바이오 에너지.

바이오 에너지 자료 다운로드(유료):

http://www.happycampus.com/doc/11647411/

 

 

 

바이오 에너지

1. 바이오 에너지 정의

▹ 태양광을 이용하여 광합성 되는 유기물(주로 식물체) 및 동 유기물을 소비하여 생성되는 모든 생물 유기체(바이오매스)의 에너지를 바이오에너지라 한다.

▹ 바이오에너지 생산기술이란 동 생물 유기체를 각종 가스, 액체 혹은 고형연료로 변환하거나 이를 연소하여 열, 증기 혹은 전기를 생산하는데 응용되는 화학, 생물, 연소공학 등을 일컫는다.

 

 

 

참고) 바이오매스(Bio-mass)란?

태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체,균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물 유기체를 일컬는다. 따라서 바이오매스자원은 곡물, 감자류를 포함한 전분질계의 자원과 초본, 임목과 볏짚, 왕겨와 같은 농수산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원과 사탕수수, 사탕무와 같은 당질계의 자원은 물론 가축의 분뇨, 사체와 미생물의 균체를 포함하는 단백질계의 자원까지를 포함하는 다양한 성상을 지님 이들 자원에서 파생되는 종이, 음식 찌꺼기 등의 유기성폐기물도 포함한다.

 

2. 바이오 에너지 종류

1) 바이오 디젤

(1)개요

콩기름 등의 식물성 기름을 원료로 해서 만든 바이오연료로 바이오에탄올과 함께 가장 널리 사용된다. 보통 메탄올을 이용해 3가의 지방산에 글리세롤이 결합한 트라이글리세리드로부터 글리세롤을 분리한 다음, 지방산에스터를 만들어 내는 에스테르 교환방법을 통하여 만든다. 이때 만든 바이오디젤이 바로 지방산 메틸에스테르(FAME)이다.

(2)생산 공정

① 바이오디젤의 생산과정은 트랜스에스테르화 공정(Transesterification Process)과 바이오디젤 정제공정(Biodiesel Refining Process)으로 구분할 수 있다.② 트랜스에스테르화 단계에서는 원료인 식물성 오일과 메탄올을 촉매와 함께 적정한 온도와 압력에서 반응을 시키고 이 과정을 통하여 생성된 메틸에스테르와 글리세린은 분리시켜 각각 정제공정을 거쳐 바이오디젤과 글리세린 제품으로 생산된다.

 

 

 

 

(3) 장 ‧ 단점

1) 장점

① 국내 자급이 가능하고,재생가능한 식물자원(바이오매스)에서 생산되므로 에너지자원의 고갈 문제가 없고,폐식용유 등 폐자원을 유효 활용할 수도 있다.

② 공정의 전 주기(Life cycle)에서 볼 때, 연료 사용에 의해 배출된 CO2는 바이오매스의 생산과정(식물의 광합성)에서 회수되므로 CO2의 순 배출량이 대단히 적다.

③ 산성비의 주범인 SOx를 전혀 배출하지 않고, 함산소연료(산소 10% 이상)이므로발암물질인 입자상물질 등을 크게 저감할 수 있다.

④ 세탄가가 경유보다 높아 압축착화엔진에 그대로 적용이 가능하며, 경유와 20%정도 혼합 사용하는 경우에는 기존 엔진이나 연료 인프라를 그대로 사용할 수 있고 출력이나 연비 변화도 거의 문제시되지 않는다.

⑤ 윤활성이 좋기 때문에, 경유의 저황화에 따른 윤활성 저하 대책으로 사용할 수 있다.(1%첨가에 30%의 윤활성 향상)

⑥ 벤젠 등을 배출하지 않아서 독성이 적고, 생분해도가 높아서(3주 이내에 90% 이상 분해), 유출시 환경오염이 적은 등 여러 장점이 있다.

