신사업 소개
㈜대경에스코: 급속열분해를 통한 목질계 바이오매스의 에너지화 기술
오창호
㈜대경에스코 기업부설연구소 전무이사 [email protected]
1. 급속열분해 기술 개발
최근 세계적으로 자원 및 화석에너지의 소비 증 가에 의하여 자원의 결핍에 따른 원유가 폭등과 기 후 변화가 본격화 되면서 기상재해, 생태계 교란 등 의 문제가 빈번히 발생하고 있는 실정이다. 이에 범 국가적인 환경규제가 증가하고 기후변화 협약에 따 른 규제가 본격화 되면서 세계 각 나라에서는 신재 생에너지의 사용을 확대하며, 국가별/제품별 탄소배 출량을 감축/규제하는 제도가 실행 중이다.
EU의 주요 국가들은 신재생에너지 중 가장 많은
부분을 바이오매스 에너지로 충당하고 있으며, 2001 년 기준 전기는 9.9%, 열은 97.9%를 바이오매스 에너 지로 생산 중에 있다. 그러나 아시아의 주요 국가들 은 아직 에너지 증가추세에 비례한 신재생에너지 보 급실적이 미흡한 실정이다. 우리나라의 경우 에너지 소비량이 GNP대비 일본의 9.4배, 미국의 7.5배를 사 용하고 석유소비량은 세계 6위임에도 불구하고, 신 재생에너지 보급률이 OECD 회원국 중 가장 저조하 다. 또한 에너지의 해외의존도가 높아 에너지 자립 도가 매우 낮은 편에 속한다. 이에 국내 에너지 정책
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에 부합하는 새로운 시장의 바이오연료 확보가 필요한 실정이다.
신재생에너지 중 바이오매스를 활용한 바이오연 료화는 높은 활용성과 경제성에도 불구하고 국내에 서는 바이오매스의 부존량 대비 실질적 가용량에 대 한 수요 및 공급 부분과 자원 활용에 대한 경제성 있 는 접근 방법이 미비하여 바이오매스 활용도 증진 및 신재생에너지 보급 관련 기술 개발이 시급한 실 정이다.
본 사에서 개발 중인 목질계 바이오매스를 활용 한 급속열분해 기술의 경우 이러한 국제 정세에 부
합하고, 비식용/비사료용 바이오매스를 원료로 하는 석유화학대체 신재생에너지 생산·공급의 실용화가 가능한 기술로서 바이오매스의 열화학적 변환공정 중 하나인 급속 열분해기술을 이용해 목질계 바이오 매스에서 액상생성물인 열분해오일을 생산한다. 생 산된 열분해오일은 페놀류 및 당류 등의 성분을 함 유하고 있으며, 수분함량, 미세입자 함유, 낮은 pH 등의 연료로서의 불리한 요소에도 불구하고 탄소중 립, 친환경 석유대체 연료로서의 이용가능성이 입증 되었다.
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2. 100% 국내 기술 활용을 통한 Pilot plant 구축
목질계 바이오매스의 급속열분해를 통한 열분해 오일 생산의 기술 개발을 위하여, R&D를 통한 기초 기술을 확립하고, 100% 국내 기술력으로 개발된 2가 지 타입(BFB:Bubbling Fluidized Bed, CFB:Circulating Fluidized Bed)의 급속열분해 Pilot 공정을 구축하여 성 공적으로 운전하였다. 각 1ton/day급으로 구축된 급 속열분해 공정에서는 톱밥, 쌀겨, 거대억새 등 국내 에서 생산되는 목질계 바이오매스 및 말레이시아와 인도네시아 등지에서 많이 생산되는 팜오일 공정 부 산물(EFB:Empty Fluit Bunch)을 활용하여 열분해오일 생산 실험을 진행하였고, 이에 원료 무게 대비 수율 60%의 열분해오일을 생산할 수 있는 운전기술을 확 보하였다. 또한 열분해오일을 생산하면서 발생되는 부산물인 Char와 미응축 열분해가스의 경우에도 활 용성이 높아 100% 재사용되며, 이를 통한 경제적 운 전 기술 개발을 완료하였으며, 1,000시간 이상 실험을 통해 최적의 운전 조건과 Know-how를 보유할 수 있 었다. 바이오매스의 전처리부터 급속열분해 및 열분 해오일 생산, 미응축 열분해 가스의 회수 및 재순환 등의 공정 업그레이딩을 통해 상용화 공정 기반을 구 축하고 해당 공정에 활용되는 다수의 국내 특허와 해
외 사업 진출을 위한 국외 특허를 보유하였다.
