• Prospectives of Industrial Chemistry
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• v.15 no.6
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• pp.39-53
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• 2012

지속가능한 바이오매스 자원으로부터 열, 전력을 비롯하여 연료부터 화학원료까지 다양한 제품들을 생산하는 열화학적 전환 공정들이 높은 관심을 받고 있다. 특히 수소, 일산화탄소로 구성된 합성가스를 생산하고 이를 전력, 연료 등을 동시에 생산하는 가스화 공정에 대한 학계, 산업계, 정부의 관심이 매우 높다. 그러나 바이오매스 가스화를 통해 생산된 합성가스는 타르, 황산화물 등의 오염물질들을 함유하고 있어 후속 공정들의 이용을 위하여 정제 공정을 반드시 거쳐야 한다. 본고에서는 바이오매스 가스화 기술에 적용되는 일반적인 정제 과정에 대해서 서술하였으며 세부적으로 불순물 제거 공정, 산성가스 제거 공정, 타르 제거 공정 등의 연구 개발 동향을 살펴보았다.

• 열병합발전
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• s.69
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• pp.20-24
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• 2009

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.116-116
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• 2011

바이오 가스 플랜트의 혐기소화 공정에서 발생하는 바이오 가스는 중 유해가스인 황하수소($H_2S$)는 부식성 가스로 수천 PPM농도를 함유하여, 발전기나 가스보일러로 이용하는 경우에는 $H_2S$를 제거하는 탈황공정이 반드시 필요하다. 탈황방식에는 산화철 탈황(건식 탈황)과 생물 탈황이 현재 많이 사용되고 있어나 산화철 탈황은 산화철 pellet이 유화철에 변화하면 탈황능력이 저하되어 pellet을 교환해야 하며 많은 비용이 발생한다. 생물 탈황 방식은 유황산화세균의 서식활동조건(온도, 반응시간, 산소량)확보가 반드시 필요하여 높은 운전기술을 필요로 한다. 본 연구에서는 바이오가스 전처리 기술 중 활성탄 또는 약액을 이용한 기존의 탈황정제방식보다 흡착성능이 뛰어난 이온교환섬유를 이용하여, 황화수소($H_2S$)를 95% 이상 제거할 수 있는 고효율 섬유상 이온촉매 악취제거 시스템 개발을 수행하였다. 이온교환섬유는 방사선 조사를 이용하여 부직포에 라디칼을 인위적으로 형성시켜(그라프트 중합) 양이온 또는 양이온을 교환할 수 있도록 제조된 섬유상의 흡착제로, 이온교환 섬유의 화학적 이온교환과 물리적 흡착 및 탈착반응이 동시에 발생되고, 활성탄/실리카켈 보다 흡착능력이 2~4배 높다. 또한 이온섬유의 재생기능을 이용하여 장기적 다양한 악취($H_2S$, $NH_3$, 아민계, 메르갑탄류, 알데히드 등) 및 유해가스(VOCs, NOx, SOx) 등을 95% 이상 제거할 수 있다.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.26 no.1
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• pp.55-64
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• 2018

The purpose of this study is to provide a design and operation technical guideline for meeting the appropriate design criteria to biogas utilization treating organic wastes. In accordance with the government's mid-to long-term policies on bio-gasification and energization of organic wastes, the expansion of the waste-to-energy (WTE) facilities is being remarkably promoted. However, because of the limitation of livestock manure containing low-concentration of volatile solids, there has been increased in combined bio-gasification without installing new anaerobic digestion facilities. The characteristics and common problems of each treatment processes were investigated for on-going 11 bio-gasification facilities. The seasonal precision monitoring of chemicophysics analysis on anaerobic digestor samples was conducted to provide guidelines for design and operation according to the progress of biogas utilization. Consequently, Major problems were investigated such as large deviation of organic materials depending on seasons, proper dehumidification of biogas, pretreatment of hydrogen sulfide, operation of power generation and steam. This study was conducted to optimize biogas utilization of type of organic waste(containing sewage sludge and food waste, animal manure), research the facilities problem through field investigation.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.28 no.4
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• pp.43-52
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• 2020

