7-1 바이오에너지

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재생에너지

7. 바이오매스

한국은 미래에 사용될 대체에너지로 석유, 석탄, 원자력, 천연가스가 아닌 에너지로 11개 분야를 지정 (대체에너지개발 및 이용·보급촉진법 제 2조)

재생에너지 태양열 태양광 풍력 (소)수력

해양 지열 바이오매스 폐기물

신에너지 수소 연료전지 석탄액화가스화

신&재생에너지

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7장 바이오매스(Biomass)

: 광합성에 의해 물과 탄산가스로 합성된 유기물 즉 식물류, 균체, 동물류를 말함.

유기성 생물체의 총칭.

*화석연료의 기본

*화석연료와 비교 단시간에 에너지원으로 변환

*석탄이전(산업혁명)의 연료

*세계 년간 생산량 1289억톤(에너지소비 8배) -사용 0.12%

*식물 외 폐기물 등도 가능

*다양한 Biomass용 식물류에 대한 연구가 진행 중

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*바이오 매스 : 취급성, 저장밀도, 반응성이 낮음

생물-화학적 변환에 의한 원료, 연료, 전기로 변환

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7-1 바이오에너지

: 바이오매스를 직접, 생화학적, 물리적 변환과정을 통해 기체, 액체, 고체 연료나 전기, 열 에너지 형태로 이용하 는 것

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*탄소중립(Carbon neutral) :

Biomass  방출 식물 Biomass

*바이오매스의 공정도:

CO

²

²

²

²

광합성

에너지 이용

식물, 나무

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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<그림> 바이오매스 공정도

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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7-2 바이오에너지의 특징

•재생 가능(renewable)

•막대한 부존량(abundant)

•탄소중립(carbon neutral)

•생태계와 조화가 이뤄진 이용이 가능(clean energy)

•유기성으로 연료, 화학원료의 제조와 저장이 가능(storable)

•대체성(substitutive)

•함산소 연료

•식량과 경합성

•계절에 의한 영향

•지역적 편재

•저밀도 에너지

•단위면적당 저생산성

•살림생태파괴

•고수분 저발열량

•낮은 운반효율

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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7-3 Biomass의 원료

*바이오매스 원료 2그룹, 4종류

육지 (옥수수, 사탕수수, 유야자,,) 재배물계

수계 (수초, 해초, 파래..)

농수산(분뇨, 벼, 짚, 배거스..) 폐기물계

산업생활(식품찌꺼기, 흑액, 대팻밥, 음식물찌꺼기…)

세계 바이오매스 부존량(년) 세계 토지이용 실정(억ha)

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*바이오매스 자원의 분류 :

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*”W”,MBC

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*비식량

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지샌터, 북스힐,

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지샌터, 북스힐,

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7-4 Biomass의 에너지 변환

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

A l t e r n a t e E n e r g y L a b . *”바이오”, 에너지관리공단 신재생에너지샌터, 북스힐,

*에너지관리공단 신재생에너지샌터

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주 : 혐기성-공기를 싫어하는 성질

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*내연기관 연료

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*호환성

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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식량

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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7-4-2 Bio-Ethanol 생산

*바이오 에탄올 : 녹말/당을 발효 변환시켜 생산 C⁶H¹²O⁶  2C²H⁵OH+2CO²

주 : 협기성-공기를 싫어하는 성질

사탕수수(당즙)

카사바, 옥수수(녹말)

목재(섬유질,

고무상다당탄수화물)

당화

발 효

증 류

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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Sweet sorghum

Millet 부탄올

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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7-4-2 Bio-Diesel 생산

바이오디젤 : 식물유(Triglyceride)에 열과 촉매로 화학변환 생산

주 : 혐기성-공기를 싫어하는 성질

*”오토저널”, 한국자동차공학회

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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BtL 생산 공정

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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폐식용유 바이오디젤 생산 공정

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

＂自動車原動機の環境大鷹技術＂、井上悳太,,朝倉書店

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*팜유, 유체, 대두유, 해바라기유, 피넛유, 선실유…

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

＂自動車原動機の環境大鷹技術＂、井上悳太,,朝倉書店

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1. 연료중에 산소를 포함한 구조완전연소

메탄올:CH₃OH

에탄올:C₂H₅OH

바이오디젤: RCOOCH3(R= 탄소11-17의 탄화수소) 2. 운반성이 좋다(가솔린과 동등).

3. 상온에서 액체연료이므로 기존의 엔진기술을 활용가능.

4. 메탄올은 천연가스와 석탄 등에서도 제조가능

5. 에탄올은 사탕수수,옥수수, 바이오디젤은 대두유 등의 바이오매스(Biomass)등에서 제조가 가능

7-5 함산소 연료

＂自動車原動機の環境大鷹技術＂、井上悳太,,朝倉書店

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1.장점

* C1, C2의 단일성분계의 함산소연료.

