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대학캠퍼스 내의 폐기물이용 수소제조 및 사용공정검토

전문가 제언: ○ 미주리공과대학에서 얻을 수 있는 폐수 오니와 그 밖의 고형 폐기물에서 수소를 만들어 캠퍼스 내의 에너지 수요를 충당함으로 화석연료 소비와 온실가스 발생을 절감하는 잠재성을 연구하였다. 혐기성 소화기에서 발생한 바이오가스를 분리하여 메탄을 얻고 이를 개질하여 수소를 얻는다. 이 수소는 연료전지에서 전기로 전환되어 이동 발전설비, 지게차나 잔디 깎기 등의 구동 에너지가 된다.

○ 고형 폐기물이나 바이오매스는 그 에너지 밀도가 작아 넓은 영역에서 수집하면 운반비용으로 인하여 경제성을 상실하는 경우가 일반적이다. 이것이 이 재생에너지가 대규모로 집중화 하지 못하고 소형 분산화 할 수밖에 없는 이유이다.

○ 혐기성 소화기에서 나오는 바이오가스에는 메탄 외에 이산화탄소가 다량 포함되어 있는데 여기서 CO2를 분리하여 메탄의 순도를 높이는 방법으로 PSA가 소규모 공정에 가장 적합하다. 건식인 PSA는 가스가 흡착제에 흡착되는 흡착능의 차이를 이용하여 가스를 분리한다.

○ 이 메탄을 수소로 전환하는 방법으로 여기서 고려하는 촉매 개질 외에 메탄의 부분 산화를 생각할 수 있을 것이다. 이 공정에서 필요한 산화제로 공기 또는 순수 산소를 사용할 수 있다. 순수 산소를 사용하는 경우 산소 분리공장이 추가로 필요한데 여기서 에너지 소비가 매우 높아 경제성에서 불리하다. 순수 공기를 사용하는 경우 여기에 포함된 질소로 말미암아 수소의 농도가 낮아져 다시 수소를 분리하거나 장비 규모가 대폭 커지는 문제가 있다. 따라서 분 연구가 선정한 개질이 가장 합리적인 선택이라 생각된다.

○ 이렇게 얻는 수소를 연료전지에 사용하면 물만 배출되어 공해가 없다. 그러나 이 공정 중 메탄의 개질과 수증기-가스 전환 공정에서 온실가스인 CO2가 발생한다. 그러나 이 폐기물을 매립하는 경우 필연적으로 발생하는 메탄이 CO2에 비하여 지구 온난화 능력이 24배나 된다는 점에서 이 공정이 발생하는 이산화탄소는 공해물질로 간주되지 않는다.

저자: Tarek A. Hamad,et.al.
자료유형: 학술정보