[기획특집 - 신재생에너지] 초임계수 가스화를 이용한 수소제조 동향 및 전망

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Status and Prospect of Hydrogen Production using Supercritical Water Gasification

Jaehoon Kim^†

Supercritical Fluid Research Laboratory, Korea Institute of Science and Technology

Abstract: 최근 원유가격 상승 및 지구온난화로 재생가능한 바이오매스 가스화를 이용한 수소 생산에 대한 관심이 급 증하고 있다. 현재 상업적 공정인 천연가스로부터 스팀개질에 의한 수소생산과는 달리 바이오매스의 가스화는 원료에 수소의 양이 적기 때문에 효율적인 가스화 시스템 개발이 경제성 있는 수소의 생산을 위해서 필연적으로 개발되어야 할 기술이다. 초임계수는 낮은 유전율, 낮은 점도, 높은 밀도 및 높은 열전도도 등 효율적인 바이오매스의 가스화에 뛰 어난 물성을 가지고 있다. 따라서 본 고에서는 초임계수 가스화(Supercritical Water Gasification, SCWG)를 이용한 바이 오매로부터 수소생산 기술의 국내외 동향 및 전망을 소개하고자 한다.

Keywords: biomass, gasification, supercritical water, hydrogen

1. 서 론¹⁾

최근 고유가의 지속, 석탄, 석유 등 화석연 료의 고갈, 지구온난화로 인한 온실가스 배출 규제로 지속가능한 신재생에너지에 대한 관심 이 증폭되고 있다. 특히 우리나라의 경우 대부 분의 에너지자원을 화석연료에 의존하고 있으 며 국가에너지의 97% 이상을 해외에서 수입 하고 있는 실정이다. 최근 원유 가격이 배럴당 120달러를 상회하는 상황에서 화석연료에 의 존하고 있는 국내 에너지수급 정책의 변화는 절실한 상황이다. 또한 1999년 기준으로 이산 화탄소 배출량이 세계 10위인 우리나라는 2013년부터는 기후변화협약 대상국으로 포함 될 예정이다. 따라서 환경규제 강화 및 화석연 료 고갈 문제를 효과적으로 대응하기 위하여 지속 가능한 발전을 성취하는 신재생에너지이 며 청정에너지인 수소에 주목할 때이다.

†주저자 (E-mail: [email protected])

수소는 독성이 없는 청정에너지로 질량당 비(比)에너지가 가솔린의 약 2.6배로 높고, 저 장 및 운반이 용이하다. 현재 수소는 석유화 학, 화학 및 고분자 합성, 금속산업, 전자산업, 철 및 비철금속산업 등 산업용의 기초 원료부 터 일반 원료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전 지, 핵융합에너지 등 현재의 에너지 시스템에 서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있 다. 따라서 질량당 에너지밀도, 이용효율범위, 환경영향 등 관점에서 고려할 때 수소는 에너 지 관련 매체로 많은 매력을 갖고 있다.

현재까지 개발된 가장 값싼 수소제조 방법은 천연가스를 원료로 이용하여 고온의 수증기로 개질 반응시키는 스팀개질(Steam Methane Reforming, SMR) 공정으로 대략 3$/GJ 가 격으로 수소가 제조되고 있으며 미국의 경우 95% 이상, 전세계의 경우 약 48% 정도의 수 소를 이 방법으로 제조하고 있다. 기타 상업화 된 수소제조 방법으로는 중유의 부분산화

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Figure 1. 바이오매스 가스화와 천연가스 스팀개 질을 이용한 수소생산 가격 비교[2].

Figure 2. 바이오매스 가스화의 이용분야.

