버려지는 산림·농업폐기물 고효율 바이오연료로 전환한다

에너지硏, 버려지는 부산물 발전용 연료로 재탄생
건조방식 대신 증기 이용 습식공정 개발…국제학술지 게재

[대전=뉴시스] 에너지연구원 관계자들이 개발한 농업·산림 폐기물 증기 폭쇄 기반 반탄화 반응기를 운전하고 있다.(사진=에너지연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국에너지기술연구원은 광주친환경에너지연구센터 민경선 박사팀이 산림·농업폐기물인 벌목 부산물, 칡덩굴, 버섯 폐배지를 화력발전소 연료로 사용할 수 있도록 고체 바이오연료로 전환하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

바이오매스는 목재, 임업부산물을 파쇄, 가공해 작은 펠릿(원통형)이나 칩 형태로 만들어 화력발전소 연료로 활용할 수 있다. 이는 화석연료를 대체하며 성장과정에서 이산화탄소를 흡수해 탄소중립을 실현할 수 있다.

현재는 대부분 톱밥으로 만든 목재펠릿을 수입해 사용하고 있으며 가열과 건조를 기반으로 하는 반탄화 공정으로 바이오연료를 만들고 있다.

하지만 이 방식은 300도 이상의 고온이 필요하고 건조과정에서 열량이 손실되며 무기질(칼륨, 나트륨)이 발생하는 단점도 있다.

이번에 민 박사팀은 건조방식 대신 증기를 이용한 습식공정을 개발해 무기질 발생은 줄이고 원료의 열량 손실률을 낮추는 데 성공했다.

또 그동안 건식 반탄화공정에 적용키 어려워 폐기하거나 방치했던 벌목 부산물, 칡덩굴, 버섯 폐배지까지 활용해 원료의 다변화를 꾀했다.

연구진이 개발한 공정을 이용하면 기존 반탄화공정보다 낮은 온도인 200도에 원료를 투입하고 15분가량 증기에 노출시켜 화학적 결합을 낮춰 쉽게 분해가 가능한 상태로 만들 수 있다.

이어 순간적으로 압력을 떨어뜨리면 원료는 더 작은 입자로 나뉘게 돼 펠릿 모양으로 만들기 용이해진다.

작은 입자가 된 바이오매스는 화력발전소에 사용할 수 있도록 펠릿 모양으로 압축한다. 이때 화학적 조성, 온도, 압력, 지름과 길이에 대한 압축비를 다양하게 조합하면 고른 품질을 가진 효율적인 펠릿이 만들어진다.

이렇게 생산된 바이오연료의 성분 분석 결과 온도와 시간이 증가할수록 연소효율을 저해하는 헤미셀룰로오스, 무기물 함량이 감소한 것으로 확인됐다.

이에 따라 바이오연료의 고위 발열량은 최대 22.0M/kg, 에너지 회수율은 최대 95%까지 증가해 증기 기반 습식공정이 폐 바이오매스 활용에 가장 효과적인 공정임을 확인했다.

연구 결과는 농업공학 분야 저명 학술지 '바이오리소스 테크놀로지(Bioresource Technology<IF 11.4>)에 최근 게재됐다.(논문명:Waste to Energy: Steam explosion-based torrefaction process to produce solid biofuel for power generation utilizing various waste biomasses)

민경선 박사는 "세계적으로 바이오연료는 기후위기, 자원고갈 문제해결에 직접적으로 기여하는 에너지원으로 인정받고 있다"며 "농업, 산림폐기물을 화력발전소에 혼합해서 사용할 수 있는 연료로 만드는 이번 기술은 폐자원을 에너지원으로 업사이클링해 자원순환 체계를 구축하고 탄소중립 실현에 도움이 될 것"이라고 말했다.

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