기존 화석연료를 대체할 수 있는 수송연료로서 바이오 디젤은 유해물질 배출을 줄일 수 있어 친환경 에너지로 기대를 모으고 있다. 바이오디젤 관련 기술 개발 방향을 설정하고 제도적 지원을 위해서는 바이오 디젤의 친환경 특성 및 경제성 등에 대한 보다 정량적이고 정성적인 평가가 필요하며, 바이오디젤 생산과정에서 지구 온난화 지수, 에너지소비, 생산비용, 생산기술 및 feedstock에 대한 LCA 분석 연구를 통해 보다 체계적인 환경 및 경제성 평가가 가능하였다. Feedstock에서부터 연료사용에 이르기까지의 바이오 디젤 LCA 평가와 관련한 많은 연구에서 feedstock 생산과정의 온실가스 배출량과 에너지 소비가 전체 환경 및 경제성 평가 수치의 50-80% 범위를 차지하여, 가장 큰 주요 기여 인자가 되었다. 경제성 측면에서는 초임계 메탄올 공정을 이용하여 폐식용유로부터 바이오디젤을 생산하는 과정이 현실적으로, 기술적으로 가장 유리하였다. 향후, 바이오 연료 시장을 보다 확장하고 보다 광범위하게 사용하기 위해서는 바이오디젤의 물성개선을 비롯하여 원료에 대한 식량과의 논쟁을 피하기 위한 지속가능한 원료확보 관련 연구도 수행되어야만 할 것이다.
기존 화석연료를 대체할 수 있는 수송연료로서 바이오 디젤은 유해물질 배출을 줄일 수 있어 친환경 에너지로 기대를 모으고 있다. 바이오디젤 관련 기술 개발 방향을 설정하고 제도적 지원을 위해서는 바이오 디젤의 친환경 특성 및 경제성 등에 대한 보다 정량적이고 정성적인 평가가 필요하며, 바이오디젤 생산과정에서 지구 온난화 지수, 에너지소비, 생산비용, 생산기술 및 feedstock에 대한 LCA 분석 연구를 통해 보다 체계적인 환경 및 경제성 평가가 가능하였다. Feedstock에서부터 연료사용에 이르기까지의 바이오 디젤 LCA 평가와 관련한 많은 연구에서 feedstock 생산과정의 온실가스 배출량과 에너지 소비가 전체 환경 및 경제성 평가 수치의 50-80% 범위를 차지하여, 가장 큰 주요 기여 인자가 되었다. 경제성 측면에서는 초임계 메탄올 공정을 이용하여 폐식용유로부터 바이오디젤을 생산하는 과정이 현실적으로, 기술적으로 가장 유리하였다. 향후, 바이오 연료 시장을 보다 확장하고 보다 광범위하게 사용하기 위해서는 바이오디젤의 물성개선을 비롯하여 원료에 대한 식량과의 논쟁을 피하기 위한 지속가능한 원료확보 관련 연구도 수행되어야만 할 것이다.
Biodiesel is a type of biofuel obtained from bioresources and able to use in diesel vehicles as an alternative/additive to petro diesel. In recent biodiesel research, there are three main issues which include high quality biodiesel, low cost feed stock and a highly efficient biodiesel production pro...
Biodiesel is a type of biofuel obtained from bioresources and able to use in diesel vehicles as an alternative/additive to petro diesel. In recent biodiesel research, there are three main issues which include high quality biodiesel, low cost feed stock and a highly efficient biodiesel production process. The sustainable production and use of biodiesel are attracting much attention in the renewable energy field. In this paper, we review some of the literatures related to environmental and economic evaluation for biodiesel production and analysis the issues including life cycle assessment (LCA), global warming potential (GWP), energy consumption, biodiesel production cost, production technologies and feedstock.
Biodiesel is a type of biofuel obtained from bioresources and able to use in diesel vehicles as an alternative/additive to petro diesel. In recent biodiesel research, there are three main issues which include high quality biodiesel, low cost feed stock and a highly efficient biodiesel production process. The sustainable production and use of biodiesel are attracting much attention in the renewable energy field. In this paper, we review some of the literatures related to environmental and economic evaluation for biodiesel production and analysis the issues including life cycle assessment (LCA), global warming potential (GWP), energy consumption, biodiesel production cost, production technologies and feedstock.
