재생에너지 발전은 수급 안정성, 경제성 저하 등의 실존적 문제에 당면되어 있는 상태이다. 이러한 가운데 바이오연료를 생산하는 관점에서 에너지 효율이 높고, 고품질의 연료를 생산할 수 있는 수열탄화 기술이 각광받고 있다. 수열탄화는 밀폐계, 160~220℃ 온도범위 내 조건에서 아임계수를 촉매로 활용하여 저온탄화하는 과정이다. 물의 상변화를 수반하지 않으므로 잠열의 소비가 발생되지 않아 공정의 에너지 효율이 크게 상승하는 장점이 있다. 또한 탈수, 가수분해, 탈카르복실화 등의 일련의 반응을 통해 고분자 원료가 저분자로 전환되며, 또한 친수성기가 소수성기로 전환되는 특성이 나타난다. 따라서 고형연료 생산의 관점에서 원료의 물리적 탈수성이 크게 향상될 뿐만 아니라, 탄소밀도가 향상되어 단위 발열량이 향상되는 결과가 나타난다. 또한 바이오가스 생산의 측면에서 생물학적 난분해성 성분의 전처리 공정으로 생산수율이 향상됨을 확인하였다. 본 연구에서는 하수슬러지, 가축분뇨, 음식물폐기물 등의 다양한 유기성 폐자원을 이용하여 lab-scale에서 실증플랜트 규모까지의 수열탄화 기술개발을 통해 바이오연료의 품질, 플랜트의 에너지 효율 분석을 진행하였다. 또한 수열탄화 기반의 분산형 바이오매스 플랜트, 도시자원 순환형 복합플랜트, 저에너지 소비형 슬러지 고형연료 생산 플랜트 등의 실증기술 연구를 통하여 지속가능한 신재생에너지 발전으로서의 타당성 평가를 수행하였다.