(Partial Oxidation, PO)로 전세계 약 30%, 석 탄의 부분산화는 전세계 약 18%, 물의 전기분 해는 전세계 약 4%의 수소를 생산하고 있다 [1]. 이러한 기술에 의한 수소 생산은 주로 천 연가스나 석유를 원료물질과 동력원으로 사용 하기 때문에 화석연료 소모가 막대하여 장기 적으로 볼 때에는 지구환경 보호를 위하여 화 석연료를 자원으로 사용하지 않는, 새로운 기 술이 개발되어야 한다. 따라서 차세대 수소생 산의 목표는 태양에너지와 물, 바이오매스 등 지구상에서 풍부하고 재생 가능한 자원을 이 용한 수소제조 기술을 기반을 확립하는데 있 다. 특히 바이오매스 가스화(biomass gasification)를 이용한 수소제조 기술은 가장 실 용적이고 실행 가능한 기술이며, 수소생산의 경제성으로 차세대 청정 수소 생산 기술 중 가장 경쟁력이 있는 것으로 평가되고 있다 (Figure 1). 또한 바이오매스 가스화는 수소생 산 뿐만 아니라 메탄, 일산화탄소, C2+ 등도 높은 수율로 생산할 수 있어 Fischer-Tropsch 디젤 생산 및 전기생산 등 에너지 산업뿐만 아니라 화학산업의 원료에도 사용될 수 있다 (Figure 2).

바이오매스의 가스 전환공정은 크게 열분해 (pyrolysis) 및 가스화(gasification)를 포함하

는 열화학(thermochemical) 공정과 바이오광 변환(biophotolysis) 및 발효를 포함하는 생물 학적 전환공정으로 나뉜다. 열화학 공정 중 초 임계수 가스화(supercritical water gasification, SCWG)의 경우 1970년대부터 많은 연구가 시 도되었으며 현재에는 scale-up의 진행과 기술 의 경제적인 측면의 연구 및 상업화가 시도되 고 있는 기술로써 바이오매스의 상업화에 가 장 근접한 기술로 평가되고 있다. 특히 기술경 제 분석 연구에 의하면 수소 생산 가격이

~3$/GJ로 현재 상업적인 수소 생산 기술인 천연가스 스팀개질과 비슷하여 경제성이 있는 것으로 평가되었다[2]. 본 기술지에서는 초임 계수의 특성, 유럽, 미국, 일본 등 주요 해외 국가들의 SCWG 기술개발 동향 및 전망, 국 내의 연구개발 현황을 소개하였다.

2. 초임계수의 특성

열역학적 평형을 이루고 있는 액체와 증기 의 온도와 압력을 올려주면 열팽창에 의하여 액체의 밀도는 감소하는 반면, 기체는 압력이 상승함에 따라 밀도가 높아진다. 임계점에서 두 상의 밀도는 같아지면서 액체와 증기 사이 의 구분이 없어지게 되며, 미소한 압력이나 온 도의 증가에 따라 물은 초임계 상태를 나타낸 다. 물은 임계치(온도 374 ℃, 압력 22.1 MPa) 이상의 온도와 압력 하에서 존재할 경 우 밀도, 유전상수, 열전도도, 점도, 확산계수,

