| 초록 |
1세부과제 : 초과엔탈피연소 이용 초희박 VOCs의 고효율 처리 및 에너지 절감기술 개발 (II) Ⅱ 과제의 목표 및 내용 1. 배경 및 필요성 ♦ 연구배경 ▪ VOC는 발암물질을 다수 포함하고 있고 악취 및 오존층파괴 원인물질로 규정되어 대기환경오염물질 배출허용 총량제가 실시 중. ▪ 제조업이 전체 산업의 70% 육박하며 제조업중 석유화학> 금속>운송장비>기타제조>기계전자 순으로 배출량이 많음. 한편, 2007년부터 기계 및 전자 부분 VOC 배출량 급증 추세. ▪ 특히 전자산업에서 배출되는 VOC의 농도는 매우 희박한 상태로 배출되고 있고 이의 처리하기 위해 RTO(Regenerative Thermal Oxidation) 설비를 이용하고 있고 저농도의 VOC처리를 위해 보조 연료투입으로 인한 에너지 사용량 증가. ▪ 전자산업 배출 VOC는 종류가 매우 다양하지만 주로 PGMEA(Propylene glycol monomethyl ether acetate)이며 배출 농도는 약 1,000ppm정도로 매우 낮음 ▪ 국내 전자산업 RTO 설비 현황 - 국내 전자산업 사업장은 삼성반도체 화성사업장 외 약 삼성반도체 화성사업장 외 13 개소이며 단위 사업장 마다 약 18개 생산라인을 보유하고 있고 생산 라인별 설치된 RTO수량은 약 2기로 총470기가 운전 중. ▪ 에너지 소비량 (초기예열+정상운전) - 처리용량 약 200Nm 3 /hr의 설비 1기 기준으로 년간 에너지 소비량은 LNG 171,429 Nm 3 이며 전자산업 전체로 따져보면 년간 80,571,630 Nm 3 의 LNG가 소비됨. (~25만가구 LNG사용량/년) ▪ LNG 사용량 증가에 따른 온실가스 배출권거래제 대응 필요 부각 ♦ 연구개발 필요성 ▪ 에너지 소비량 절감 필요 - 국내 반도체 디스플레이 업계들은 자체적으로 2020년까지 사업장내에서 사용되는 에너지를 최대 10% 절감하는 목표 설정. - 설비 제공업체(중소/중견기업)들은 설비의 에너지 효율을 향상시키기 위해 개별적으로 노력 중. ▪ 환경규제 및 수출 규제 대응 필요 - 2004년도부터 국내 수도권 지역별 대기오염물질 배출 허용 총량제가 실시되고 있어 산업계는 VOC의 처리효율에 각별히 관심이 큼 - VOC의 특성상 악취가 심하여 소량만 배출되더라도 주변 민원이 발생. - EU 및 미국등 선진국들의 수출장벽이 갈수록 높아지고 있으며 이에 대한 대응이 시급(Energy Star/ Euro 6등) ▪ 시스템 유지 보수 시간 단축 필요 - RTO시스템의 단점 중 하나는 시스템 특성상 다량의 축열재를 특정온도로 Heat up 또는 Cooling Down하는데 걸리는 시간이 각각 12시간 정도이며 이의 시간 단축이 반도체 및 디스플레이 생산성 향상과 직결됨. • Compact한 시스템으로 사업장내 공간 이용효율 향상 필요 - 기존의 RTO시스템은 다량의 축열재를 이용해야 하여 시스템의 크기가 매우 크고 복잡함. - 전자사업장 옥상(Roof top)에 다양한 배출 시스템들이 위치하여 전체 하중 및 부피 제약이 존재함. 2세부과제 : 에너지절약형 초고속 열가스 분사 가열시스템 개발 (II) Ⅱ 과제의 목표 및 내용 1. 배경 및 필요성 - 철강공정용 공업로의 총에너지소비는 약 400만 TOE/년. - 공업로의 에너지 손실(폐열회수 한계에 따른 배가스 손실, 로체 방열 손실 등)은 고온(1,300C 분위기 온도에 비례하기 때문에 통상의 직화식 연소가열 방식으로는 에너지절감에 한계가 있음. - 에너지다소비 공업로(철강, 석유화학, 요업)에서 피열물의 형상에 따른 불균일 가열, 고온 산화피막(scale) 형성에 따른 전열저항 증가 및 분위기 고온화에 비례한 배기손실 등이 상존하여 혁신적인 에너지절감과 생산성 및 품질향상이 가능한 가열기술이 요청되고 있음. - 아울러 공통기기로서 전 산업공정에 응용이 가능한 에너지절약형 고온 가열기술의 개발 및 상용화는 그 파급효과가 매우 클 것으로 기대됨. 3세부과제 : 초음파 이용 바이오 고품위 물질 생산을 위한 분리공정기술개발에 관한 연구 (I) Ⅱ 과제의 목표 및 내용 1. 