바이오가스 발전 소개
바이오가스화 사업은 유기성폐기물 에너지화 기술을 이용하여 음식물폐기물, 분뇨, 하수슬러지 등 각종 유기성폐기물을 혐기성소화 미생물 작용을 거쳐 도시가스의 주성분인 메탄가스가 다량 함유된 바이오가스를 생산하여 천연가스 대체용도로 활용하는 기술입니다.
대부분이 저부가가치로 유용하게 이용되지 못하고 단순처리되고 있는 유기성폐기물을 고부가가치 천연가스 대용의 바이오가스로 전환하는 바이오가스 생산 및 발전, 도시가스 공급, 차량용 연료로 활용할 수 있는 활용기술 등 일체의 제반 솔루션을 제공해 드립니다.
사업개요
바이오가스 생산
각종 유기성폐기물의 혐기성소화 작용으로 발생되는 바이오가스는 복잡한 생화학적 미생물처리에 의해서 생성됩니다. 삼천리ES 바이오가스 공법은 에너지 순환회수형 고온가수분해/멸균 및 2상 중온소화공법을 적용하여 혐기성 소화공정에 소요되는 에너지 소비량을 절감하였으며 바이오가스의 생산량 증대와 공정 운영 안정성 및 위생성을 동시에 확보하였습니다.
매립처리되는 폐기물의 부패과정에서 자연스럽게 발생하는 매립가스 역시 유기성폐기물의 혐기성소화 처리과정과 비슷한 성질을 가지며 바이오가스 활용시설과 유사한 시설에서 바이오가스와 동일한 목적으로 활용가능하기 때문에 매립지의 온실가스 회수 및 친환경에너지 활용을 통한 수익창출을 가능하도록 삼천리ES의 바이오가스 기술 포트폴리오를 제공하고 있습니다.
바이오가스 활용
매립지, 하수처리시설 및 유기성폐기물자원화 시설 등의 혐기성 소화설비에서 생산된 바이오가스를 멤브레인 고질화(upgrading)공법을 이용하여 고순도(97%이상)의 바이오메탄을 생산합니다. 생산 된 고순도의 바이오메탄은 화석연료를 대체할 수 있는 수송 연료 및 천연가스 배관망 연계를 통하여 수요처에 사용 가능하며 CHP(열병합발전)와 연계하여 전력생산 및 열원공급으로 대체에너지자원 마련 및 바이오가스의 CO2를 회수함으로 기후변화에 적극적으로 대응할 수 있습니다.
바이오가스 고질화 기술
바이오가스를 보다 유용하게 활용하기 위하여 메탄과 이산화탄소를 분리하여 메탄은 발전, 도시가스 공급, 자동차연료 등 고부가가치로 활용할 수 있습니다. 이를 가능하게 하기 위해서는 바이오가스를 전처리하고 불순물을 제거하는 고질화 기술이 필요합니다. 삼천리ES는 고질화기술로서 기존의 바이오가스 고질화기술 대비 즉각적인 대응성, 분리정제에 적은 에너지 소요, 저렴한 유지보수비 등의 장점을 갖는 멤브레인 고질화방식을 제공하고 있습니다. 독일 EVONIK의 SEPURAN 중공사막 멤브레인을 적용하여 신뢰성 있는 멤브레인 모듈을 사용하고 있으며 SEPURAN 멤브레인을 사용한 바이오가스 전처리 및 고질화플랜트 시스템을 구성하여 국내외 각종 수요처에 국내외 멤브레인 시스템을 제공합니다. 또한 삼천리ES는 EVONIK의 SEPURAN 중공사막 멤브레인 정식 OEM 파트너로서 멤브레인 모듈을 국내에 공급하고 있습니다.