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전상수는 물의 수소결합과 극성의 정도를 나 타내는 수치이다. 상온 상압에서 물의 유전상 수는 80이며, 유전상수가 크다는 것은 물분자 간의 수소결합이 강하다는 것을 의미한다. 25 MPa, 300 ℃ 이상에서의 유전상수를 보면 400 ℃에서 10, 420 ℃에서 5, 490 ℃에서는 2 정도의 값을 갖는다. 이는 물 분자간의 수소결 합이 약화됨을 의미하며, 임계영역에서 물의 밀도가 감소함에 따라 수소결합의 정도 또한 감소함을 나타낸다. 이처럼 초임계수의 유전상 수는 비극성 용매(예 : 벤젠, 에틸에테르, 헥 산 등)의 유전상수와 비슷한 값을 갖게 되며 이는 결국 초임계수는 약한 극성 또는 비극성 용매로 작용함을 나타낸다. 초임계 영역에서 물은 비극성 용매와 같이 작용할 수 있으며 상온, 상압에서 불용성인 유기화합물과 완전히 혼합되므로 혼합물이 초임계 상태에 이르면 모든 성분은 완전히 혼합되어 단일 상으로 존 재하게 된다. 따라서 초임계수는 보통 상태의 물에 용해되지 않는 유기물에 대한 우수한 용 매라는 것을 알 수 있다. 또한 물에 거의 용해 되지 않는 기체도 초임계 상태에서는 물과 완 전히 혼합된다. 344 ℃ 이상의 온도에서 질소, 산소, 수소와 헬륨은 초임계수와 완전히 혼합 된다고 알려져 있다. 마지막으로 초임계수의 점도는 물과 비교하여 약 10배 정도 낮고 열 전도도는 물과 비교하여 약 2배 정도 높다. 따 라서 초임계수를 반응매질로 이용할 경우 유 기물질에 대한 용해력 및 물질 및 열확산이 뛰어나 신속한 반응이 가능하다.

증가하여 이들 바이오매스에 대한 에너지화 필요성이 높아지고 있다. 일반적인 건식 가스 화를 이용하여 수분함량이 높은 바이오매스를 에너지화 할 경우 반드시 많은 에너지를 소비 해야 하는 건조공정이 필요하게 되어 전체적 인 운전비용을 증가시키는 요인이 된다. 일반 적인 상압 스팀개질의 경우 수분의 양이 전체 바이오매스의 35% 이내에서 효과적인 것으로 알려져 있다[3]. 반면 초임계수 가스화의 경우 바이오매스에 포함되어 있는 수분은 액상에서 초임계상으로 전환하게 되어 반응매체 및 반 응용매로 작용하게 되기 때문에 건조공정이 불필요하여 하수슬러지, 도시고형폐기물, 동물 의 배설물 등 다양한 바이오매스를 이용할 수 있으며 또한 높은 에너지효율을 얻을 수 있다.

또한 고온(> 800 ℃)에서 스팀을 이용한 바 이오매스 가스화의 경우 반응매질(스팀)인 기 상에 원료인 고상 바이오매스가 용해되지 않기 때문에 기상에서 고상으로 혹은 고상에서 기상 으로의 물질 전달 저항이 크게 작용하여 가스 화 반응 속도가 낮다. 반면 초임계수는 상대적 으로 낮은 온도에서(450∼650 ℃)도 높은 반응 성으로 인해 바이오매스를 가수분해로 쉽게 저 분자 유기물질로 전환시키고 생성되는 저분자 유기물질은 초임계수에 쉽게 용해되기 때문에 균일상 가스화 반응이 가능하다(Figure 3). 또 한 생성되는 H2, CO2, CH4 등 가스도 초임계 수에 용해되기 때문에 가스화 속도가 현저하 게 증가하게 되어 바이오매스의 완전한 가스 화를 짧은 시간에 이루어 낼 수 있다. 이러한 초임계수 가스화의 장점(균일상 반응, 높은 반 응속도, 높은 밀도, 완전가스화)을 이용할 경 우 스팀개질 반응기 크기보다 현저하게 작은

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Figure 3. Hot compressed water에서 목재의 용 해도[4]. 온도; 340 ℃, 압력; 130 bar.

Figure 4. Biomass SCWG Chemistry.

Figure 5. SCWG의 장점.

반응기 설계가 가능하여 장치 설치비를 최소 화 할 수 있다.

또한 바이오매스의 스팀개질법의 가장 큰 한계중 하나는 타르(tar) 및 촤(char)의 형성 이다. 일반적으로 타르는 열분해에 의하여 생 성이 되며 촤는 불완전한 가스화에 의해 생성 이 된다. 연구에 의하면 목재톱밥을 유동층 반 응기를 이용하여 상압에서 스팀 가스화를 하 였을 경우 700 ℃에서 촤의 생성이 원료 대비 10∼20 wt%나 되었다[5]. 이러한 불완전한 가스화에 의한 촤의 형성은 곧 수소 생산량의 저감을 의미하기 때문에 타르와 촤의 생성을 억제하는 것이 매우 중요하다. 초임계수 가스 화는 초임계수의 높은 반응성으로 인해 타르 나 촤의 형성을 억제할 수 있어 생성되는 가 스의 양을 증가시킬 수 있다.