배경 및 필요성 - 수분과 불순물(염분 등)이 제거된 바이오(유기성) 물질은 화학, 제약, 식품, 재생에너지분야 등에서 이용할 가치가 높음. - 재생에너지분야를 살펴보면, 이 분야의 약 66%(2013년 기준)를 차지하고 있는 유기성 폐자원의 종합관리기술은 많은 연구가 수행되었음에도 불구하고 에너지효율 관점에서 미흡함.(재생에너지분야에서, 2008년 기준 폐자원 연료화를 통해 약 8천억원의 석유수입대체를 기대할수 있음.) - 이를 실현하기 위해서는 저에너지비용과 에너지효율이 높은 요소기술 및 운전기술이 확보되어야 함. - 초음파를 이용한 기술은 성능과 이용성이 우수하나, 기존의 구조적 한계 때문에 효율이 낮고 긴 처리시간을 가짐. 초음파와 탈수가 결합된 시스템은 있으나, 초음파의 운용측면에서 시스템운전효율이 낮음. - 화학원료, 식품, 의약품 분야에 이용하기 위해서는 전처리(초음파), 탈수, 건조를 통합하고 일련의 공정으로 운전할 수 있도록 시스템 개발이 필요 - 본 제안기술의 적용분야는 다양하나, 시장규모를 명확히 파악할 수 있는 재생에너지(유기성폐기물) 분야를 대상으로 보면, 고함수율 유기성 폐기물의 발생량은 5,800만톤 규모이고, 이를 에너지화 할 경우 에너지함량 348만toe/년이고 이는 연간 석유수입 대체효과 2,550만 배럴규모임. (석탄화력발전소 약 4기 (500mW급)의 발전량에 해당) 4세부과제 : 초단열 무촉매 부분산화 다단연소 핵심기술 개발 (I) Ⅱ 과제의 목표 및 내용 1. 배경 및 필요성 ◯ 미래 에너지 측면: 고효율 수소 제조 및 장기 내구성 요구 대응 • 신재생 에너지의 매개체(carrier)로서 수소의 효율적인 생산 및 활용에 관한 연구 개발은 지난 십여 년간 전 세계적인 이슈 • 태양광, 풍력 등과 같은 재생에너지 이용 수소 생산기술이 아직 경제성을 확보하지 못한 상황에서 기존 화석 연료의 개질을 통한 수소 생산이 그 대안으로 부각되고 있으며, 특히 근래 셰일가스의 생산량 급증에 따른 가스연료 가격 하락은 화석 연료 기반 수소 생산 경제성 확보의 기반이 됨 • 기존의 촉매 이용 개질기술은 흡열반응에 따른 낮은 열효율(수증기 개질), 낮은 연료 전환율과 수소 수율(부분 산화 개질) 또는 장치 비대화(자열 개질) 등의 문제점이 있으며, 촉매 사용에 따른 내구성 확보 및 촉매 저가화는 공통적인 당면 과제임 • 본 과제에서는 이에 대한 대안으로서 촉매를 사용하지 않는 초단열 연소를 이용한 부분산화개질 원천기술을 개발코자 함. ◯ 환경적 측면: 미세먼지 발생원인 질소 산화물의 배출 저감 대응 • 근래 들어 계절에 관계없이 빈번히 발생하는 미세먼지 발생에 대응하기 위해 그것의 주요한 2차 생성원 중의 하나인 질소산화물(NOx)의 배출저감 필요성 부각 • 국내 NOx 배출량의 약 42%가 산업용 연소시스템에서 발생 • 배출규제 강화로 인해 미국 등의 선진국에서는 지속적인 배출량 감소 추세를 보이고 있으나,국내에서는 10여 년간 큰 폭의 변화 없음 • 국내의 경우, 기 시행된 NOx 배출 총량 규제로 인해 산업계의 반발이 심한 상태이며 이에 부응할 수 있는 고성능 연소 핵심기술의 개발 필요 • 기술적 대안으로서 거론되는 순산소 연소는 외부에서 침투한 미량의 질소가 초고온의 화염에서 NOx로 산화되므로 배출 저감의 두드러진 효과가 없으며, 배기가스 재순환을 이용한 NOx저감 기술은 기존 설비의 대대적인 개장을 필요로 할 뿐만 아니라 연소 안정성 및 에너지 이용 효율 측면에서 신중히 고려되어야 하고, 환원재와 촉매 및 암모니아를 이용한 연소 후 탈질의 경우 운영비가 과다하게 드는 단점이 있음 • 본 과제에서는 초단열 무촉매 부분산화 개질을 포함하는 다단연소를 적용함으로써 NOx 배출을 저감코자 함 ◯ 산업적 측면: 고성능 다기능성 연소 핵심기술 필요성 대두 • 기존의 연소기술은 열이 필요한 공정에 사용되는 단순 열원으로서의 역할에 국한되었으나, 근래에는 공해 물질 저감과 같은 환경적 요인을 비롯하여 다양한 산업 분야에서 요구되는 다양한 조업 환경에 부합하는 다기능성 연소기술을 필요로 함 • 발전용 가스 터빈의 NOx 배출 저감을 위해 연료 희박 조건에서 운전할 수 있는 연소기 개발이 진행되고 있으나 연소 불안정성이 가장 큰 문제로 대두됨 • 철강 산업 분야 |
