친환경 복합 플랜트의 개념과 기술 종류 및 향후 발전 방향

본문내용

복합플랜트의 핵심기술인 열병합발전시스템은 효율향상을 위한 방향으로 기술개발이 이루어지고 있음
현재 고효율화(발전효율 42%이상)와 기종 확대 방향으로 기술개발이 이루어지고 있으며, 그 예로 이엔바하사의 고효율 가스엔진(발전효율 38.8%)을 들 수 있음
이엔바하사는 엔진열효율이 50%(엔진출력200KW)인 세라믹가스엔진을 개발 중인 반면, 희박혼합기 파이럿 착화방식의 대형 가스엔진은 발전 효율 42.5%를 달성하여 이미 판매하고 있음
미국 쏠라사는 발전효율 40%를 목표로 리사이클 열 교환기를 부착시킨 4000kW급 고효율 가스터빈을 개발하고 있으며, 터빈열효율이 42%이상(300KW급)인 세라믹가스터빈은 개발이 완료되어 현재 신뢰성 향상과 원가절감에 중점을 두고 있음
연료전지, 마이크로가스엔진, 마이크로가스터빈 등을 이용하여 열병합 발전시스템 소형화를 추진하고 있음
향후 보급확대가 기대되는 고체고분자형 연료전지(PEFC)는 발전 효율이 30~35%높고 배열효율 35~45%의 온수를 생산할 수 있으며, 소형 경량, 경음일 뿐 아니라 진동이 적고 기동정지특성이 뛰어난 장점을 나타냄
일본과 유럽은 자연에너지와 도시지역 미활용에너지를 이용한 냉난방 공급 시스템 구축에 박차를 가하고 있음
일본은 자연에너지와 도시지역 미활용에너지를 이용한 열공급시스템 요소기술 개발과 실증 실험을 통하여 실용화 보급기반을 구축함
EU는 수 km에 이르는 대규모 수송관을 정비하여 하천수, 해수, 소각열 등의 미활용 에너지를 활용한 지역 열 공급을 실시하고 있음
독일 뮌스터시는 전체 사용 에너지 중 30%를 가정에서 생산되는 태양광 발전, 풍력 발전 등의 재생에너지로 충당하고 있으며, 99년부터 10만 가구 태양지붕프로젝트를 완료하고, 2004년에는 2기 10만 가구 프로젝트에 돌입함
3.2 폐기물이용 종합자원화 플랜트
기존 소각방식은 효율 향상, 환경오염 최소화와 폐기물 자원화를 목적으로 직접 소각방식과 소각재 용융방식을 결합한 형태로 기술개발이 이루어지고 있음
직접소각방식으로는 스토커, 유동상, 로타리킬른 등이 사용되며, 소각재 용융을 위해서는 보조버너, 코크스베드, 산소부화, 전기아크, 플라즈마 등이 사용됨
다이옥신류 등의 유해가스 배출저감을 위해 고온소각기술에 대한 개발이 진행 중
일본은 차세대형 Mass Burn소각시스템 개발에 착수하여 고온소각 Thermal Recycling system을 개발하였음
MBP(Mechanical Biological Pretreatment) 기술은 생활폐기물에 포함된 유기물을 최대한 회수활용하고 매립되는 폐기물의 양을 최소화는 기술로 유럽이 활발히 개발하고 있음
독일을 중심으로 유럽으로 확대되고 있음
폐기물 열분해용융방식이나 열분해가스화 등 혼합형태의 신기술에 대한 기술개발도 활발함
1997년 일본 폐기물 연구재단과 19개사의 Matching Fund로 차세대형 Chemical Recycling System을 개발한 바 있음
2000년 초부터 용량 100,000톤/년 이상인 열분해가스화 용융 플랜트가 10개 이상 가동되고 있으며, 설비는 주로 독일과 일본에 있음
열분해가스화 용융소각신기술 개발이 유럽에서는 정체상태임
3.3 수소 생산·이용 플랜트
수소는 물을 전기분해하면 쉽게 제조할 수 있으나 입력에너지(전기 에너지)에 비해 수소에너지의 경제성이 너무 낮아 대체 에너지 또는 촉매를 이용한 제조기술을 연구 중
원자력 에너지를 이용하여 물을 분해하는 방법은
1) 고온전기분해법: 초고온가스로(VHTR)에서 발생하는 950도 가량의 열에너지와 외부 전기에너지를 혼합하여 직접 분해하거나
2) 열화학공정법: 고온에서 요오도(I2)와 황산(SO4)을 촉매로 물을 분해하는 IS열화학 공정 방식으로 크게 나눌 수 있음
고온전기분해법은 대규모의 수소제조가 가능하고, 향후 세라믹 등 고온재료의 기기 제작성과 내구성이 향상되는 경우 1200℃까지 온도를 높일 수 있는 장점이 있어 많은 연구가 진행 중임
열화학공정법은 3개의 화학반응이 한 사이클을 이루고 있으며, 모든 화학물질이 재순환되므로 어떤 오염물질이 전혀 생성되지 않게 수소나 산소를 얻을 수 있다는 장점이 있으나 화학반응의 복잡성이 단점으로 지적되고 있음
이 외에도 대기압 방전 및 플라즈마 기술을 이용한 방식, 불완전 카본 나노튜브를 이용한 물 분해 방식 등 경제적이고 효율적으로 수소를 제조할 수 있는 연구가 진행 중임
브라운가스 활용 분야에서는 이미 국내 업체들도 소형 용접이나 절단, 환경오염물 처리에 적용하기 시작하였으며, 보일러나 가열로 등에 적용하여 연소를 촉진시키고 효율을 높이는 시장도 개척 중임
3.4 바이오에너지 제조플랜트
최근 국가별로 바이오연료를 보급확대하고자 바이오에탄올을 중심으로 신규 공장 건설을 계획 중
미국 DOE는 2030년까지 2004년 가솔린 수요량의 30%를 바이오 연료, 특히 바이오에탄올로 대체하려는 목표를 설정하였으며, 이를 달성하려면 바이오연료의 생산량을 현재 130만톤/년 옥수수로부터 생산된 에탄올 생산량
에서 2,000억 톤/년으로 증가시켜야 할 것으로 예상하고 있음
EU는 바이오연료의 비중을 2010년까지 현재 2%에서 6%로 증가시키려는 계획을 갖고 있으며, 2010년까지 연간 10만 톤을 생산하는 신규 바이오에탄올 공장 약 60개를 건설할 계획임
브라질은 바이오에탄올 생산량을 2004년 160억톤/연(전 세계 생산량 중 38%를 차지)에서 2010년까지 220억톤/연으로 생산량을 증가시킬 계획임
바이오연료에 사용되는 원료를 다양화하기 위한 연구가 활발하며, 바이오매스 폐기물을 이용하는 연구개발도 수행 중
바이오에탄올을 대량 생산하기 위한 돌연변이 미생물이나 고효율 발효기에 대한 연구가 수행 중임
돌연변이 미생물 고정화나 고정화층 발효기를 이용하여 당 발효 효율을 높이는 연구가 진행 중
Bioreactor의 배치나 운영 모드에 관한 연구도 진행 중
Infinol사는 고농도 당 주입에 따라 동적으로 작동되는 발효기 2004년 출원된 미국특허 #10978293를 이용하여 사업화 개시
를 개발하였고, 에탄올에 대한 저해효과를 없애고 발효기를 안정화시킬 목적으로 과증발 막을 이용함

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