그 이외의 장점으로는 고압의 수소를 직접 얻을 수 있기 때문에 수소 저장 시 압축공정

을 생략할 수 있고 또한 고압의 이산화탄소를 배출하기 때문에 CO2 sequestration을 촉진시 킬 수 있다.

4. SCWG 해외 연구 동향

4.1. 미국의 연구 동향

초임계수를 이용한 바이오매스의 가스화의 공정은 1978년 미국 MIT 대학의 Modell 박사 그룹에서 글루코오스와 단풍톱밥을 초임계수 에서 처음으로 가스화하면서 SCWG의 가능성 을 제안하였다[6]. 이때 고형물질 및 촤 등은 생성되지 않았으며 촉매를 사용하지 않고 수 소 수율이 18%로 높았다. 이후 미국 하와이주 립대학교 부설 하와이자연에너지연구소(Hawaii Natural Energy Institute)의 Antal 박사 그룹 에서 1980년대부터 초임계수에서 유기물질의 분해반응에 대한 연구를 수행하였고[7] 1990년 대부터 포도당 등 모델물질을 이용하여 SCWG 의 중요 운전인자를 규명하는 등 본격적인 연 구를 수행하였다[8]. 후에 Antal 그룹은 탄소, 활성탄이 SCWG에 촉매로 작용한다는 것을 규명하였고[9], 상용화 가능한 반응시스템 설 계, SCWG 반응시스템 scale-up 등을 연구하 고 있다.

미국 Pacific Northwest Laboratory에서는 1999년대 초부터 아임계수 조건에서 니켈촉매

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Figure 6. 미국 General Atomics社 pilot-scale SWPO gasifier system.

를 이용하여 메탄을 생성하는 연구를 수행하 고 있다[10]. 연구 결과로 일일 500 L 이상의 젖은 바이오매스를 가스화하여 메탄을 생성하 는 반응장치를 개발하였다. 한편 미국 General Atomics 社에서는 1980년 초반부터 초임계수 산화반응을 이용한 난분해성 폐기물 처리 공 정을 연구하여 왔는데 이러한 경험을 바탕으 로 1997년부터 미국 에너지성(Department of Energy, DOE) Hydrogen Program의 지원을 받아 하와이자연에너지연구소(Hawaii Natural Energy Institute)의 Antal 박사 그룹과 공동 연구로 SCWG를 이용한 수소생산 연구를 수 행하고 있다. 도시고형폐기물 및 하수슬러지를 원료로 이용하여 40 wt% 고형분을 함유한 바 이오매스를 고압에서 연속적으로 반응기에 도 입하는 도입장치(high-pressure slurry feeder) 를 개발하였으며, 반응기 내 타르 및 촤의 생성 이 억제되어 98% 이상 높은 가스화 효율과 전 체 생성된 가스 중 H2 26%, CH4 28% 등 연료 로 이용될 수 있는 가스가 50% 이상으로 높았 다. 이러한 연구를 바탕으로 General Atomics 社에서는 미국 에너지성 Hydrogen Program, U.S. Air Force Waste Gasification Program, DOE Mixed Waste Focus Area Program 등 의 지원을 받아 2002년 Supercritical Water