- 높은 메탄(CH4) 회수율(>98%)
- 플랜트 확장성 용이
- 고순도 액화탄산(CO2) 회수 (>99.5%)
- 편리한 운전 및 유지보수
- 낮은 전력 소비(0.2kWel/Nm3)
- 가동 및 운전 간의 짧은 interval
- 추가적인 화학약품 불필요
- 기술원리
기술원리
기대효과
Bio Gas 자원화 필요성
-
Bio Gas 활용 목적
- 버려진 폐기물에서 발생하는 Energy
- Bio Gas 재활용으로 악취 원인물질 동시 제거 가능
- 각 지역에서 획득이 가능한 Energy
-
태양광, 풍력 등 다른 신재생 에너지원에 비하여
24시간, 365일 지속적으로 공급이 가능한 Energy
-
온실가스 감축효과
- Biogas : CH4(≒50%), CO2(≒40%) 등으로 구성
- GHG : CH4, CO2, N20, HFCs, PFCs, SF6
-
메탄(CH4)을 Energy로 전환은 온실가스 저감
- 가솔린: 96g/MJ, 디젤: 95g/MJ, 천연가스: 68g/MJ
- 바이오메탄: 3g/MJ
Bio Gas 성상
구분 | 단위 | 소화가스 | LFG | 천연가스 |
---|---|---|---|---|
메탄 |
Vol-% |
50 ~ 60 |
45 ~ 55 |
87 |
수소 |
Vol-% |
0 |
0 ~ 3 |
0 |
이산화탄소 |
Vol-% |
35 ~ 45 |
35 ~ 40 |
1.2 |
질소 |
Vol-% |
0.2 |
15 |
0.3 |
산소 |
Vol-% |
0 |
1 |
0 |
황화수소 |
Ppm |
< 1000 |
< 3000 |
1.5 |
암모니아 |
Ppm |
< 100 |
< 100 |
0 |
총 열소(as CI-) |
mg/N㎥ |
0 ~ 5 |
20 ~ 200 |
0 |
저위발열량 |
MJ/N㎥ |
20 |
18 |
40 |
비중 |
Kg/N㎥ |
1.2 |
1.3 |
0.84 |
소화가스 및 LFG는 주성분이 CH4 으로 이루어져 있어, 가스 정체 후 천연가스와 유사한 품질의 BIO Gas 생산가능
바이오가스 연료화 기대효과
-
환경적인 측면
대기오염 물질 배출 저감에 의한 대기질 개선효과
-
천연가스와 바이오가스를 연료로 한 버스는 디젤연료에 비하여 PM과 NOX와 같은 대기오염 배출물 규제를 충족할 수 있는 연료이고
특히, 도시지역에서 중요한 연료로 사용될 것 이다.
온실가스 저감효과- 유럽의 CONCAWE의 조사결과에 의하면, 바이오 에탄올과 바이오 디젤은 화석연료인 디젤에 비해 CO2 발생량이 30~60% 저감할 수 있지만, 바이오 가스는 75~200%까지 저감할 수 있다.
- CNG는 화석연료인 천연가스이지만, 자연순환형 바이오 천연가스에서는 온실가스 발생이 전혀 없다.
서울시 물재생센타 내 소화가스를 연료로 하는 CNG 충전소 설치에 의한 CNG 자동차 확대 보급 효과 -
천연가스와 바이오가스를 연료로 한 버스는 디젤연료에 비하여 PM과 NOX와 같은 대기오염 배출물 규제를 충족할 수 있는 연료이고
-
경제적인 측면
용도 Biogas flow Investment costs 바이오가스 가치
(1€=1300원)CHP(열병합)> 100Nm3/hr- Cost for boller; 150k€
- Operating cost; 35k€/yr
- Returning time; < 1year
0.24€/Nm3
(312원/Nm3)Electricity(전기)> 400Nm3/hr- Installed cost; 1.5~1k€/kW(150~1000kW power)
- Returning time; 4.5year
(700㎥/yr gas engine, 4760 running hours) - Selling price; 75c€/kWh
0.15€/Nm3
(195원/Nm3)Fuel(연료화)> 50m3/hr(8 bus or 32 car에 공급할 수 있는 50㎥/hr인 경우)
- Installed cost; 0.6 M€
- Operating cost; 60k€/yr
- Selling price; 0.5€/㎥
- Returning time; 10 years
