초록 ▼

1.분석자 서문

바이오가스 고질화는 광범위하게 연구되고 논의되고 있는 주제이며 천연가스 대체재로서의 그 이용은 최근 몇 년 동안 주목을 받고 있다. 바이오메탄의 생산은 열 및 발전, 그리고 차량 연료로서 다양한 용도를 제공한다. 본 논문은 에너지소비 및 경제성평가 측면에서 고질화 효율성, 메탄(CH4) 손실, 환경영향, 개발 및 상업화, 그리고 개선점 등 바이오가스 고질화 기술의 최신 기술에 대해 체계적으로 검토하였다. 바이오가스 고질화에 대한 시장 상황은 최근 수년간 급속히 변화가 되었고, 멤브레인 분리 기술은

1.분석자 서문

바이오가스 고질화는 광범위하게 연구되고 논의되고 있는 주제이며 천연가스 대체재로서의 그 이용은 최근 몇 년 동안 주목을 받고 있다. 바이오메탄의 생산은 열 및 발전, 그리고 차량 연료로서 다양한 용도를 제공한다. 본 논문은 에너지소비 및 경제성평가 측면에서 고질화 효율성, 메탄(CH4) 손실, 환경영향, 개발 및 상업화, 그리고 개선점 등 바이오가스 고질화 기술의 최신 기술에 대해 체계적으로 검토하였다. 바이오가스 고질화에 대한 시장 상황은 최근 수년간 급속히 변화가 되었고, 멤브레인 분리 기술은 바이오가스 고질화 기술로 상당한 시장점유율을 차지하게 되었다. 또한 바이오가스의 잠재적 이용가능성, 바이오 압축천연가스(Bio-CNG)로의 효율적인 전환 및 저장 시스템에 대한 심도 있는 연구가 이뤄지고 있다. 주유소에서는 Bio-CNG를 위한 두 가지 저장 시스템, 즉 BUFFER 및 CASCADE 방식의 저장 시스템이 사용되고 있다. 최상의 저장 시스템은 두 시스템의 장점을 기반으로 선택되었으며, 또한 Bio-CNG 및 CNG로 채워진 차량의 연비 및 질량 배출량에 대해서도 연구가 되고 있다. Bio-CNG의 연비와 이산화탄소 배출량은 동일하다고 할 수 있다. 본 논문은 바이오가스 고질화 기술의 기술적 특징, 바이오가스 이용 및 관련 투자에 대한 다양한 요구사항, 운영 및 유지보수 비용, 향후 권고 사항에 대한 비교 결과를 바탕으로 고질화 기술에 대해서 잘 정리되어 있으며, 관련 연구 및 업무에 종사하고 있는 여러 연구자들에게 도움이 될 수 있을 것이라 사료된다.



2. 목차

1. 개요

2. 바이오가스 고질화 및 정제 기술

2.1. 압력 변동 흡착(PSA)

2.2. 흡착(Absorption)

2.3. 멤브레인 분리(MS)

2.4. 극저온 분리(CS)

2.5. 바이오가스로부터 다른 미량성분의 분리

2.6. 바이오가스 고질화 기술의 전과정 평가

2.7. 혁신적인 생물학적 바이오가스 고질화

2.8. 바이오가스 고질화 기술의 경제성평가

2.9. 기술개발 및 상업화

3. 바이오가스 이용 및 Bio-CNG 전환

3.1. 바이오가스로부터 수소 생산

3.2. 열병합발전과 전력 생산(CHP)

3.3. 천연가스 그리드에 바이오가스 주입

3.4. 열 및 스팀 생산용 바이오가스

3.5. 바이오-CNG로의 바이오가스 전환

3.6. 차량 연료로서의 바이오-CNG

4. Bio-CNG 저장 시스템

4.1. BUFFER 저장 시스템

4.2. CASCADE 저장 시스템

5. 결론 및 향후 방향

본 총론은 바이오가스 고질화 기술의 기술적 특징, 바이오가스 이용 및 관련 투자에 대한 다양한 요구사항, 운영 및 유지보수 비용, 향후 권고 사항에 대한 비교 결과를 바탕으로 고질화 기술에 대해서 잘 정리되어 있다. 이용 가능한 바이오가스 고질화 기술, 다양한 바이오가스 이용, Bio-CNG로의 변환 및 향후 사용을 위한 저장 기술에 대한 심도 있는 의견을 제공해야 될 것이다. 바이오가스 생산은 상업적으로 개발된 기술일지라도, 바이오가스를 사용하기 전 엄격한 정제 요건으로 인해 바이오가스의 전 세계적인 이용은 여전히 제한적이다.