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문제 정의
LCA tool을 발전시키고 완성하기 위하여 바이오디젤 생산의 지속가능성에 대한 연구도 실시되었다. 지속 가능한 바이오디젤 생산 공정을 규명하기 위해, Narayanan 등 [41] 은 engineering sustainable development (ESD) approach라는 방법을 도입하였으며, Niederl 과 Narodoslasky [42]는 sustainable process index (SPI)를 이용하여 각각 가장 지속가능한 공정을 분석 제시하고자 하였다.
따라서, 바이오디젤 생산에 대한 환경 및 경제성 평가 (environmental and economic evaluation)> 위한 전과정 평가 (LCA, life cycle assessment) 연구를 통해, 지구 온난화 지수 (GWP, global warming potential), 에너지 소비량, 생산비용, 생산기술 및 feedstock에 대한 분석 연구가 실시되고 있다. 본 논문에서는 바이오 디젤의 lca 연구 현황을 정리하고, 최근의 경제성 및 기술적인 관련 이슈들에 대한 분석을 통해 향후 전망을 기술하였다
제안 방법
그 다섯 가지 allocation 접근 방법은, displacement approach, energy value 및 market value 에 근거한 allocation approach, displacement 및 allocation method를 결합한 hybrid approach 이다. Soybean-based 바이오디젤의 에너지 및 환경부하가 적용된 접근 방법에 따라 변동하였다. Soybean-based 바이오디젤에 대한 다섯 가지 allocation approach 결과는 석유 연료에 비해 fossil energy 사용 (> 52%), petroleum 사용 (> 88%) 및 GHG emission (> 57%)이 상당히 감소하는 것으로 나타났다.
。-元 있다. 바이오디젤 관련 기술 개발 방향을 설정하고 제도적 지원을 위해서는 바이오 디젤의 친환경 특성 및 경제성 등에 대한 보다 정량적이고 정성적인 평가가 필요하며, 바이오디젤 생산과정에서 지구 온난화 지수, 에너지소비, 생산비용, 생산기술 및 feedstock에 대한 LCA 분석연구를 통해 보다 체계적인 환경 및 경제성 평가가 가능하였다. Feedstock에서부터 연료사용에 이르기까지의 바이오디젤 LCA 평가와 관련한 많은 연구에서 feedstock 생산과정의 온실가스 배출량과 에너지 소비가 전체 환경 및 경제성 평가 수치의 50-80% 범위를 차지하여, 가장 큰 주요 기여 인자가 되었다.
대상 데이터
그 과정은 다양한 biofuel chain, 전환기술 토지 사용, 농지 용도변경 및 대체 생산물 관련 이슈에 이르기까지 다양한 factor들을 포함한다. 그것은 바이오연료 생산 과정에서같이 생산되는 글리세롤 같은 화학생산품, 수송용 화석연료, 동물사료, 전기 등을 포함한다. 전 과정 평가 (LCA)를 실시하는데 있어서 온실가스 배출량 등 환경부하, 그리고 물질 및 에너지 흐름은 Sima-pro, Aspen-HYSIS 같은 simulator software를 활용하여 계산한다.
데이터처리
그것은 바이오연료 생산 과정에서같이 생산되는 글리세롤 같은 화학생산품, 수송용 화석연료, 동물사료, 전기 등을 포함한다. 전 과정 평가 (LCA)를 실시하는데 있어서 온실가스 배출량 등 환경부하, 그리고 물질 및 에너지 흐름은 Sima-pro, Aspen-HYSIS 같은 simulator software를 활용하여 계산한다.
성능/효과
Soybean-based 바이오디젤의 에너지 및 환경부하가 적용된 접근 방법에 따라 변동하였다. Soybean-based 바이오디젤에 대한 다섯 가지 allocation approach 결과는 석유 연료에 비해 fossil energy 사용 (> 52%), petroleum 사용 (> 88%) 및 GHG emission (> 57%)이 상당히 감소하는 것으로 나타났다. 그들의 연구에서, displacement method와 allocation method를 결합한 hybrid approache가 각 coproduct에 대해 가장 적절한 allocation 방법으로 선택되었다.