Partial Oxydation (SWPO)을 이용한 pilot-scale의 가스화 시스템을 미국 센디에고 (San Diego)에 구축하였다(Figure 6). SCWG 은 산소를 사용하지 않기 때문에 바이오매스 를 가스화 장치로 유도하여 수소가 다량으로 생성될 수 있도록 하기 위하여 가스화 장치를 고온으로 유지시켜 줄 수 있는 열교환기가 필 요한 반면 SWPO의 경우 sub-stoichiometric 양의 산소를 도입함으로써 바이오매스의 부분 산화 시 방출되는 열을 이용하여 바이오매스 의 급격한 가열을 할 수 있어 촤의 생성을 줄 일 수 있고 수소 수율을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다. 9 wt%의 목재 바이오매스를 원 료로 이용할 경우 650 ℃, 230 bar에서 25.3%

H2, 15.7% CH4, 4.1% CO, 43.7% CO2를 얻었 으며 촤의 양은 0.5%로 매우 낮았다. 경제성 분석 결과 일일 40톤의 바이오매스를 SWPO 로 가스화 할 경우 연 80000 GJ의 수소를 생 산할 수 있고 생산비용은 ~3 $/GJ로 현재 상용공정인 천연가스의 스팀개질과 생산비용 이 비슷하였다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 General Atomics社에서는 2009년 5 ton/day 급 SWPO 가스화 장치 및 40 ton/day 급 상 업용 SWPO 가스화 시스템을 구축할 예정에 있다.

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Figure 7. 100 kg/h 급 Pilot plant VERENA SCWG flow sheet과 SCWG system 사진.

4.2. 유럽의 연구 동향

독일의 Forschungszentrum Karlstuhe (FzK) 社에서 1999년부터 Energy, Environment, Su- stainable Development Program의 지원을 받 아 10 kg/h 급 bench-scale SCWG 시스템을 개발하기 시작하였으며 2003년 100 kg/h 급 SCWG pilot-scale plant를 개발하여 운전하기 시작하였다(Figure 7). VERENA (독일어 약 성어로 experimental facility for the energetic exploitation of agricultural matter라는 의미) 라고 명명된 SCWG pilot plant는 20 wt% 고 형분 바이오매스를 가스화 할 수 있으며 350 bar 700 ℃까지 견디도록 설계되어 있다. 포도 주 생산 공장에서 배출되는 수분이 70% 이상 함유된 바이오매스를 가스화하였을 경우 44

% H2의 높은 수소수율을 보였으며 25% CH4, 2% CO, 22% CO2, 8% C2+의 가스 조성을 보 였으며 촤는 거의 생성되지 않았다. 기술경제 성분석 결과 수소의 생산비용은 4.6 $/GJ으 로 산출되었다.

한편 유럽에서는 Energy, Environment, Su- stainable Development Program의 지원을 받

아 2001년부터 3개의 학계와 4개의 산업계 간 산학연구 컨소시움을 구성하여(University of Twente (네덜란드), University of Warwick (영국), Dytech Corporation (영국), BTG Bi- omass Technology Group (네덜란드), TNO- MEP (네덜란드), Uhde Hochdrucktechnik (독일), SPARQLE International (네덜란드))

“Biomass and waste conversion in supercritical water for te production of renwable hydrogen (SUPERHYDROGEN)"이란 타이틀 로 바이오매스의 SCWG의 원리 및 상용화를 연구해 오고 있다. 2003년 5∼30 kg/h의 바이 오매스를 650 ℃, 300 bar에서 처리할 수 있는 SCWG 시스템을 University of Twente에 설 치하였다(Figure 8). 이 SCWG 시스템을 이 용하여 여러 종류의 바이오매스를 혼합하여 고형물양이 높은(30 wt% 이상) 슬러리를 연 속적으로 가스화 반응기로 도입할 수 있는 feeder를 연구하였고, 가스화 시스템의 전체적 인 열교환 효율을 높이기 위한 열교환기 디자 인, 연료가스(H2, CH4)와 비연료가스(H2S, NH3, CO2)를 분리하기 위한 고압 기액분리기,

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Figure 8. University of Twente pilot-scale SWPO gasifier system[4].

