잔가지나 칡덩굴 등 산림폐기물을 화력발전 연료로 사용하는 기술이 개발됐다.

한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 광주친환경에너지연구센터 민경선 박사 연구팀이 벌목 부산물과 잡목을 고체 바이오연료로 전환하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

바이오매스는 목재 등 임업 부산물을 파쇄하고 펠릿이나 칩 형태로 가공해 연료로 활용할 수 있어 탄소중립을 실현할 수 있는 중요한 원료로 꼽힌다.

실제 국제에너지기구(IEA)에 따르면 바이오매스 기반 화력발전은 2050년까지 재생에너지 발전량의 7%를 차지할 것으로 전망된다.

초기 바이오연료는 옥수수와 같은 식량자원이 사용됐지만 식량안보 문제가 제기되면서 톱밥으로 만든 목재 펠릿을 수입하고 있다.

이를 만들려면 가열과 건조를 거친 반탄화 공정을 거치는데, 이 때 300℃ 이상의 고온이 필요하고, 건조과정에서 열량이 손실되고 칼륨, 나트륨 등 무기질이 발생해 설비를 부식시키는 문제가 있다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 건조 대신 증기를 이용한 습식공정을 개발, 무기질 발생은 줄이고 원료의 열량 손실률도 낮추는 데 성공했다. 

이와 함께 과거 건식 반탄화 공정에 적용하기 어려웠던 벌목 부산물, 칡덩굴, 버섯 폐배지까지 적용할 수 있는 기술을 개발했다.

연구팀이 개발한 공정은 기존보다 낮은 200℃에 원료를 투입하고 15분가량 증기에 노출시켜 화학적 결합을 낮추면서도 쉽게 분해 가능한 상태로 만들 수 있다. 

또 순간적으로 압력을 떨어뜨리면 원료가 더 작은 입자로 나눠지면서 펠릿모양으로 만들기 용이한 것도 장점이다. 작은 입자의 바이오매스는 화력발전에 사용할 수 있도록 장치에 넣어 펠릿 모양으로 압축한다. 

여기에 펠릿이 최적의 성능을 내도록 화학적 조성, 온도, 압력, 지름과 길이 대비 압축비를 다양하게 조합할 수 있어 균질의 효율적 펠릿을 만들 수 있다.

연구팀이 생산한 바이오연료 성분을 분석한 결과 온도와 시간이 증가할수록 연소 효율을 저해하는 헤미셀룰로오스와 무기물 함량이 줄어든 것을 확인했다.

이에 따라 바이오연료의 고위 발열량은 최대 22M/㎏, 에너지 회수율은 최대 95%까지 증가, 습식공정이 폐 바이오매스 활용에 가장 효과적인 공정임을 입증했다.

민 박사는 “바이오연료는 기후위기, 자원고갈 등의 문제해결에 직접 기여하는 에너지원”이라며 “농업과 산림폐기물을 화력발전소에 혼합해서 사용할 수 있는 연료로 만들어 자원 순환체계를 구축하고 탄소중립 실현에 도움이 될 것”이라고 말했다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com 기사모아보기