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마이크로복합발전 시스템의 탄화수소 개질공정

전문가 제언: ○ 본문은 가정에서 소규모적으로 1차 에너지(열과 전력)를 얻을 수 있는 마이크로-복합발전 시스템을 Aspen-HYSIS 3.2 공정 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하여 분석하였다. 발전부문으로 PEM 연료전지를 고려하고 수소 발생 장치로 수증기 개질, 자기가열 개질과 부분산화 공정을 고려하였으며 연료로는 천연가스를 선정하였다.

○ 수소는 가장 가벼운 원소로서 연료로 사용할 때 에너지/무게 비가 가장 크다. 수소는 색깔과 냄새가 없고 연소 후 부산물은 물뿐이어서 공해가 없다. 더구나 연료전지의 연료로 사용하면 소음도 없고 에너지 공급의 다원화도 이룰 수 있다. 따라서 온실가스배출을 줄이고 공기의 질을 유지하는데 가장 유망한 연료라 할 수 있다.

○ 그러나 수소는 에너지/부피 비를 고려할 때 매우 불리한 연료이다. 공기 중 산소와 혼합될 때 폭발의 한계가 매우 넓어 폭발의 위험이 큰 연료이기도 하다. 더구나 생산된 수소 자체가 무공해인 것은 사실이지만 이를 생산할 때 그 원료(특히 화석연료를 사용할 때)에 따라 다량의 CO2를 포함한 오염물질을 발생시키기도 한다.

○ 본문에서 고려한 세 수소 발생 공정에서 수증기 개질은 다른 두 공정에 비해 뚜렷한 경제적 및 환경적 이점이 있다. 즉 다른 두 공정에 비해 산화제를 사용하지 않는다는 점이다. 자기가열 개질이나 부분산화 공정은 산화제로 공기를 사용하기 때문에 생산된 수소가 공기와 함께 들어온 질소로 희석된다. 하지만 이 다량의 질소가 연료전지에서 효율을 떨어뜨리고 배출가스 처리를 어렵게 할 수도 있다.

○ 이 자기가열 개질이나 부분산화 공정에서 산화제로 순수한 산소를 사용할 수 있다. 이 경우 질소의 유입이 없어 희석되지 않은 수소는 열역학적 효율을 크게 개선한다. 그러나 산소를 얻기 위한 공기분리 공정은 매우 자본 및 에너지 집약적이다. 따라서 전체 공장의 투자비와 운전비가 대폭 상승한다. 또한 공기분리 공장은 대규모 생산 용량일 때 경제성이 있기 때문에 가정용 소형 마이크로 복합발전 시스템에서 공기분리 공정의 적용은 경제적으로 고려의 대상이 될 수 없을 것이다.

저자: Ersoz, A.
자료유형: 학술정보