As the membrane gas separation technology grows, various models were developed by numerous researchers to describe the separation process. In this work, the counter-current model was compared thoroughly with experimental data. Experimentally, hollow fiber membrane using CA module was prepared for the separation of biogas. The pure gas permeation properties of membrane module for methane, nitrogen, oxygen, and carbon dioxide were measured. The permeance of CO2 and CH4 were 25.82 GPU and 0.65 GPU, respectively. The high CO2/CH4 selectivity of 39.7 was obtained. the separation test for three different simulated mixed gases were carried out after pure gas test, and the gas concentration of the permeate at various stage-cut were measured from CA membrane module. Results showed that the experimental data agreed with the numerical simulation. A mathematical model has implemented in this study for the separation of biogas using a membrane module. The finite difference method (FDM) is applied to calculate the membrane biogas separation behaviors. Futhermore, the counter-current model can be considered as a convenient model for biogas separation process.

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.26 no.2
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• pp.95-103
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• 2018

As a guideline for desulfurization and dehumidification pretreatment facility for optimizing utilization of biogas, the $H_2S$ concentration is set at 150 % which can be treated with iron salts, dehumidification is the optimum value for generator operation, and the relative humidity applied at the utilization of biogas in EU is set at 60 %. We have set up the generator facility guidelines to optimize utilization of biogas. The appropriate amount of biogas should be at least 90 % of the total gas generation, and the capacity of generator facility should be set at 20~30 %. In order to equalize the pressure of the incoming gas the generator, a gas equalization tank should be installed and the generator room average temperature should be kept at $45^{\circ}C$ or less. Since the gas is not produced at a certain methane concentration in the digester, the efficiency is lowered. Therefore, it is required to install an air fuel ratio control system according to the change in methane concentration. Therefore, it is necessary to compensate for the disadvantages of biogasification facilities of organic waste resources and optimize utilization of biogas and improve operation of facilities. This study was conducted to optimize biogas utilization of type of organic waste(containing sewage sludge and food waste, animal manure), investigate the facilities problem and propose design, operation guidelines such as pre-treatment facilities and generators.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.246.1-246.1
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• 2010

본 연구는 바이오가스의 에너지효율성을 높이기 위한 연구로서 바이오가스 정제공정과 초저온액화공정을 통하여 액화바이오메탄을 생산하는 바이오가스 고질화기술개발 연구이다. 바이오가스 정제공정은 탈황, 제습, 흡착, 압축, $CO_2/CH_4$ 분리공정으로 구성하고, 초저온액화공정은 열교환기, $CO_2$ 제거설비, 질소냉매 공급공정으로 구성하여 혐기성소화조에서 발생하는 바이오가스($CH_4$ 농도: 60~65%, $H_2S$: 1,500~2,500ppm)를 $200Nm^3/hr$의 유량으로 인입시켜 액화바이오메탄을 생산하였다. 연구결과, 탈황공정에서는 가성소다 세정법을 이용하여 1,500~2,500ppm으로 인입되는 $H_2S$를 100ppm 이하로 제거한 후, 흡착법을 이용하여 $H_2S$를 완전히 제거하였다. 바이오가스에 포화된 수분은 냉각제습과 흡착제습공정을 통해 Dew point $-70{\sim}-90^{\circ}C$까지 제거하여 안정적으로 $CO_2/CH_4$ 분리공정에 인입시켰다. $CO_2/CH_4$ 분리공정은 흡착방식을 적용하여 $CH_4$ 순도가 95% 이상인 바이오메탄을 생산하였으며, 이때 메탄 회수율은 약 87%이였다. $CO_2$가 분리된 바이오메탄은 초저온액화공정을 이용하여 액화바이오메탄으로 전환시켰다. 이때 초저온액화공정은 Reverse Brayton cycle로 구성하였으며, 냉매로는 질소를 사용하였다. 액화바이오메탄의 생산은 바이오메탄을 등엔트로피과정인 단열팽창을 통하여 $-155{\sim}-159^{\circ}C$의 초저온으로 냉각되는 질소냉매와 열교환기에서 열교환시켜 이루어졌으며 그 생산량은 $3.46m^3$/day(1bar, $-161^{\circ}C$)이었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.763-766
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• 2007