CH4의 개질 및 water-gas-shift reaction을 유 도하여 전체적인 수소 생산량을 증가시키기 위한 촉매막 반응기(catalytic membrane reactor)를 연구해 오고 있다. Glycerol를 2시간 동안 가스화 한 결과 25% H2, 15% CH4, 30% CO, 15% CO2, 15% C2+의 가스 조성을 얻었다. 가스 전환율의 경우 5 wt%의 글리세 롤을 이용할 경우 83%이였고 10 wt%의 글리 세롤을 이용할 경우 60%이였다. 또한 바이오 매스를 가스화 할 경우 H2 수율이 54%로 매 우 높았고 CO 4%, CO2 35%, CH4 8% 등의 가스 조성을 보였다.

4.3. 일본의 연구동향

일본은 1990년 중반부터 바이오매스를 이용 한 화학물질 중간체 생성 및 연료를 생산하기 위하여 초임계수 기술에 대한 연구를 시작하 였다. 토호쿠 대학의 Arai 박사 그룹에서는 목 질계 바이오매스를 초임계수 처리를 통하여 5 탄당, 6탄당 등의 화학물질 중간원료 생산하는 연구를 수행해오고 있다. 특히 초임계수 내 포 도당 및 셀로바이오스의 가수분해 반응기구 및 반응속도를 연구하였고[11,12] 초임계수 내 셀룰로오스의 가수분해 속도가 아임계수에 비 하여 10배 정도 빠르다는 것을 발표하였다 [13]. 일본 자원에너지연구소(National Institute for Resources and Environment, NIRE)의

가수분해 된다는 것을 발표하였고 니켈 촉매 를 이용하였을 경우 셀룰로오스가 가수분해되 어 아임계수 상에 용해되어 있는 물질을 효과 적인 스팀개질 반응으로 원료의 80% 이상을 수소가 포함되어 있는 연료가스로 전환시킬 수 있다는 것을 발표하였다[14]. 한편 일본에 서는 1998년부터 일본 신에너지기술종합개발 기구(New Energy Development Organization, NEDO)의 지원을 받아 3개의 기관 간 산학연 구 컨소시움을 구성하여(University of Tokyo, the Tokyo Gas Chemical Co, Shinshu Uni- versity) 바이오매스의 SCWG을 연구하였다.

연구의 목적은 바이오매스의 효율적인 feed 시스템을 구축하기 위한 수열전처리(hydro- thermal pretreatment) 연구, 비교적 낮은 온 도(400℃)에서 효율적인 가스화를 위한 SWPO 연구, 생산된 가스로부터 메탄올을 효율적으로 합성하기 위한 촉매 연구를 수행하였다[15]. 일 본의 히로시마 대학(Hiroshima University)의 Matsumura 박사 그룹에서는 젖은 바이오매스 (부래옥잠)의 가스화에 의한 연료가스 생산 공정 중 널리 사용되고 있는 혐기성 메탄공정 과 SCWG 공정과의 기술경제성을 평가한 결 과 일일 1톤을 가스화 할 경우 SCWG 공정이 더욱 경제성이 있는 것으로 발표하였다. 하지 만 SCWG공정에 의해 생산된 수소가 도쿄시 에서 2002년 현재 판매되고 있는 수소보다 1.86배 비싸다는 점과 이를 개선시키기 위해서 는 SCWG의 가스화 효율 및 열교환 효율을 증가시키는 것이 필요하다는 점을 지적하였다 [16].