 

 

항목	B100	B20
미연탄화수소(THC)	-36.7 %	-7.3 %
황산화물(SOx)	-100 %	-17.6 %
질소산화물(NOx)	+8.9 %	+1.8 %
일산화탄소(CO)	-46.2 %	-9.3 %
입자상물질(PM)	-68.1 %	-13.6 %
오존발생잠재도(OFP)	-50 %	-10 %
발암성 방향족화합물(PAH)	-80 %	-13 %
질화 발암성방향족화합물(nPAH)	-90 %	-50 %
Life Cycle CO2 저감량	-78.45 %	-15.66 %
▲ 바이오 디젤의 공해 저감효과 출처 : 미국 NREL

 

2) 단점

①경유보다 점성이 높아서 연료분사 인젝터의 막힘이나 실린더 내 카본퇴적이 증가한다.

②한냉 시 유동성 저하에 따른 냉시동성의 악화 등을 유발할 수 있다.

 

 

 

(4)산업 현황 및 전망

① 해외

국가	생산량(천톤)	시장규모(억원)
독 일	1,035	8,280
미 국	581	4,648
프랑스	348	2,784
이탈리아	320	2,560
▲바이오 디젤 주요 국가별 시장 규모

 

 

② 국내

가.바이오 보급 실적 및 전망

 

 

 

 

시장규모	중장기 보급계획으로 BD7로 혼합비율이 해마다 0.5％증가, 시장규모는 2020년 2조원으로 확대
시장환경	향후 오일 피크 이론에 따라 유가 다시 고공행진 가능성 미국 정부의 의지등에 따라 국제적인 온실가스 감축 노력에 가속 전망
정유사	혼합비율 확대에 따라 바이오 디젤 거부감 감소예상 안정적인 공급능력을 갖춘 대형 BD업체와 전략적 파트너 관계 구축
원료수급	대두유 원료 퇴조하고 팜오일이 주력 원료로 부상 비식용 원료(예:자트로파)의 시장 진입 선진국 중심으로 해조류/미세조류 바이오 디젤 상업화, 국내 연구 가속화 예상

 

1세대 바이오 디젤 기술 - 지방산 에스테르화	⇒	2세대 바이오디젤기술 -열분해&합성가스	⇒	수소에너지 시대
▷농작물의 유지를 원료로 사용 ▷당분 및 목질부분 사용불가 ▷알코올과 촉매 필요		▷농작물 전체를 원료로 사용 ▷모든 탄화수소 사용 ▷알코올 촉매 등 불필요		▷합성가스를 연료전지 원료로 사용 ▷2세대 바이오디젤 기술로 수소의 생산 및 활용 가능

 

 

(5) 문제점

- 자동차 배출가스의 유해물질 저감을 위해서는 바이오디젤의 배합비율이 높아져야 하는데 바이오디젤은 엔진을 부식 시키는 특성이 있어서 엔진의 고장을 유발할 가능성이 있다.

- 오래 저장하는 경우 변질될 위험이 있다.

- 바이오디젤을 생산하기 위해서는 많은 양의 식물자원이 필요한데, 이를 재배하기 위한 토지를 확보하기 어렵고, 기후 변화에 따라 생산량의 변동이 있어 가격의 안정성을 확보하기 어렵다는 등 사용량을 늘리는데 한계가 있다.

 

   

2) 바이오 에탄올

(1) 개요

사탕수수·밀·옥수수·감자·보리 등 주로 녹말작물을 발효시켜 차량 등의 연료 첨가제로 사용하는 바이오연료이다.

 

(2) 제조 과정

 대표적인 원료는 사탕수수·밀·옥수수·감자·보리·고구마 따위의 녹말 작물이다. 바이오매스 안에 있는 탄수화물을 글루코스(포도당)로 전환시킨 뒤, 다시 포도주나 양조 맥주를 발효시키는 것과 비슷한 발효과정을 거쳐 만든다.

