국내 유기성폐기물의 바이오수소 잠재량 분석 (Analysis of Biohydrogen Production Potential from Organic Wastes Generated in Korea)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 43권 / 9호 / 591 ~ 600페이지
· 저자명 : 김지민, 임성원, 알사예드, 프라카시옴, 김동훈

초록

목적:우리나라는 지구온난화의 가속을 줄이기 위해 온실가스 배출량을 저감시키는 방법 중 하나로 화석연료 사용량의 일부를 수소 에너지로 대체하기 위해 지속적으로 노력하고 있다. 수소는 천연가스, 석탄 등의 다른 에너지원에 비해 높은 발열량(122 MJ/kg)을 가지고 있으며 연소 시 온실가스를 배출하지 않는 청정에너지원으로 주목받고 있지만, 현재 국내의 그린수소 생산방법인 재생에너지원을 이용한 수전해 방식은 기후조건에 영향을 받기 때문에 공급량이 불안정하다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 수소 생산량을 보완하기 위한 방법으로 폐자원･바이오매스 중 기존 바이오가스화 시설과 연계할 수 있는 유기성폐기물(음식물류폐기물, 가축분뇨, 하수슬러지)로부터 회수 가능한 수소 잠재량을 산정하였고, 이에 따른 온실가스 저감효과를 파악하고자 하였다.
방법:유기성폐기물로부터 생산할 수 있는 수소 잠재량을 산정하기 위해 유기성폐기물의 국내 연간 발생량과 일반적인 유기물 성상을 이용하여 암발효와 바이오가스 개질 공정을 통해 생산될 수 있는 연간 수소 잠재량을 산정하였으며, 생산된 수소를 화석연료 대체 에너지원으로 사용하였을 때 저감시킬 수 있는 온실가스양을 산출하였다.
결과 및 토의:유기성폐기물의 연간 발생량과 기초 성상을 이용하여 암발효와 바이오가스 개질공정을 통해 생산될 수 있는 수소양은 각각 연간 4만톤, 67만톤이며, 유기성폐기물 종류별 수소 생산량은 가축분뇨 86%, 음식물류폐기물 10%, 하수슬러지 4%순으로 산정되었다. 총 수소 생산량은 연간 72만톤으로 2040년도 국내 수소생산 목표량의 약 14%를 차지할 수 있다. 생산된 바이오수소의 온실가스 저감으로서의 가치는 총 500만톤 CO2-eq이다. 수소 제조 공정 시 소모되는 전력에 따른 온실가스 배출량을 고려하면, 암발효의 경우 수소생산전력의 7%, 바이오가스 개질은 60%가 전력으로 소비되어 저감 가능한 온실가스 양은 연간 211만톤 CO2-eq으로 파악되었다.
결론:본 연구는 국내 대표적 유기성폐기물로부터 생산 가능한 바이오수소 잠재량을 분석한 최초의 결과로서, 향후 폐자원/바이오매스 활용 그린수소 정책 계획에 적극적으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

영어초록

Objectives:To mitigate greenhouse gas (GHG) emissions, our country is trying to replace fossil fuel to hydrogen (H2). H2 has higher energy yield (122 MJ/kg) than other energy sources (natural gas, coal, etc.), and is considered a clean fuel that produces only water upon combustion. The water electrolysis using renewable energy is one of the green-H2 producing methods, but its unstable characteristics depending on weather condition impede its practical application. Therefore, to establish green-H2 society, the use of waste and biomass is essential to fulfil the demand.
Methods:In this study, we estimated the biohydrogen potential of organic solid wastes: food waste, livestock manure, and sewage sludge, which are the main feedstock of domestic biogas plant. For the H2 generation process, dark fermentation (DF) and steam biogas reforming (SBR) were considered.
Results and Discussion:The potential amount of H2 through DF and SBR was 44,000 ton/y and 675,000 ton/y, respectively. The GHG reducing potential was estimated to be 5 million tons CO2-eq/year, but it can be lowered down to 2 million tons CO2-eq/year, considering the energy consumption during H2 generation process. Among the energy potential of produced H2, 7% and 60% is required for H2 production in DF and SBR, respectively.
Conclusion:The expected biohydrogen production was 718,000 ton/y which can account for about 14% of the domestic H2 production target in 2040 (526 million tons). The main source was livestock manure (86%), and minor fraction was from food waste (10%), and sewage sludge (4%). The GHG reducing potential was estimated to be 2 million tons CO2-eq/year, considering the energy consumption during H2 generation process.

참고자료

· 없음