본 총론을 통해 CH4 손실, 환경영향, 유지비용 및 에너지소비를 줄이기 위해 여전히 수많은 연구가 필요함을 발견하였다. 개발되어 상용화된 바이오가스 고질화 기술은 물 스크러빙(water scrubbing), 압력 변동 흡착(pressure swing adsorption), 아민 스크러빙(amber scrubbing)이지만 멤브레인 기술은 높은 시장 수요로 인해 상황을 바꾸었고 경제적 측면과 환경적 측면으로 인해 미래의 모든 분리 공정을 대체할 수 있게 되었다. 하지만 탈황, 건조 및 VOC 제거와 같은 바이오가스 고질화 공정에는 멤브레인 기술이 덜 사용되고 있는 상황처럼 향후 멤브레인 소재 개발은 매우 높은 선택성의 효율보다는 다양한 바이오가스 성분과의 호환성에 중점을 두어야만 하는 과제가 남아 있다. 결론적으로, 새로운 방법과 대규모 공정 사이의 지식 격차를 줄이기 위한 많은 노력이 필요하다.

바이오가스는 모든 응용 분야에서 천연가스의 대체물질로 사용될 수 있으며, 일반 CNG의 대안으로 자동차 연료로서 Bio-CNG로 전환시킬 수 있다. Bio-CNG는 타 탄소 기반 화석연료에 의한 환경오염을 최소화하는 데 중요한 역할을 수행할 것이다. 유럽 및 전 세계를 중심으로 바이오가스 생산량이 증가하고 있으며, 압축된 형태의 자동차 연료로서의 바이오가스 활용도가 증가하고 있다. 친환경적 측면에서 bio-CNG의 CO2 배출량도 CNG와 비교하여 거의 동등 수준으로 배출된다.

Bio-CNG 저장을 위한 저장 시스템은 CASCADE 및 BUFFER 시스템이 있으며, 충전 시스템, 충전시간, 압축기 입력 작업 등과 같은 다양한 변수를 조절함으로써 저장 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 하지만 아직까지 CASCADE 및 BUFFER 저장 시스템의 장점을 결합한 저장 시스템을 구축하기 위해서는 더 많은 연구와 개발이 필요하다. 연구와 개발을 통해 저장 시스템의 향후 개발 및 개선을 위한 기회를 제공할 수 있을 것이다.

바이오가스는 유럽을 중심으로 전 세계적으로 사용량이 증가하고 있는 추세이다. 유럽 각 국가들은 차량용 연료로서 바이오가스의 품질 기준을 가지고 있으며. 이 품질 기준은 파키스탄, 인도, 말레이시아 및 인도네시아와 같은 개발도상국의 품질 기준으로도 활용될 수 있다. 가장 중요한 점은 무엇보다 Bio-CNG 사용 및 저장을 위한 안전 예방조치 또한 주의를 요하는 중요한 부분이다.

본 총론은 바이오가스 고질화 기술의 기술적 특징, 바이오가스 이용 운영 및 유지보수 비용, 향후 권고사항에 대해 잘 정리되어 이를 잘 파악할 수 있었으며, 관련 연구 및 업무에 종사하고 있는 여러 연구자들에게 도움이 될 수 있을 것이라 사료된다.



References

1. Imran Ullah Khana, Mohd Hafiz Dzarfan Othman, Haslenda Hashim, Takeshi Matsuura, A.F. Ismail, M. Rezaei-DashtArzhandi, I. Wan Azelee, “Biogas as a renewable energy fuel - A review of biogas upgrading, utilization and storage”, Energy Conversion and Management, 2017, 150, 277-294.

2. Krich K, Augenstein D, Batmale J, Benemann J, Rutledge B, Salour D. Chapter 3: Upgrading Dairy Biogas to Biomethane and Other Fuels”. Biomethane from Dairy Waste A Sourceb Prod Use Renew Nat Gas Calif Clear Concepts 2005; 1: 21–7.

3. Farzaneh-Gord M, Dashtebayaz M, Reza Rahbari H. “Studying effects of storage types on performance of CNG filling stations”. J Nat Gas Sci Eng 2011; 3(1): 334–40.



※ 이 자료의 분석은 CJ제일제당 바이오기술연구소의 김지영님께서 수고해주셨습니다.