 

 

 

(3) 장·단점

 

 

장 점	단 점
▷일반 대중에 잘 알려져 있으며 독성이 적다. ▷유기 배출물의 반응성이 낮다. ▷유독 공해물질 배출량이 적다. ▷엔진 효율이 높다. ▷CO2 배출이 적다. ▷황, 질소 성분을 함유하고 있지 않다. ▷재생가능 바이오매스 자원으로부터 생산이 가능하다.	▷현재 기술로는 가격이 비싸다. ▷원료 공급원의 제한이 있다. ▷식용 알코올로 전용될 소지가 있다. ▷부피당 열량이 가솔린 대비 1/3 정도 작아 연료통이 커진다. ▷ 저온 시동성이 나쁘다.

 

 

 

 

 

 

 

(4) 현황 및 사업전망

① 해외

 

 

3) 바이오 가스

(1)개요

미생물의 작용에 의하여 유기질 폐기물에서 생성되는 메탄가스. 이것을 이용하여 발전이나 열 에너지원으로 사용한다. 바이오가스 생성 시스템으로는, 소규모의 것으로 축산물 쓰레기용 메탄 발효 장치 등이 이용되고 있고, 대규모의 것으로 전력 소비량이 많은 제지·펄프 공장 등에서 이용되고 있다.

 

 

(2) 생산 원리

바이오가스 생산 공정으로 투입된 유기물은 공정운전에 손상을 줄 수 있는 이물질을 제거, 분쇄, 혼합하여 혐기성 소화조로 유입하며, 혐기성 소화조 내에서의 메탄생산 단계는 기능적으로 서로 다른 미생물에 의해 세단계로 구분된다.

 

 

 

첫 번째 단계 :복합 고분자 유기물이 가수분해 미생물에 의해 단순 단위화합물로 쪼개지는 가수분해(hydrolysis) 단계이고, 두 번째는 단순 단위화합물이 메탄생성의 원료로 사용되는 각종 휘발성지방산, CO2, H2를 생산하는 산생성(acetogenesis) 단계, 마지막으로 전 단계에서 생산된 산물을 이용하여 CH4를 생산하는 메탄생성(methanogenesis) 단계로 구분한다.

 

   

 

 

(3) 산업 현황 및 전망

① 국내

    가. 바이오 가스 산업 활성을 위한 정책 및 법 제도수립

- 정부는 2009년 3월 신재생에너지사업의 보급 확대와 관련 기술개발 등을 위해 바이오가스 및 석유가스, 나프타부생가스, 합성가스 등을 도시가스에 포함시키는 관련법(도시가스사업법 제2조)을 개정됐다.

- 정부는 저탄소 녹색성장의 일환 및 국가비전으로 ‘폐자원에너지화사업’을 제시함과 함께 2009년 7월 ‘폐자원 및 바이오매스 에너지대책’을 수립, 2020년까지 폐자원 에너지화 사업에 총 3조4565억원을 투자한다는 계획을 발표. 여기엔 바이오매스, 바이오가스, 석탄가스 등도 포함된다.

나. 국내 바이오가스 연료화 추진 현황

- 환경문제의 심화와 석유자원의 고갈위기로 인한 국제유가 상승, 교토의정서 발효에 의한 온실가스 감축의무 본격화는 바이오가스 개발에 대한 중요성을 증대되고 있다

- 2009년에 바이오메탄서울(주)이 주축이 되어 선진국의 기술·자본 유치를 통해 물재생센터(하수처리장)의 하수처리 과정에서 발생하는 바이오가스를 정제해 CNG버스 등 CNG차량에 사용하고 있다.

- 2011년 9월 인천환경공단 가좌하수처리사업소가 자체 하수처리장 소화조의 음식물쓰레기와 하수슬러지를 정제하여 발생된 바이오 메탄(CH4)을 이용한 연료화 사업을 추진 중이다.

-인천 수도권매립지관리공사에서도 2011년 6월 자동차연료용 바이오가스 공급에 착수했다. 기존의 CNG보다 저렴한 가격으로 공급이 가능해 앞으로 시장 활성화는 가속화 될 전망이다.

