| 초록 |
□ 개발 목적 및 필요성 - 우리나라는 온실가스 감축목표를 2020년 온실가스 배출전망치(BAU) 대비 30%로 설정하여 부분별 감축전략을 설정 중. - 유기성 폐기물의 처리법이 단순 매립에서 혐기성소화 처리로 전환됨에 따라 다량의 바이오가스(메탄, 이산화탄소 주성분) 발생. - 메탄은 지구온난화지수 21로 6대 주요 온실가스로 분류되며, 자원화를 통해 온실가스 저감과 신재생연료 확보 필요. - 국내에서 운영 중인 가축분뇨 바이오가스화 시설은 주로 부가가치가 낮은 전력생산. 바이오가스 정제를 통한 연료화를 통해 고부가가치의 바이오메탄 생산 필요 □ 연구개발 결과 1. 1차년도 - 막접촉기용 소수/다공성 중공사막 제조용 TIPS 설비를 신규 제작, 설치하고, 중 공사를 제조하였으며, 제조된 중공사는 젖음압(물에 대한 파과압력) 최대 15.1 bar, 세공율 최대 53%를 나타내었음. - Lab-scale(0.1Nm 3 /hr) 규모의 막접촉기 시스템을 설계, 제작, 시험운전 하였음. 2. 2차년도 - 막접촉기용 소수/다공성 중공사막의 60% 이상의 높은 세공율과 젖음압(물에 대한 파과압력) 10 bar 이상의 중공사막을 제조하기 위하여 1차년도 연구결과를 바탕으로 제조 조건을 변화하여 중공사막을 제조하였음. 제조된 중공사 막은 젖음압 8.7 bar, 세공율 57%를 나타내었음. - 다양한 흐름 패턴을 갖는 4가지 패턴의 2인치 분리막 모듈을 제작하고 시험하였으며, 모듈 상부, 하부에서 cross flow에 의한 혼합효과가 큰 패턴 D가 가장 우수한 분리막 모듈 형태임을 확인하였음. - Lab-scale(0.1Nm 2 /hr) 규모의 막접촉기 시스템을 이용하여 CH 4 /CO 2 혼합기체를 대상으로 2인치 패턴 D 모듈에 대한 다양한 운전조건에서의 분리성능을 시험하였으며, 2인치 패턴 D 모듈의 결과를 바탕으로 3인치 패턴 D 모듈을 제작하여, 혼합기체 유량 2,250 sccm, 기체 압력, 2.5 bar, 액체 유량 4 L/min, 액체 압력 3.0 bar에서 잔류측 CO 2 농도 3.3% (CH 4 96.7%), 시스템 회수율 97%를 달성하였음. 3. 3차년도 - 국내 최대의 모듈 직경 8 inch/막면적 40 m² 막접촉기용 대형 모듈화 기술을 개발 - Lab-scale(0.2Nm³/hr) 규모의 막접촉기 시스템을 이용하여 CH 4 / CO 2 혼합기체를 대상으로 최적 모듈 조합을 완성하였고 다양한 운전조건에서의 분리성능을 최적화하여 막접촉기 대형화할 수 있는 데이터(물질전달계수, 기체 투과량 등)를 확보하였음. - Lab-scale 규모의 시스템에서 흡수액 온도에 따른 성능시험을 수행하였고 황화수소 / 암모니아를 포함한 모델가스를 적용하여 GC peak 상 황화수소 / 암모니아 성분이 검출되지 않았음. - Lab-scale(0.2Nm³/hr) 막접촉기 시스템 테스트결과 혼합기체 유량 2000 sccm, 기체 압력 7.5 ~ 9.5 bar, 잔류측 CO 2 농도 3.7%(CH 4 96.3%), 시스템 회수율98.2%를 달성하였음. - Demo-scale 메탄가스 포집∙회수용 고효율 막접촉기 시스템 (10 Nm³/hr)을 설계/제작할 수 있는 제반기술을 확보. - Demo-scale 메탄가스 포집∙회수용 고효율 막접촉기 시스템 (10 Nm³/hr)을 설계/제작. 4. 4차년도 - Demo-scale 메탄가스 포집∙회수용 고효율 막접촉기 시스템 최적화 및 신뢰성을 확보하였음. - 메탄가스 포집∙회수농도 : 97.2%, 회수율 : 98% 이상 - Scale-up(50 Nm³/hr) 메탄가스 포집∙회수용 고효율 막접촉기 시스템 기초설계자료 작성 □ 성능사양 및 기술개발 수준 - Lab-scale(0.1Nm 3 /hr) 막접촉기 시스템 : 혼합기체(CH 4 /CO 2 = 43/57) 공급유량 2,250 sccm, 잔류측 CO 2 농도 3.3%(CH 4 96.7%), 시스템 CH 4 회수율 97% - Demo-scale(10Nm 3 /hr) 막접촉기 시스템 : 혼합기체(CH 4 /CO 2 = 43/57) 공급유량 2,250 sccm, 잔류측 CO 2 농도 2.0%(CH 4 97.2%), 시스템 CH4 회수율 98% □ 활용계획 - 바이오가스로부터 개발된 메탄 회수 및 전/후처리를 통합한 막접촉기 시스템을 축산분뇨 바이오가스 자원화 시설에 적용하여 발생되는 메탄을 회수시스템 사업화 - 국내 적용 사례를 발판으로 해외 바이오가스 플랜트의 메탄 고질화 부분에 개발된 막접촉기 시스템 적용 ( 출처 : 요약서 4p ) |
