바이오매스를 이용한 반탄화 공정의 특성 및 경제성 평가에 관한 연구
초록/요약
기후변화대응이 요구되는 상황에서 온실가스 및 미세먼지는 전 세계적인 화두로 자리 잡고 있는 상황이다. 그동안 전력의 대부분을 차지하였던 석탄 화력발전소는 환경오염의 주범이라는 인식 때문에 가동을 중지하거나 폐쇄하는 단계에 이르고 있다. 에너지 수요와 사회 발전이 증가되면서 전력을 안정적으로 확보하기 위한 기술의 요구가 증가되고 있는 상황이다. 석탄을 대신하여 신재생에너지인 태양광, 풍력, 수력, 바이오매스 등이 발달하고 있는데, 우리나라의 경우, 지형적 제한으로 인해 다양한 신재생에너지를 활용하기에는 어려움에 있는 상황이다. 이에 재생에너지인 바이오매스를 안정적인 발전용 연료로 활용하기 위한 기술로서 개발해야만 한다. 바이오매스를 석탄 화력발전소에서 사용하기 위한 화두로는 발전소에 공급하기 위한 연료의 품질성(수분, 회분, 질소, 황, 발열량 등)과 바이오매스를 전처리하여 경제적으로 활용할 수 있는 사업성이 있다. 본 연구에서는 이와 같은 바이오매스의 문제점을 개선하기 위하여, 국내에서 공급이 가능한 폐목재(2017년 기준 180만톤)와 거대억새(향후 발전용 연료로 활용하기 위한 신규 재배 연료)를 이용하여 건식 반탄화(Dry torrefaction)와 습식 반탄화(Wet torrefaction)를 연구하였다. 각각의 바이오매스 샘플에 대해 반탄화 방식 별 연료 특성을 비교하여 기술적·사업적 측면을 고려한 최적의 반탄화 공정을 분석 하였다. 또한, 반탄화 샘플에 대하여 Mass & Energy yield와 연 투자비 대비 수익률인 ROI와 연 매출대비 수익률인 IRR를 비교하여 경제적인 발전소 적용이 가능하도록 하였다. 결론적으로, 발전소 납품 기준을 맞추기 위한 기술성 측면과 비용절감을 위한 경제성 측면의 건식과 습식 반탄화 공정을 비교하였으며, 바이오매스 원료의 상태에 따라 적절한 반탄화 공정을 선택하는 것이 바람직하다고 판단하였다.
more목차
목 차
제 1 장 서 론 1
제 1 절 연구배경 1
제 2 절 문헌 동향 8
1. 바이오매스 현황 및 활용의 문제점 8
가. 바이오매스 품질기준 17
2. 연료 청정화 기술 20
가. 건식 반탄화 (Dry torrefaction) 21
나. 습식 반탄화 (Wet torrefaction) 22
다. 연소(Combustion) 기술 24
제 3 절 연구 목적 및 목표 27
제 4 절 논문 개요 28
제 2 장 실험 방법 29
제 1 절 바이오매스의 특성 29
제 2 절 실험 장치 39
1. 건식 반탄화 장치 39
2. 습식 반탄화 장치 40
제 3 절 청정연료 제품의 특성 분석 방법 41
1. 연료 적용성 평가 방법 41
제 3 장 결과 및 고찰 44
제 1 절 연료 청정화 기술 특성 44
1. 온도에 따른 영향 44
2. 압력에 따른 영향 47
제 2 절 연료 적용성 평가 48
1. 공업, 원소 분석 49
2. 발열량 분석 54
3. 회분 및 회융점 분석 56
4. 수분재흡착 분석 63
5. 분쇄도(HGI) 분석 65
6. 미세먼지 및 Fuel NOx 배출 예측 67
제 3 절 사업성 평가 71
1. Mass & Energy yield 71
2. 경제성 및 사업타당성 분석 77
제 4 장 결 론 85
참고문헌 87