국내에서 발생되는 고형폐기물 중 자원으로 재활용 가능한 유기성폐기물은 하수슬러지, 음식물류폐기물, 축산분뇨 등을 대표 할 수 있다. 이들 유기성폐기물은 환경적인 측면에서 볼 때 다른 유기성 폐수 및 폐기물에 비하여 오염부하량이 상대적으로 높지만, 이를 생물자원 (Biomass)으로 인식하고 이용 할 경우 지구온난화와 같은 환경문제 뿐만아니라 향후 자원고갈문제를 동시에 해결할 수 있는 대체에너지 자원이다. 유기성폐기물을 대체에너지 자원으로 효율적으로 이용하기 위해서는 우선적으로 국제적 환경규제와 에너지 정책에 능동적으로 대응할 수 있는 자원순환형 폐기물관리 시스템 구축이 필요하며, 이를 위한 체계적인 정책적 지원책과 기술 개발이 뒷받침 되어야 할 것이다. 자원 재활용과 에너지회수 기술에 있어 혐기성소화(anaerobic digestion)는 유기성폐기물의 효과적인 감량화, 재이용화, 안정화를 만족시키는 동시에 유용 에너지원인 메탄가스를 회수할 수 있는 바이오가스 전환기술로 최근에 주목을 받는 biotechnology 중의 하나로 자리매김 하고 있다. 특히, 소비자원의 대부분이 해외에 의존하는 국내현실과 최근 고유가에 따른 국가 에너지 정책을 제고해야하는 현 시점에서 유기성폐기물을 이용한 바이오가스화 기술을 널리 보급하기 위해서는 요소기술 개발과 정부의 적극적인 정책적 지원 방안이 마련되어야 할 것이다.

• Clean Technology
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• v.24 no.4
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• pp.357-364
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• 2018

Studies on the production of biogas from third generation biomass, such as micro- and macroalgae, have been conducted through experiments of various scales. In this paper, we investigated the feasibility of commercialization of integrated combined heat and power (CHP) production using biogas derived from macroalgae, i.e., seaweed biomass. For this purpose, an integrated CHP plant of industrial scale, consisting of solid oxide fuel cells, gas turbine and organic Rankine cycle, was designed and simulated using a commercial process simulator. The cost of each equipment in the plant was estimated through the calculated heat and mass balances from simulation and then the techno-economic analysis was performed. The designed integrated CHP process produces 68.4 MW of power using $36ton\;h^{-1}$ of biogas from $62.5ton\;h^{-1}$ (dry basis) of brown algae. Based on these results, various scenarios were evaluated economically and the levelized electricity cost (LEC) was calculated. When the lifetime of SOFC is 5 years and its stack price is $$225kW^{-1}$, the LEC was 12.26 ¢ $kWh^{-1}$, which is comparable to the conventional fixed power generation.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.06a
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• pp.443-446
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• 2009

바이오매스 에너지라 함은 생물체를 구성하는 유기물을 이용하는 에너지이다. 바이오매스는 에너지 위기 및 $CO_2$에 의한 지구온난화 및 화석자원의 고갈이 진행되면서, 화석연료와 달리 재생이 가능하고 지속 가능한 자원으로 각광을 받고 있다. 그 중에서도 목질계 바이오매스는 다른 신재생에너지원에 비해 국내 잠재량이 가장 풍부한 에너지원 중의 하나이다. 바이오매스 에너지 기술로는 직접연소, 열화학적 변환, 생화학적 변환의 기술이 있다. 본 연구에서는 목재를 원료로 한 부분산화 조건의 숯 생산 공정에서 목재의 열분해 가스 생산특성을 고찰하였다. 열분해가스 중에 응축된 목초액의 pH는 3.58～3.92 정도로 분석 되었고, 산도는 시간이 경과 할수록 2.74에서 4.44%로 농도가 증가 되었다. 숯 생산 공정에서의 목재의 열분해는 초기부터 48시간까지는 열분해가스의 조성의 변화가 거의 없었고, 48시간 경과 후에는 열분해가스 중에 가연성가스인 $H_2$, CO, $CH_4$가 약 5%정도 배출되는 것을 알 수 있었다.