69/1의 범위에 있다고 보고하였다. Vegetable oil 및 waste grease로부터 바이오디젤 생산 비용은 각각 US$ 0.54 ±0.62/1 및 US$ 0.34 士 0.42/1 범위에 있는 것으로 예측하였다 그는 바이오디젤에 대한 보다 정확한 경제성 평가를 위해서는 보다 많은 연구와 기술적 진보가 필요하다고 결론지었다. Feedstock 비용은 바이오디젤 경제성 평가에 가장 큰 영향을 미치는 변수이며, 투자비용, 공정비용 및 글리세롤 credit과 같은 fhctor도 바이오디젤 생산비용에 영향을 줄 수 있다.
Stephenson 등 [2이은 영국에서 rapeseed oil로부터 대규모 (연간 25만톤) 및 소규모 (연간 2천톤) 바이오디젤생산 플랜트에 대해 종 에너지 사용량과 global warming potential (GWP)을 조사하였다. 그들의 결과에서, 대규모 플랜트로부터 바이오디젤 생산의 경우 에너지 (0.71 MJ per MJ of energy content) 및 GWP (0.022 kg CCb-equiv./MJ) 면에서 석유디젤생산에 비해 각力 56%, 26%씩 감소하였다. 다양한 결과들의 차이에도 불구하고, 대부분의 연구에서 life cycle 중의 원료 재배단계 (agricultural phase)와 전환공정단계 (Transformation process phase) 에 많은 관심이 집중되었다.
7%를 차지하였다 [2], 또한, 최근의 전 세계적인 친환경 녹색성장 정책과 더불어, 각 국에서는 바이오 연료 도입 목표치를 설정하여 정책적인 지원을 하고 있다. 따라서, 현재의 기술적, 정책적인 측면을 고려하면 바이오디젤을 포함한 바이오 연료의 비중이 25-30%까지 확대될 것으로 전망하고 있다. [3], 국내에서도 정부의 저탄소 녹색성장 정책에 부응하여 향후 바이오디젤 보급률을 2012년에 3%, 2020년에는 7%까지 확대하기로 하여, 관련 시장 확대 및 기술개발이 활성화될 것으로 기대된다.
초임계 transesterificatione 전처리 과정 없이 폐오일을 활용할 수 있기 때문에, 전처리에 대한 투자 및 운전 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다. 바이오디젤 플랜트의 경제성 평가에서 바이오디젤 가격이 플랜트 규모 (125, 000- 8000 ton/year)에 따라 US$ 0.17-0.52/1 범위 있는 것으로 나타났다. 플랜트의 경제성 평가에서 주요 sensitivity factor는 raw material price, plant capacity, glycerol price, capital cost 등이었다.
Harding 등 [14]은 alkali-based 및 biologic이 catalyst를 이용한 바이오디젤 생산에 대한 LCA 연구를 실시하였다. 생물학적 촉매 반응에 의한 바이오디젤 합성은 아직 실험실 수준에 머물러 있지만, 기존 무기촉매 반응에 비해 간단한 정제 과정 및 이에 따른 낮은 에너지 소비량과 같은 몇 가지 장점이 있다 전환공정에 대한 LCA 결과, enzymatic production route가 모든 impact category에 대해 향상된 결과를 가져왔다. Global warming potentional, acidification, photochemical oxidation이 5% 가량 감소하였다.
후속연구
LCA 결과는 상당히 변할 수 있는데, 이것은 입력 data 의 정확도 차이, 평균 data 값의 사용, LCA inventory를 구축하는데 사용한 가정 때문이다 향후 LCA 방법론 연구에서는 다른 환경부하에 추가해서, 토지이용에 대한 양적인 impact를 평가하는 tool 개발을 고려해야 할 것이다. 전반적인 LCA 결과에 영향을 주는 또 다른 주요 factoi■는 energy mix, 토지이용, 경작 특성과 같은 지역적 특수성으로 각 나라에 따라 크게 변한다.
