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다섯 바이오-폐기물로 가스화를 통한 바이오-연료 생산의 엑서지 분석

전문가 제언: ○ 본문은 바이오-폐기물의 가스화로 얻은 합성가스를 사용하여 여러 바이오연료를 만들 때 에너지 효율(열역학 1법칙 기준)과 엑서지 효율(열역학 2법칙 기준)을 비교한 것으로 우리나라의 바이오-폐기물 처리와 자원화에도 참고가 될 것으로 보인다. 이들 바이오연료는 합성천연가스(SNG), 메탄올, Fischer-Tropsch 연료, 수소 그리고 열과 전력이다.

○ 바이오매스에서 에너지 회수에는 본문에서 취급한 열적 처리방법과 생물학적 처리방법이 있다. 생물학적 처리방법은 반응속도가 느려 몇 개월까지 소요되는 경우도 있다. 더구나 목재 등 바이오매스의 주성분인 섬유질과 리그닌을 분해하지 못하는 단점이 있다. 따라서 본문에서 적용한 가스화가 가장 이 문제를 극복하는데 적합하다.

○ 본문은 목적 바이오연료에 따라 수증기 가스화(습식 가스화)와 산소 또는 공기 가스화(건식 가스화)를 적절히 적용하였다. 이 공정은 생물학적 공정에 비해 매우 빠르나 용량이 커야 경제성을 가지는 단점이 있다. 바이오-폐기물은 에너지 밀도가 작아 장거리 운반에 불리함으로 넓은 지역을 대상으로 원료를 수집할 수 없다. 따라서 바이오매스의 가스화는 가용 원료의 양에 좌우되는데 본 연구가 경제성 분석까지 연장되어야 비로소 이 공정의 경쟁력이 평가될 수 있을 것이다.

○ 기술적으로 엑서지(exergy)는 한 시스템이 주변과 열역학적 평형에 도달할 때까지 연속된 가역과정을 통하여 할 수 있는 최대의 일의 양으로 정의된다. 그러나 이 에너지를 모두 인간이 사용할 수 있는 것은 아니다. 실제로 인간이 사용할 수 있는 에너지를 엑서지로 정의할 수 있으나 이 엑서지도 ‘평형에 이를 때까지’와 ‘가역적 과정’이라는 인간이 극복할 수 없는 조건이 포함되어 있다.

○ 그럼에도 불구하고 에너지 효율을 계산할 때 열역학 1법칙에 의한 에너지 효율보다는 이 엑서지 효율을 취함이 더 현실적이다. 에너지 보전 법칙(열역학 1법칙)에 의한 에너지 효율은 마찰열이나 아주 낮은 온도의 방출 같은 소위 무효 에너지도 계산에 중요하게 나타난다. 그러나 엑서지 효율은 실제로 인간에게 유효한 에너지만 따지기 때문이다.

저자: Sues, A., Jurascik, M., Ptasinski, K.
자료유형: 학술정보