 

② 국외

- (주)글로벌인포메이션은 BCC Research가 최근 "바이오가스 업그레이드 : 기술과 세계 시장 (Biogas Upgrading: Technologies and Global Markets)" 보고서를 발행했다고 밝혔다. "바이오가스 업그레이드 : 기술과 세계 시장" 보고서에서는 세계 바이오가스 에너지 변환 시스템 시장 규모가 2011년 1억 2,540만 달러를 기록하고, 이후 연평균 성장률(CAGR) 22%로 성장해, 2016년 3억 3,850만 달러에 도달할 것으로 내다봤다.

 

세계의 바이오가스 에너지 변환 시장은 북미, 유럽, 아시아 태평양, 기타 지역의 4개 지역으로 분류되며, 각 지역 시장 규모에 대한 전망은 아래와 같다.

 

지역	2011(5millions)	2016(5millions)	CAGR% 2011-2016
북미	1.5	2	5.9
유럽	92.7	250.5	22
아시아 태평양	30.1	83.9	22.8
기타지역	1.1	2.1	13.8

 

 

4)BTL 디젤

 

 

 

 

 

 

 

3. 바이오 에너지 기술

  1) 분류

 

 

대 분류	중 분류	내 용
바이오액체연료 생산기술	연료용 바이오 에탄올 생산기술	당질계, 전분질계, 목질계
	바이오디젤 생산기술	바이오디젤 전환 및 엔진적용기술
	바이오매스 액화기술 (열적전환)	바이오매스 액화, 연소, 엔진이용기술
바이오매스 가스화기술	혐기소화에 의한 메탄가스화 기술	유기성 폐수의 메탄가스화 기술 및 매립지 가스 이용기술 (LFG)
	바이오매스 가스화기술 (열적전환)	바이오매스 열분해, 가스화, 가스화발전 기술
	바이오 수소 생산기술	생물학적 바이오 수소 생산기술
바이오매스생산, 가공기술	에너지 작물 기술	에너지 작물 재배, 육종, 수집, 운반, 가공 기술
	생물학적 CO2 고정화 기술	바이오매스 재배, 산림녹화, 미세조류 배양기술
	바이오 고형연료 생산, 이용기술	바이오 고형연료 생산 및 이용기술 (왕겨탄, 칩, RDF(폐기물연료) 등)

 

 

2) 최근 바이오 기술

(1) 지금까지 바이오매스자원을 이용하여 주로 연료(eg. bio-ehyanol, hydrogen etc.)나 화학원료(eg. organic acid, other platform chemical) 생산기술은 석유자원(protrochemical feedstocks)를 이용한 화학적 합성공정에 의존하였으나 이로 인한 환경문제 및 자원고갈등의 문제가 대두되었다. 따라서 이러한 공해 유발형 및 고에너지 소비형 화학원료 생산공정을 재생가능한 자원(renewable feedstocks)인 바이오매스(biomass)를 이용한 생물공학적 발효공정으로 대체하여 탈공해 및 저공해의 청정생물공학기술(green- biotechnology)을 이룩하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

 

(2) 생물유기체(바이오매스)를 구성하는 탄수화물은 석유를 구성하는 탄화수소와 마찬가지로 이론적으로는 화학, 생물공학기술을 응용하여 우리 일상생활에 쓰이는 거의 모든 화학제품을 만들 수 있다.

예) 미국의 카킬사(Cargill corp.)는 네바라스카 주에 건설된 Biorefinery에서 옥수수를 원료로 Lactic acid(젖산)를 포함한 수개의 화학제품과 생분해성 플라스틱인 Polylactic Acid를 생산하기 시작 이와 같은 바이오 매스를 이용한 범용 화학제품의 생산은 비 연료유용 석유(나프타)의 소비를 절약할 뿐만 아니라 공정자체의 에너지소비를 줄일 수 있어 석유소비를 절감하며, 유화계 플라스틱 등을 대체하여 환경오염을 저감시킨다.