따라서, 현재의 기술적, 정책적인 측면을 고려하면 바이오디젤을 포함한 바이오 연료의 비중이 25-30%까지 확대될 것으로 전망하고 있다. [3], 국내에서도 정부의 저탄소 녹색성장 정책에 부응하여 향후 바이오디젤 보급률을 2012년에 3%, 2020년에는 7%까지 확대하기로 하여, 관련 시장 확대 및 기술개발이 활성화될 것으로 기대된다. [4],
대부분의 LCA 연구는 현재의 기술을 기준으로 충〕는데 반해, 에너지 및 기후변화에 대한 정책은 장기적인 관점의 의사결정이라고 할 수 있다. 따라서, 향후 연구에서는 미래의 기술 개발 및 발전을 도입할 필요가 있다. 이와 동시에, 최소한의 불확실성을 가지고 미래의 발전된 기술을 다루기 위해서는 LCA 모델이 더 개선되고 발전되어야 할 필요가 있다.
하지만 바이오 연료 시장을 보다 확장하고 보다 광범위하게 사용하기 위해서는 바이오디젤의 저온물성 (cloud point) 등을 개선해야 할 여지가 있다. 또한, 수요 증대에 따라 원료에 대한 식량과의 논쟁을 피하기 위한 지속가능한 원료확보 관련 연구도 수행되어야만 한다.
팜유, 유채유, 대두유 등 식물성 오일로부터 생산되는 바이오디젤은 무독성, 생분해성, 낮은 황 함유율로 유해물질 배출이 적고, 거의 CO2-neutral 수송연료이다 [1]. 바이오디젤 생산에 에너지 투입이 필요하지만 화석연료보다 온실가스 배출이 상당히 적으며, 더 효율적인 방법으로 바이오 연료를 생산할 수 있다면 greenhouse gas neutral 도 가능하다. 이러한 여러 가지 장점 때문에 북미 및 유럽에서는 높은 곡류 가격에도 불구하고 시장 점유율이 증가하고 있다.
미국 정부는 또한 biofiiels를 지원하고 에탄올 생산을 위한 장려금을 준다. 지속적인 탄수화물 경제로 전환을 위해, 보다 값 싼 바이오매스를 연료와 화학제품으로 전환하기 위한 경제적인 가공 및 전환기술이 개발될 것이다. 연구자들의 기술개발과 정부의 정책적 지원, 사회적 공감대 등이 효과를 발휘하면, 제한된 석유 자원의 가격 상승에 대해 biofiiels는 결국 가격 경쟁력을 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
하지만, 폐기물로 처리되어야 할 trap grease를 바이오디젤로 전환하는 것은 가치 없는 폐기물을 활용하는 효과적인 방안이 될 수 있다. 폐유가 디젤연료 수요의 몇 % 밖에 공급하지 못함에도 불구하고, 그것은 화석연료에 대한 의존성을 줄이고 환경문제를 해결하는데 기여할 수 있을 것이다.
향후 바이오디젤 관련 기술 개발 방향을 설정하고 제도적 지원을 위해서는 바이오 디젤의 친환경 특성 및 경제성 등에 대한 보다 정량적이고 정성적인 평가가 필요하다. 따라서, 바이오디젤 생산에 대한 환경 및 경제성 평가 (environmental and economic evaluation)> 위한 전과정 평가 (LCA, life cycle assessment) 연구를 통해, 지구 온난화 지수 (GWP, global warming potential), 에너지 소비량, 생산비용, 생산기술 및 feedstock에 대한 분석 연구가 실시되고 있다.
경제성 측면에서는 초임계 메탄올 공정을 이용하여 폐식용유로부터 바이오디젤을 생산하는 과정이 현실적으로 기술적으로 가장 유리하였다. 향후, 바이오 연료 시장을 보다 확장하고 보다 광범위하게 사용하기 위해서는 바이오디젤의 물성개선을 비롯하여 원료에 대한 식량과의 논쟁을 피하기 위한 지속가능한 원료확보 관련 연구도 수행되어야만 할 것이다.
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