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재생에너지

7. 바이오매스

한국은 미래에 사용될 대체에너지로 석유, 석탄, 원자력, 천연가스가 아닌 에너지로11개 분야를 지정 (대체에너지개발 및 이용·보급촉진법 제 2조)

재생에너지 태양열 태양광 (소)수력풍력

해양 지열 폐기물바이오매스

신에너지 수소 연료전지 석탄액화가스화

신&재생에너지

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7장 바이오매스(Biomass)

: 광합성에 의해 물과 탄산가스로 합성된 유기물 즉식물류, 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 통해기체, 액체, 고체 연료나 전기, 열 에너지 형태로 이용하는 것

*”바이오”,에너지관리공단 신재생에너지센터, 북스힐,

*”신재생에너지공학”,장태익,정영관, 북스힐

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*탄소중립(Carbon neutral) :Biomass 방출 식물 Biomass

*바이오매스의 공정도:

CO2 + H2O CH2O(직접, 가공) + O2

태양광광합성

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,

A l t e r n a t e E n e r g y L a b . *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

발효

증류

*”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 생산바이오디젤 : 식물유(Triglyceride)에 열과 촉매로

화학변환 생산

주 : 혐기성-공기를 싫어하는 성질

*”오토저널”, 한국자동차공학회

*”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,

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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 구조완전연소메탄올:CH3OH에탄올:C2H5OH바이오디젤: RCOOCH3(R= 탄소11-17의 탄화수소)

2. 운반성이 좋다(가솔린과 동등).3. 상온에서 액체연료이므로 기존의 엔진기술을 활용가능.4. 메탄올은 천연가스와 석탄 등에서도 제조가능5. 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.불포화도산화껌성분을 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

C6H10O5 + 6O2 = 6CO2 + 5H2O -17.5Mcal

*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 실행중미국 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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메탄발표 제조 공정

*”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