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대한민국의 기술력 바이오에너지

 

 사람들은 신재생에너지라는 단어를 생각하면 태양광 에너지 태양열에너지 풍력에너지 지열에너지를 바로 생각해 내는 반면 바이오 에너지에 대해서 바로 생각해내지 못한다. 하지만 우리나라는 바이오 에너지에서 뛰어난 부분들이 아주 많은 걸로 알고 있다. 지금부터 어떤 것들이 있는지 알아보자.

 바이오 에너지란 농업 부산물 산업체 부산물 유기성 폐기물 등 바이오 매스로부터 생산 가능한 에너지를 뜻한다. 또한 바이오매스는 생물자원의 집합으로서 버드나무 아카시와 같은 나무를 사탕수수 고구마 옥수수 등의 초복 식물 수생식물 해조류 광합성세균 등을 뜻하는 단어이다. 고체 액체 기체와 같이 많은 형태로 이루어져 있는 에너지이지만 이번에 소개하고자 하는 에너지는 액체 상태인 바이오 에너지로 분류할수있다.

 

1. 바이오 에탄올

[그림 1. 바이오에탄올 공정]

                                                                                                 출처 : https://blog.naver.com/korlifeteam/60115110811

 

 바이오 에탄올은 옥수수나 밀 보리 사탕수수 등 곡물뿐만 아니라 많은 부분에서 얻을 수 있는 에너지를 말하는데 많은 사람들은 바이오 에너지라고 하면 옥수수 밀 보리 사탕수수와 같은 식용작물에서 바이오 에너지를 만든다고 많이들 생각한다. 하지만 옥수수 밀 보리 사탕수수와 같은 식용작물에서 얻는 방식은 1세대 방식이다. 

        [그림 2. 3세대 바이오매스 해조류의 장점]

출처 : 조순익 블로그

 지금은 2세대 비식용작물을 지나 3세대 해조류에서 바이오 에너지를 얻는 방법을 개발했다. 해조류에서 에너지를 얻는 방법은 아주 단순하며 숲을 파괴시키지도 않으며 식량과 연계되지 않아 아주 친환경적으로 개발할 수 있는 방법이다. 또한 해조류를 이용해서 바이오에탄올을 만드는 기술은 우리나라가 전 세계적으로 최초로 확보한 원천기술이라고 한다.

 

2.바이오 부탄올

                                                             [그림 3. GS칼텍스 바이오부탄올 생산 공정도] 

출처 : GS칼텍스

 바이오 부탄올 또한 우리나라가 아주 우수한 기술.력을 보유하고 있다. GS칼텍스에서 비식용 바이오매스를 이용하여 친환경적인 방법으로 고순도의 바이오 부탄올을 생산해내는 기술을 보유하고 있는데 핵심기술을 전처리 당화 균주 발효 분리 정제 부분으로 나누어진다.

         [그림 4. 전처리 당화공정]

 출처 : GS칼텍스

 전처리 당화 공정에서 고농도 산과 반응하여 탈 결정화된 후 가수분해를 통하려 당으로 전환되고 산과 전환된 당은 액체 상태로 리그닌은 고체 상테로 존재하여 함께 섞여 필터프레스 장치로 옮겨져 압축되어 액상성분만 추출되고 리그닌은 따로 분리되어 연료로 사용하게 된다. 액상성분은 당과 함께 약 30%정도의 산이 존재하며 산은 snd 공정을 통해 다시 분리되어 다시 농축 과정을 거친 후 전처리 공정에 재활용된다. 최종 생산된 당은 중화시킨 후 발효공정으로 보내진다.

 

      [그림 5. 균주 발효공정]

 출처 : GS칼텍스

 발효공정은 균질을 통해 생성된 바이오 부탄올을 흡착 반응기로 추출하고 나머지 영양분은 다시 발효기로 보내는 연속 순환 공정으로 이루어져 있다. 이로 인해 GS칼텍스는 수율 생산성 부탄올 선택도가 최적화된 고성능의 균주라고 할수있다. 연속 흡착 발효공정을 통해 부탄올을 선택적으로 회수할 수 있어서 높은 생산성을 실현할 수 있다.


 

              [그림 6. 분리 정제공정]

 출처 : GS칼텍스

 분리 정제공정으로는 추출된 발효액 중 부탄올을 에탄올 아세톤과 같은 부산물과 섞여있기 때문에 탈수 및 정제공정을 거쳐 고순도로 분리된다. 10%정도의 바이오 부탄올은 단계적인 분리정제를 실시하며 1차 분리 과정을 통해 50~60%정도 농축되어 다음 멘 브레인 공정과 후단 분리정제공정을 통해 99%이상의 고순도 바이오 부탄올을 생성산하게 된다. 이렇게 생산하게 된 바이오 부탄올은 탁월한 균주 성능뿐만 아니라 분리정제 에너지 소모량이 매우 낮아 세계 최고 수준의 경제성을 실현할 수 있다. 부탄올은 현재 여러 화학물질의 유도체 및 용매로 사용하고 있어 이를 바이오 부탄올로 대체할 경우 친환경적인 의약품 향료 알코올 및 도로 용제 등 고부가가치산업을 이끌게 될 거며 향후 차세대 바이오 연료로 사용될 것이다.

 

3. 바이오 디젤

 바이오디젤로부터는 폐식용유를 수거해서 재활용하는 방법을 사용하고 있는데 아시아 최초로 한국이 효율적으로 실시하고 있는아주 좋은 사례라고 할 수 있다. 폐식용유 메탄올 촉매를 혼합하여 바이오디젤(85%) 글리세린(14%) 피치(1%)를 생산할수있다. 

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                                                                              [사진 1. 바이오 디젤 공장]

  출처 : 한국바이오에너지협회

 폐 식용유는 학교 대형 음식점 치킨가게 및 대형 아파트 단지에서 수거를 한 후 폐식용유 중간 처리상의 창고로 이송 보관하여 수거된 폐식용유를 분리하게 된다. 그 후 폐식용유 정제공장에서 불순물을 제거하여 폐식용유 정제공장에서 수분 침전 후 정제하게 된다. 정제된 폐식용유를 바이오디젤 공장으로 이송하여 바이오디젤을 제조한다.

 바이오 에너지는 많은 단점을 가지고 있다. 연료 효율이 조금 떨어지며 가격이 비싸다는 점 등 많은 단점을 가지고 있는 에너지지만 많은 장점도 가지고 있다. 바이오 부탄올은 미래의 청정 휘발유라고 불릴 만큼 주목하고 있고 바이오디젤 같은 경우는 디젤 자동차의 경유에 혼합해서 사용하거나 100%순수한 연료로도 사용할 수 있다. 위에 설명한 바와 같이 우리나라에서 바이오 에너지의 기술력은 아주 뛰어나다고 할 수가 있다. 또한 3면이 바다로 둘러싸인 우리나라에서 해조류를 이용한 바이오에탄올은 아주 지리적으로 유리한 조건이라는 점도 있다. 그렇기에 우리에게 지리적으로 유리한 바이오 에너지에도 많은 관심이 필요하다가 생각한다.

 

참고문헌

https://www.youtube.com/watch?v=cIraTNXoRpk

https://www.youtube.com/watch?v=IssHdq97yGw

 

 

 

 

 

 

 

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