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Table 1. SCWG를 통한 바이오매스로부터 수소생산의 최근 연구 결과[17]

Feedstock Gasifier type Catalyst used Temperature and pressure Hydrogen yield Glucose Not known Not used 600 ℃, 34.5 MPa 0.56 mol H2/mol of feed Glucose Not known Activated carbon 600 ℃, 34.5 MPa 2.15 mol H2/mol of feed Glucose Not known Activated carbon 600 ℃, 25.5 MPa 1.74 mol H2/mol of feed Glucose Not known Activated carbon 550 ℃, 25.5 MPa 0.62 mol H2/mol of feed Glucose Not known Activated carbon 500 ℃, 25.5 MPa 0.46 mol H2/mol of feed Glycerol Not known Activated carbon 665 ℃, 28 MPa 48 vol.%

Glycerol/methanol Not known Activated carbon 720 ℃, 28 MPa 64 vol.%

Corn starch Not known Activated carbon 650 ℃, 28 MPa 48 vol.%

Sawdust/corn

starch mixture Not known Activated carbon 690 ℃, 28 MPa 57 vol.%

Glucose Tubular reactor KOH 600 ℃, 25 MPa 59.7 vol.%

(9.1 mol H2/mol glucose) Catechol Tubular reactor KOH 600 ℃, 25 MPa 61.5 vol.%

(10.6 mol H2/mol catechol) Sewage Autoclave K2CO3 450 ℃, 31.5∼35 MPa 47 vol.%

Glucose Tubular reactor Not used 600 ℃, 25 MPa 41.8 vol.%

Glucose Tubular reactor Not used 650 ℃, 32.5 MPa 40.8 vol.%

Sawdust Tubular reactor

Sodium carboxymethyl- cellulose (CMC)

650 ℃, 22.5 MPa 30.5 vol.%

5. SCWG 국내 연구 동향

우리나라는 식생활 문화의 특성상 수분 함 량이 매우 높은 바이오매스의 발생량이 다른 나라에 비해 현저하게 높아 SCWG에 의한 수 소생산 시 원료수급에 매우 유리한 위치에 있 다. 하지만 국외의 활발한 연구 개발과는 달리 국내에서는 SCWG에 대한 연구가 아직 미진 한 상태이다. 다만 한국에너지기술연구소에서 는 1997년부터 3년간 산업자원부에서 지원을 받아 미국 하와이 자연에너지연구소와 국제 협력을 통하여 기술 도입으로 연구를 수행하 였다. 하수슬러지를 700 ℃, 276 bar에서 체류 시간 21초에 가스화 한 결과 수소수율이 60∼

70%로 높았고 1∼3% CO, 20∼35% CO2, 3∼

13% CH4, 1∼5% C2H6의 가스 조성의 결과를 얻었다[18]. 한편 한국과학기술원에서는 2002 년 연속식 반응기를 이용하여 글루코오스의 SCWG의 반응 기구 및 반응속도 연구를 수행 하였다. 280 bar, 700℃에서 짧은 체류시간(10

∼50 s)에서도 글루코오스가 완전히 가스화 되는 것을 발표하였고 H2 43%, CO2 30%, CO 20%, CH4 7%의 가스 함량을 보였다[19]. 한 국과학기술연구원에서는 2007년부터 차량에 설치하여 운반할 수 있는 연료전지용 소형 SCWG 시스템 개발에 목적을 두고 가솔린 및 디젤로부터 수소 생산을 연구해오고 있다[20].

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Figure 9. 한국과학기술연구원에서 보유한 연속식 SCWG lab-scale 장치.

6. 결 언

SCWG은 초임계수의 독특한 장점 및 시스 템의 경제성으로 바이오매스의 가스화를 통한 수소생산에 매우 중요한 기술이 될 것으로 예 상된다. 특히 수분 함량이 35% 이상 젖은 바 이오매스의 가스화에 매우 유리한 기술이며 한 경제성 분석 결과에 의하면 현재 발효에 의한 메탄 생산 공정과 비교하였을 경우 폐수 처리 비용 및 슬러지 발효비용을 감안하였을 때 SCWG이 더 경제석이 있는 것으로 분석되 었다[16]. 현재 미국, 유럽, 일본 등 일부 국가 에서 30∼100 kg/h pilot-scale plant가 성공적 으로 운영되고 있으며 조만간 상업화 될 것으 로 예상된다.