초록 ▼

◻ 연구개요
에너지의 탈탄소화를 통한 온실가스 감축 및 미세먼지 저감 등 환경적 가치에 대한 수요가 증가함에 따라 수소경제 활성화를 바탕으로 하는 수소 생산과 활용에 대한 관심이 증가하였다. 열분해는 char, oil, syngas와 같은 자원 및 에너지원을 생산할 수 있는 열화학적 공정이다. 따라서 청정 수소 생산의 필요성에 의해 폐바이오매스의 열분해 기술 발전의 필요성이 대두되었으며, 효율적인 열분해를 위한 다양한 열분해 연구가 진행 중이다. 마이크로웨이브 열분해는 에너지 효율성이 높고 공정 운영이 난해하지 않아 폐바이오매

◻ 연구개요
에너지의 탈탄소화를 통한 온실가스 감축 및 미세먼지 저감 등 환경적 가치에 대한 수요가 증가함에 따라 수소경제 활성화를 바탕으로 하는 수소 생산과 활용에 대한 관심이 증가하였다. 열분해는 char, oil, syngas와 같은 자원 및 에너지원을 생산할 수 있는 열화학적 공정이다. 따라서 청정 수소 생산의 필요성에 의해 폐바이오매스의 열분해 기술 발전의 필요성이 대두되었으며, 효율적인 열분해를 위한 다양한 열분해 연구가 진행 중이다. 마이크로웨이브 열분해는 에너지 효율성이 높고 공정 운영이 난해하지 않아 폐바이오매스를 통한 수소 생산 기술로 적합할 것으로 판단된다. 폐바이오매스의 마이크로웨이브 열분해 반응을 통한 수소에너지 생상 효율 향상을 위해 촉매 반응을 결합한 연구를 수행하였다.

◻ 연구 목표대비 연구결과
하수슬러지 4종(생슬러지, 폐활성슬러지, 소화슬러지, 농축슬러지), 돈분뇨, 음폐수, 혐기성 소화슬러지와 같은 다양한 폐바이오매스를 통한 마이크로웨이브 열분해가 진행되었다. 하수슬러지를 통해 일반 열분해와 마이크로웨이브 열분해의 에너지 사용량 및 운전 인자를 비교 분석하였으며, 마이크로웨이브 열분해에서 에너지 사용량이 67% 절감됨을 확인하였다. 이는 승온시간에 큰 영향을 받은 결과로 승온시간은 마이크로웨이브 열분해가 일반 열분해에 비해 약 20배 빠름을 확인하였다. H₂ 생산량에서도 최대 68%까지 마이크로웨이브 열분해가 유리함을 확인하였다. 마이크로웨이브 열분해 촉매로 SiC, AC(Activated Carbon), Char, Olivine이 적용되었으며, 공정운영에 장점을 갖는 물질은 AC로 확인됐다. SiC, char 및 olivine도 마이크로웨이브 열분해에 적용이 가능함을 보였으며, 그 중 char는 열분해 생성물로서 자원활용 및 지속가능한 개발의 관점에서 가장 촉망받는 물질로 확인할 수 있었다. 폐바이오매스의 열분해를 통한 가스생산은 800 ℃ 이상의 온도에서 원활하게 이루어짐을 확인하였으며, 높은 온도에서 H2 함량이 높아짐을 확인하였다. 하수슬러지보다 돈분뇨 및 음폐수의 혼합시료에서 높은 가스 회수율을 확인할 수 있었으며, 가장 효율이 높은 폐바이오매스는 돈분뇨와 음폐수를 통한 혐기성 소화 잔류물(소화슬러지)임을 확인하였다. 단일 폐바이오매스 중 가장 높은 H₂ 함량을 보인 원료는 돈분뇨로 44%의 H₂ 함량을 갖는 합성가스가 생산되었으며, 가장 낮은 H₂ 함량을 갖는 원료는 돈분뇨와 음폐수의 혼합시료임을 확인하였다. 두 원료의 H₂ 함량차이는 2배로 결과값의 차이가 극명하게 나타났다. Ni/Al₂O₃ 촉매를 활용한 syngas 개질을 통해 H2 함량 증대를 위한 연구를 진행하였으며, 그 결과 Ni/Al₂O₃ 촉매가 열분해의 최종 가스 생성물인 H₂ 및 CO 생산량 증대에 유의미한 결과를 보임을 확인하였다. 증대된 가스 함량은 81~85%로 H₂, CO 가스 함량이 주를 이루었으며, 이는 촉매의 가스 개질 효과로 인해 경질 타르 및 CH₄, CO₂, 탄화수소류가 H₂ 와 CO로 분해되었음을 확인하였다. 촉매 반응을 결합한 마이크로웨이브 열분해 공정을 위한 자료로 폐바이오매스의 수분함량에 의한 생성물 수율 변화를 확인하였으며, 그 결과 높은 수분함량에서 합성가스 생성량이 증대함을 확인하였다. 그러나 긴 승온 시간으로 인해 에너지 효율적인 측면에서 단점이 확인되었으며, 수분함량 50% 내외에서 에너지 효율성이 높음을 확인할 수 있었다.

◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
본 연구의 결과는 폐바이오매스의 마이크로웨이브 열분해를 통해 청정 바이오수소 생산과 관련된 연구의 포토폴리오 수립에 활용될 가치가 있을것으로 판단되며, 국내에서 발생되는 유기성 폐기물의 처리가 시급함에 따라 중요성이 높은 연구로 생각된다. 본 연구는 촉매 반응 기반의 마이크로웨이브 열분해 기술로 폐바이오매스의 처리 및 수소에너지 생산에 활용될 것으로 예상됨에 따라 열분해를 활용하는 다양한 산업 분야의 기초 자료로서 적용될 가능성을 갖는다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 18
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 20
• 끝페이지 ... 37