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INSTITUTE FOR ADVANCED ENGINEERING

2021-01-13

폐자원 가스화 기술로 폐기물 처리·수소생산 이룰 수 있어

작성자 : 고등기술연구원      조회수 : 261


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▲ [그림1]폐자원 가스화 합성가스에 의한 화학원료(메탄올 등) 및 수소 생산
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폐자원을 열적으로 처리하는 기술은 연소(Combustion), 열분해(Pyrolysis), 가스화(Gasification) 및 액화(Liquefaction) 네 가지 기술로 분류할 수 있다. 연소기술은 완전 산화반응, 열분해는 무산소 반응이며 가스화는 부분산화반응으로 통상적으로 구분한다.

폐자원 가스화기술은 산화제(순산소, 공기, 스팀 등)와 반응시켜 합성가스(syngas)를 생산하는 기술이며, 합성가스의 주요 성분은 수소(H2), 일산화탄소(CO), 메탄(CH4)과 같은 연료가스로 구성된다. 가스화기술은 반응온도 및 산화제 종류에 따라서 합성가스의 주요 조성이 달라지며, 본 기고에서는 화학원료 및 수소를 생산하는 데 필요한 일산화탄소 및 수소를 주요 성분으로 생산하는 1,200℃ 이상의 고온 순산소를 이용하는 폐자원 가스화 기술로서 메탄과 하이드로카본 가스류(CmHn)는 생성되지 않게 하여 화학원료로의 전환에 용이한 가스화 기술에 대해 소개하고자 한다.

폐자원을 이용해 고온 순산소 가스화를 통해 생산된 합성가스는 폐자원의 특성에 따라 H2/CO비가 0.5∼1.1범위로 생산되었으며, 합성가스에는 부분산화반응에 의해 이산화탄소도 함께 발생된다. 또한 합성가스에는 입자상 및 기체상 오염물질을 함유하고 있어서 정제과정을 거쳐 청정한 합성가스를 생산한 후, 최종 생산하고자 하는 화학원료에 따라 CO를 수소로 전환하는 공정을 거쳐 H2/CO비를 조절하여 수소와 일산화탄소를 합성해 화학원료(메탄올 등)를 생산하거나 고순도 수소를 생산하게 된다.

국내의 경우 메탄올은 수입에 의존하고 있음에 따라 폐자원을 이용한 생산을 검토하는 기업이 늘어나고 있으며, 수소는 부생가스, LNG 개질 또는 전기분해에 의해 생산되고 있다. 폐자원을 이용하여 이러한 고부가가치 화학원료 및 수소를 생산하기 위한 기술로서 가스화 기술을 적용할 수 있다.

수소에너지 활성화 정책에 따라 수소의 수요를 위해 부생가스에 의한 수소생산과 더불어 LNG개질에 의한 수소 생산을 증대하고 있으며, 전기분해에 의한 수소생산 기술 개발도 활발히 진행되고 있다. LNG개질은 화석연료를 사용하므로 온실가스 발생은 필연적이며 수전해 기술은 경제성을 확보하기 위해 지속적인 연구가 필요하다. 폐자원에서 수소를 생산하기 위한 기술로서 가스화기술을 활용할 수 있다. 폐자원 가스화를 통해 생산된 청정한 합성가스를 이용 고순도 수소를 생산할 수 있으며, 수소충전소 및 연료전지의 연료로서 활용이 가능하므로 수소 생산/공급원으로서 폐자원을 활용할 수 있다.

가스화 기술에 의해 화학원료 및 수소를 생산하여 이용하면 폐자원을 열화학적으로 재활용 할 수 있다. 이는 폐자원을 원천적으로 분해 재활용이 가능하므로 재활용율도 함께 증대시킬 수 있다.


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