 

참고) Biorefinery 기술이란?

(목질계 바이오연료/ 및 화학원료 생산기술)

- 식물체 등 바이오매스를 원료로 BT(Bio-Technology)를 이용하여 바이오 연료류(에탄올,부탄올,아세톤 등)와 화학원료(젖산,숙신산)를 만드는 기술과 이를 실현한 플랜트를 말한다.

   

 

 

 

4. 국내 바이오 에너지 산업의 발전 방향

1) 바이오 에너지 도입에 따른 사회적 편익에 대한 가치 인식 필요

바이오 에너지를 도입하면서 화석연료 에너지 소비감소라는 직접적인 이익 이외의 사회적 편익에 대한 가치를 인식할 필요가 있다. 추가적으로 얻게 되는 사회적 편익은 농가소득증대, 온실가스 저감, 대기오염 감소, 에너지 안보 강화 등을 들 수 있다. 시장가격만을 고려하지 않고 사회적 편익까지 고려한 경제성 판단이 되어야 할 것으로 판단된다.

2) 인프라 구축과 기술 개발의 고도화

바이오 에너지를 보급하기 위해서는 바이오 연료와 화석연료를 혼합하는 혼합시설과 저장 시설설비를 위한 투자와 준비기간이 필요하다. 결국, 생산과 유통채널까지의 인프라 구축이 선행되어야 하며 경제성평가부분에서 효익이 발생 할 수 있도록 효율을 높일 수 있는 고도의 기술개발까지 필요하다. 바이오 에너지의 확대는 생산비용 낮추는 것이 관건이다.

3) 시장 메커니즘을 보완할 수 있는 인센티브 제공

상용화가 시작된 바이오 디젤의 경우 제조와 판매가 이원화됨으로써 혼합 및 판매를 담당한 정유업체에 대한 인센티브가 불충분하다. 바이오 디젤의 제조는 3개 중소기업(BDK, 에코에너텍, 3M안전개발)에서, 혼합 및 판매는 4곳 정유회사(SK, SK인천정유,GS 칼텍스, S-Oil)에서 담당하고 있는 실정이다. 소비자와 생산자는 시장가격에 따라 행동하므로 시장에 개입하여 보조금 지급이나 면세혜택을 통해서 사회적 편익에 대한 국가의 인센티브 제공이 필요하다.

4) 정부의 적극적인 바이오 에너지 활성화 대책 필요

에너지 문제와 환경문제의 해결책으로 대두되고 있는 신재생 에너지 활성화를 위한 정부의 조치가 더욱 더 강화 되어야 한다. 해외자원 개발 및 석유비축 2007년 예산은 1조 1773억원 인데 비해서 신재생 에너지 관련예산은 전력산업기반기금까지 더해서 4300억원 대에 불과하다. 2011년까지 1차 에너지 중에서 재생가능 에너지가 차지하는 비중을 5%로 확대하겠다는 정부 목표를 달성하기 위해서는 재원마련과 공공기관에 재생가능 시설 의무화 제도 등이 필요하다.

 

 

 

 

 

 

 

참고 사이트

1. 조선 일보, www.chosun.com

2. 중앙일보, joongang.joinsmsn.com

3. http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=codms0611&logNo=110121354921

4. http://knowhow-textcube.blogspot.kr/

5. http://blog.daum.net/8902ksh/95

6. http://racer.kemco.or.kr/html/main5_1_5.jsp

7. http://blog.naver.com/energyplanet?Redirect=Log&logNo=10138284938

 

바이오 에너지 자료 다운로드(유료):

http://www.happycampus.com/doc/11647411/

 

---

 

도움이 되셨다면, 아래의 손가락 표시를 눌러주세요.

더 많은 사람과 소통 & 공유 할 수 있습니다.