3. 열분해오일 품질 및 고품질화
아직 열분해오일에 대해서는 국내의 품질 규격 및 관련 법규가 마련되어 있지 않아 당장 사업화가 불가능한 실정이다. 국내법상 자체생산한 에너지에 대해 자체 소비하는 것은 가능하나, 생산된 열분해 오일을 판매 혹은 대규모 열공급 시설 등의 에너지 로 사용할 수 없다. 유럽에서는 이미 열분해오일 품 질 규격화가 이루어져 있으며, 미국에서는 ASTM D 7544, 유럽의 prEN16900 등 열분해오일의 상품화 및 사용 규정이 정립되어 있고 이에 대한 대규모 상용 화 공정 역시 구축/운전되고 있는 실정이다.
이에 본사에서 구축한 Pilot급의 급속열분해 공정 에서 생산한 열분해오일의 경우 품질이 매우 우수하 여, 미국과 유럽의 열분해오일 품질기준을 만족하고 생산된 열분해오일을 자체 보일러에 사용하여 효율 성 입증 실험을 진행 중에 있다. 이는 열분해오일 전 소 및 기타연료와의 혼소 실험을 통해 기구축된 대 규모 열공급 시설과 열병합발전 시설 등에서 활용을 검토 중에 있으며, 자체 전소 실험을 통해 최적 열분 해오일 활용 공정을 검토하여 국내·외의 사업화를 진행 중에 있다. 또한 단계적(성능, 표준화, 품질관
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리, 환경적 측면 등) 연료 검증을 진행 중에 있고, 국내 석유관리 전문 연구 기관과 협업하여 국내 품질 기준 및 사용에 관한 법령 개정안을 도출하는 과제 를 진행 중에 있다.
또한 열분해오일의 활용처를 다각화시켜 보다 높 은 사업성을 지니기 위해 열분해오일을 업그레이딩 시키는 연구개발을 진행하고 있다. 열분해오일의 고 품질화를 통해 항공기에 들어가는 Jet-fuel급의 연료 나 선박, 중장비에 들어가는 연료로서의 품질을 가 진 업그레이딩 열분해오일을 생산할 수 있을 뿐 아 니라 촉매를 이용한 Hydrodeoxygenation을 통하여 자동차에 들어가는 경유급의 바이오연료로 고품질 화시키는데 성공하였다. 비록 경제성 및 사업타당성 평가에 있어 아직 사업화 단계로 진입하기에는 무리 가 있으나, 추가 연구개발을 통해 충분히 사업화가 가능할 것이라 예상된다.
4. 열분해오일 생산 기술의 사업화 방안
Pilot plant에서 생산된 열분해오일은 그 자체로 난 방/발전을 위한 혼/전소용 연료로 사용가능하며, 이 러한 고품질의 열분해오일 생산 기술을 기반으로 1
차 사업화를 진행 중에 있다. 국내·외의 정부, 연구 기관, 민간기업을 상대로 시연회 개최 하고 있으며, 현재는 1ton/day 급의 Pilot plant 구축/운전 기술을 기 반으로 하여 20ton/day 급의 국내 실증화 공정을 구 축하고 있다. 국내 실증화 공정을 구축함에 따라 열 분해오일의 활용 및 상용화를 위한 시범화 사업을 계획 중에 있고, 해외 진출을 위한 프로모션을 기획 중에 있다. 특히 말레이시아나 인도네시아 등지에서 문제가 되고 있는 팜오일 공정의 부산물을 해결하기 위하여 각 국의 정부와 연구기관들의 관심이 크고, 자체적으로 연료를 많이 소비하는 팜오일 공정의 특 성상 현지 공장에 시범 공정을 설치하길 바라는 민 간기업도 다수 있는 상태이다.
5. 신재생에너지 생산 기술 개발을 통한 파급효과
현재 국내의 신재생에너지 관련 제도는 “신재 생에너지공급의무화제도(RPS:Renewable Portfolio Standard)”, “신재생열에너지공급의무화제도(RHO:
Renewable Heat Obliation)”, “신재생연료혼합의무화 제도(RFS:Renewable Fuel Standard)”들이 있다. 이 제
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도의 목적은 온실가스 감축을 위하여 신재생 에너지 보급률을 2035년 11%까지 끌어올리겠다는 계획의 일환으로서 국가에너지 안보 측면에 매우 큰 역할을 하고 있다. 이러한 제도가 활성화되고 성공하기 위 해서는 다양한 바이오연료의 개발이 필요하며, 본 사에서 추진 중인 열분해오일 생산 기술이 상용화될
경우 이러한 정책들에 부합하는 바이오연료 생산 기 술을 확보할 수 있을 것으로 예상된다. 또한 본 기술 개발을 통해 국내·외 시장 개척 및 국내 최대 규모의 급속열분해 시스템을 구축하여 기술·경제·사회적 측 면의 다양한 파급효과를 기대할 수 있을 것으로 예 상한다.