* 옥탄가가 비교적 높고, 세탄가가 낮다.

* 기화잠열이 크다.

* 연소성(연소속도)이 비교적 좋다.

2.단점

* 저온비등성이 낮아, 저온시동성이 나쁘다.

* O2의 함유율(50wt%:중량%)만큼, 단위중량당의 발열량이 작다.

* 상동, 항속거리가 짧다.

* 메탄올은 금속, 고무류 등에 대한 강한 부식, 열화 등을 발생시킴.

* 에탄올은 메탄올 보다 약한 부식, 열화를 발생시킴.

7-6 에탄올, 메탄올 연료

＂自動車原動機の環境大鷹技術＂、井上悳太,,朝倉書店

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*물성표

＂自動車原動機の環境大鷹技術＂、井上悳太,,朝倉書店

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* 무독성 생분해성이 우수

(부패-산화관리, 고무-실류 부식)

* 기존의 디젤연료와 비슷한 성능 .

* 유황성분 무방출, CO2는 약 85(79)%

(1톤 사용시 2.2톤감면효과), 매연량은 약 95%까지 저감 가능.

* 단독(독일) 혹은 기존디젤과 혼합(20%, 한국, 미국 등) 사용

* 인화점(178 ˚C정도)이 경유보다 높아 보관 및 사용시 안전

＊ 윤활성이 뛰어나 엔진의 성능 및 수명을 연장 가능

＊ 디젤자동차 기관의 개조 없이 사용 가능 세탄가 55%이상(시동, 정숙)

＊ 가격과 연비가 경유와 유사.

* 공통품질관리기준이 필요., 저온에서 굳는다-품질관리 필요.

(독일바이오디젤협회AGQM은 시행중)

7-7 바이오디젤 연료

＂自動車原動機の環境大鷹技術＂、井上悳太,,朝倉書店

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*바이오디젤 연료 특징

-디젤연료의 대체용으로 연구중.

-연료주에 약10%의 산소함유 식물유가 대체연료의 후보.

-세탄가가 비교적 높다.

-재생가능연료 이며 바이오매스(Biomass)연료이다.

-동점도의 조정을 수행하면 기술적인 과제가 비교적 작다.

- 혼합사용 등이 가능하다.

식물유의 문제점.

불포화도산화껌성분을 형성하는 산화중합발생이 쉬움.

; 노즐부, 피스톤링에 카본을 축척 문제를 야기함.

＂自動車原動機の環境大鷹技術＂、井上悳太,,朝倉書店

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7-8 Biomass 열 이용

C

⁶

¹⁰

⁵

²

²

²

*고형연료 연소식 :

*직접 연소열 방식 :(배거스연료 : 사탕수수 찌꺼기)…

*펠릿 연료 방식

*(바이오)에탄올, 메탄올 연료, 바이오디젤 연료

*흑액연료

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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초목의 발열량

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

A l t e r n a t e E n e r g y L a b . *”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*바이오매스 발전

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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: 바이오메스 유기물을 생육하기 위한 지역

호주

*바이오매스 수송의 비효율성을 개선하기 하기 위해

7-9 Plantation

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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1)외국 현황.

*유럽 : 세금감면(2010년 총에너지 12%, 바이오에너지의 80%).

*독일은 100%바이오디젤유 생산.

프랑스 6억리터, 독일4억5천리터 생산

*미국 DB20보급-2004년 세금감면법안 통과. E85 등 실행중 미국 155억리터,

주)미국의 연간디젤소비 300억불 . *브라질 400만대 에탄올차량 운행중

7-10 국내외 현황

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐, 에너지관리공단 신재생에너지센터

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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2)국내현황

*산업자원부에서 BD20에 대한 사용여부를 시험-검토

*<바이오디젤 생산·공급현황>

-2003년까지 350㎘/일 증산 가능(국내소비량의 0.7%)

*BD20 사용시 경유 대비 배기가스 저감효과

- 국립환경연구원 분석결과, 2001.12월

-2002년 5월25일 1년동안 시범보금사업 –수소권, 전북도

*BD5보급중 향후 BD20계획

구 분 주원료 공급가격 생산능력 현생산량 현 사용처 신양

현미유

쌀겨 600∼

660원/ℓ

20㎘/일 5㎘/일 전북 관용차랼 856대 익산 시내버스 55대 종로구청 청소차 35대

신한 에너지

폐식용유 대두유(수입)

(미정) 4㎘/일 2㎘/일 의왕시 관용차 4대

에너지기술연구원 1대

HC CO SOx PM 매연

-15% -17% -20% -18% -14%

*산자부 등

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

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메탄발표 제조 공정

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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메탄발효가스 발전 공정

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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흑액에너지 회수 공정

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