에너지연, 바이오매스 생산 고효율 습식공정 개발
벌목 부산물, 칡덩굴, 버섯 폐배지까지 바이오연료로 전환
기사승인 2024-06-20 15:57:56
잔가지나 칡덩굴 등 산림폐기물을 화력발전 연료로 사용하는 기술이 개발됐다.
한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 광주친환경에너지연구센터 민경선 박사 연구팀이 벌목 부산물과 잡목을 고체 바이오연료로 전환하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.
산림폐기물을 증기폭쇄 기반 반탄화 반응기로 가공하는 연구팀. 한국에너지기술연구원 바이오매스는 목재 등 임업 부산물을 파쇄하고 펠릿이나 칩 형태로 가공해 연료로 활용할 수 있어 탄소중립을 실현할 수 있는 중요한 원료로 꼽힌다.
실제 국제에너지기구(IEA)에 따르면 바이오매스 기반 화력발전은 2050년까지 재생에너지 발전량의 7%를 차지할 것으로 전망된다.
초기 바이오연료는 옥수수와 같은 식량자원이 사용됐지만 식량안보 문제가 제기되면서 톱밥으로 만든 목재 펠릿을 수입하고 있다.
이를 만들려면 가열과 건조를 거친 반탄화 공정을 거치는데, 이 때 300℃ 이상의 고온이 필요하고, 건조과정에서 열량이 손실되고 칼륨, 나트륨 등 무기질이 발생해 설비를 부식시키는 문제가 있다.
연구팀은 이를 극복하기 위해 건조 대신 증기를 이용한 습식공정을 개발, 무기질 발생은 줄이고 원료의 열량 손실률도 낮추는 데 성공했다.
이와 함께 과거 건식 반탄화 공정에 적용하기 어려웠던 벌목 부산물, 칡덩굴, 버섯 폐배지까지 적용할 수 있는 기술을 개발했다.
연구팀이 개발한 공정은 기존보다 낮은 200℃에 원료를 투입하고 15분가량 증기에 노출시켜 화학적 결합을 낮추면서도 쉽게 분해 가능한 상태로 만들 수 있다.
또 순간적으로 압력을 떨어뜨리면 원료가 더 작은 입자로 나눠지면서 펠릿모양으로 만들기 용이한 것도 장점이다. 작은 입자의 바이오매스는 화력발전에 사용할 수 있도록 장치에 넣어 펠릿 모양으로 압축한다.
여기에 펠릿이 최적의 성능을 내도록 화학적 조성, 온도, 압력, 지름과 길이 대비 압축비를 다양하게 조합할 수 있어 균질의 효율적 펠릿을 만들 수 있다.
연구팀이 생산한 바이오연료 성분을 분석한 결과 온도와 시간이 증가할수록 연소 효율을 저해하는 헤미셀룰로오스와 무기물 함량이 줄어든 것을 확인했다.
이에 따라 바이오연료의 고위 발열량은 최대 22M/㎏, 에너지 회수율은 최대 95%까지 증가, 습식공정이 폐 바이오매스 활용에 가장 효과적인 공정임을 입증했다.
증기폭쇄 기반 반탄화 원료(왼쪽), 공정(가운데), 결과(오른쪽). 한국에너지기술연구원 민 박사는 “바이오연료는 기후위기, 자원고갈 등의 문제해결에 직접 기여하는 에너지원”이라며 “농업과 산림폐기물을 화력발전소에 혼합해서 사용할 수 있는 연료로 만들어 자원 순환체계를 구축하고 탄소중립 실현에 도움이 될 것”이라고 말했다.