0.47€/Nm3
(611원/Nm3)
삼천리ES
혐기성소화공정
국내음식물 쓰레기 특성
성상특성 | 기준값 | 처리의 문제점 |
---|---|---|
높은 수분함량 |
75 ~ 85% |
수집, 운반과정의 환경오염 (악취, 침출수 누수) |
다량의 이물질 혼입 |
25 ~ 30% |
선별, 분리의 곤란 |
빠른 부패속도 |
pH 4 ~ 5 |
악취 발생 및 위생처리 어려움 |
높은 염분함량 |
1.5 ~ 2.3 % |
퇴비품질 저하 및 토양의 악영향 |
낮은 발열량 |
200 ~ 400 Kcal/Kg |
소각비용 증가 및 대기오염 유발 |
계절적 편차 |
20% |
처리시설의 용량과다 및 운영문제점 |
기존 처리기술의 문제점
-
매립시설
- 침출수로 인한 지표수, 지하수오염
- 메탄가스,CO2가스의 대기확산
- 매립장 조성 및 운영비용 증가
- 매립장 재활용 장기간 소요
-
호기성퇴비화
- 다량의 수분조절제 필요
- 낮은 감량효율 및 염분농도의 영향
- 부산물 활용문제
- 과다한 부지소요
-
소각시설
- 보조연료사용 증대
- 소각용량 및 처리효율감소
- 자원화율 저조
- 유해배가스에 의한 대기오염 악화
-
사료화
- 외부 건조열원 필요
- 혼합 영양제 필요
- 위생상의 불완전 (여름철 부패)
- 이물질 선별의 어려움 (유해독성물질)
삼천리ES 혐기성소화공정의 특징
-
기술적 측면
- 상호검증기술적용
- 상호설비 공유
- 부산물통합관리
- 염분문제 해결
- 비상시 유기적 관리
- 자원화/감량화
-
경제적 측면
- 투자비 절감
- 영농수익사업
- 유지관리비 절감
- 에너지 회수 (자원화 및 감량화)
-
운영적 측면
- 상호 연계처리(계절별 응용)
- 액비수요에 따라 설비 공유
- 관리의 일원화 가능
- 비상시 유기적대응
- 통합관리로 수거 및 처분이 용이
-
환경적 측면
- 환경설비의 효율적 관리 및 운영가능
- 혐오시설 인식전환
- 민원발생 최소화
- 친환경설비 도입
- 환경시설의 유기 농업기술 접목
사업실적
열병합발전으로 활용하는 신재생에너지 발전사업의 플랜트 전체 EPC(설계∙구매∙시공)을 수행하고 위탁 운영 중 입니다.
본 바이오가스 열병합발전 시설은 물재생센터 내 약 2000㎥의 부지규모에 발전용량 5.8MW급이며
하수처리장 바이오가스 발전사업으로는 국내 최대 규모입니다.
바이오가스 발전사업은 신재생에너지인 바이오가스를 전처리하여 연료로 사용하며, 가스엔진 열병합 발전방식으로 발생되는 전기를 공급·매전하는 사업입니다.
열은 소화조 가온열로 공급하고 남은 열은 SH공사 지역난방에 판매하여 에너지 자립적이며, 약 10,000세대에 공급할 수 있는 전기를 생산하고도 온실가스를 연간 25,000톤 감축할 수 있는 친환경에너지 사업입니다.
- 설비명 구분 내용
-
가스엔진
발전용량 1,426kW × 2기
(2,852kW)회전수 1,800rpm연료소비량 390 N㎥/h × 2기
(780N㎥/h) -
기타
발전전압 440V배열회수량 1.2Gcal/h열회수상태 중온수 90℃/70℃계통연계 한전병렬운전열이용처 증기(폐가스보일러)
- 설비명 구분 내용
-
가스엔진
발전용량 1.413kW × 2기
(2,826kW)회전수 1,800rpm연료소비량 552㎥/h × 2기
(1,104㎥/h) -
기타
발전전압 6.6kV배열회수량 2.6Gcal/h열회수상태 중온수 90℃/70℃계통연계 한전병렬운전열이용처 온수(소화조가온)
- 설비명 구분 내용
-
가스엔진
발전용량 1,450kW × 2기
(2,900kW)회전수 1,800rpm연료소비량 588 N㎥/h × 2기
(1,176N㎥/h) -
기타
발전전압 3,300V배열회수량 2.6Gcal/h열회수상태 중온수 90℃/70℃계통연계 한전병렬운전열이용처 증기(폐가스보일러)
- 설비명 구분 내용
-
가스엔진
발전용량 1,412kW × 1기회전수 1,800rpm연료소비량 588 N㎥/h
-
기타
발전전압 6,600V배열회수량 0.7Gcal/h열회수상태 중온수 90℃/70℃계통연계 한전병렬운전열이용처 증기(폐가스보일러)