우리나라의 바이오매스 에너지 개발 및 활용은 어떤가요?

1． 우리 나라의 바이오매스 에너지 자원

우리 나라는 풍부한 바이오매스 에너지 자원을 보유하고 있습니다. 계산에 따르면 우리 나라의 이론 바이오매스 에너지 자원은 약 50×108톤으로 현재 우리나라 전체 에너지 소비량의 4배에 달합니다. 바이오매스 에너지자원은 원료의 화학적 성질에 따라 주로 당류, 전분, 리그노셀룰로오스로 분류됩니다. 원자재의 출처에 따라 주로 다음과 같은 종류를 포함합니다. (1) 농업 생산 폐기물, 주로 농작물 짚. (2) 장작, 나뭇가지, 장작. (3) 농업 및 임업 처리 폐기물, 나무 조각, 왕겨 및 과일 껍질. (4) 사람과 동물의 배설물, 가정의 유기폐기물 등 (5) 산업 유기 폐기물, 유기 폐수 및 폐기물 잔류물 등 (6) 에너지원으로 사용될 수 있는 모든 작물, 산림 및 수생 식물 자원을 포함한 에너지 식물. 그 중 농업용 바이오매스와 임업용 바이오매스는 가장 광범위한 공급원, 최대 매장량, 가장 유망한 활용 전망을 갖고 있습니다.

1) 농업용 바이오매스

농업용 바이오매스 자원에는 그림 7.13과 같이 농산물 가공 폐기물과 작물 짚이 포함됩니다. 농산물 가공폐기물에는 땅콩껍질, 옥수수속대, 왕겨, 사탕수수 사탕수수 찌꺼기 등이 포함되며, 농작물 짚에는 볏짚, 밀짚, 옥수수 짚 등이 포함됩니다. 통계에 따르면 우리나라 여러 지역의 주요 농업용 바이오매스 총 가용량은 약 5.6×108t이며, 상위 3개 지역은 산둥성, 허난성, 허베이성이며, 짚 농업용 바이오매스 자원의 주요 활용 방향은 24%이다. 사료용으로는 15%가 밭으로 돌아가는 데 사용되고, 2.3%는 공업용으로, 나머지 약 60%는 노지나 장작에 사용됩니다. 그러므로 우리나라 농업바이오매스 자원의 활용가능성은 매우 크다.

그림 7.13 농업용 바이오매스

2) 산림 바이오매스

우리 나라의 기존 산림 면적은 약 1.95×108hm2이고, 총 산림 바이오매스는 180×108t를 초과합니다. 그 중 이용 가능한 임업 바이오매스 자원은 다음 세 가지 범주를 포함합니다: 첫 번째 범주는 참나무, 과일, 도토리 등과 같은 목질 전분 자원입니다. 두 번째 범주는 동유, 동백나무, 피스타시아 올레이페라와 같은 목질 석유 자원입니다. , sorbifolia, Jatropha curcas 등 세 번째 범주는 관목 숲, 장작 숲, 임업 "3 남은 음식" 등과 같은 목재 연료 자원입니다. 게다가 우리나라에는 아직도 에너지림을 조성할 수 있는 조림에 적합한 황무지와 황무지가 4000×104hm2에 가깝고, 산림이 희박한 토지가 600×104hm2에 달하고 수관밀도가 5000×104hm2에 달한다. 숲의 수관이 땅을 덮고 있는 곳) 0.4 이하의 저수익 임지는 변형에 사용할 수 있습니다.

현재 전 세계 20여 개국에서 '디젤나무'를 심고 있다. 우리 나라 허베이성 우안시 마자좡향의 구불구불한 푸른 언덕에는 산 곳곳에 무성한 피스타시아 키넨시스 나무가 자생하고 있으며, 이 나무의 열매는 디젤을 정제할 수 있어 지역 사람들은 그것을 ""라고 부릅니다. 디젤 나무." 현재 우안시에는 이러한 "디젤 나무"가 10만 에이커에 달하며 연간 정제 디젤 생산량은 1,000×104kg에 달합니다. 보고서에 따르면, 우안시는 2012년까지 연간 디젤 생산량이 2,000×104kg인 "디젤 나무"를 200,000에이커까지 개발할 계획입니다.

2． 바이오매스 에너지 자원의 활용

주로 바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오매스 고체 펠렛 연료 및 바이오매스 발전 산업에 사용됩니다.

1) 바이오에탄올의 활용

바이오에탄올은 미생물 발효를 통해 다양한 바이오매스를 연료알코올로 전환시키는 것을 말한다. 단독으로 사용하거나 가솔린과 혼합하여 차량 연료로 에탄올 가솔린을 생산할 수 있습니다. 우리나라의 바이오에탄올 생산 원료로는 사탕수수, 단수수, 카사바 등 고에너지 품종이 있으며, 연간 생산능력이 5,000톤에 달하는 단수수줄기에서 에탄올을 생산하는 산업용 실증장치가 구축됐다. 전통 곡물로 생산된 에탄올은 가격이 비싸기 때문에 생산비를 줄이기 위해 우리나라에서는 미생물 혼합 발효법에 대한 연구개발에 눈을 돌리고 있다. 국가발전개혁위원회는 2020년까지 우리나라 바이오매스 연료의 15%가 자동차, 선박 및 기타 산업에 사용될 것이라고 밝혔습니다.

2) 바이오디젤의 응용

바이오디젤은 환경보호, 윤활성, 안전성 때문에 대두유, 유채유, 동물성 지방, 음식물 쓰레기 등 동식물유에서 추출할 수 있습니다. 특성 양호하며 석유화학 디젤과 연료로 혼합될 수 있습니다. 2005년 6월, 우리나라는 자체 개발한 생물효소법으로 바이오디젤을 생산하였고, 그 기술지표가 유럽과 미국의 바이오디젤 표준에 도달하여 우리나라의 바이오디젤 연구에 획기적인 진전을 이루었습니다. 2010년 바이오디젤 생산능력은 300×104t/년에 이르렀으며 주로 운송업에 사용된다. 우리나라는 2020년 바이오디젤 생산능력을 200×104t으로 목표를 제시하고 하이난에 연간 6×104t 규모의 장치를 설치해 생산량 1위를 기록했다.

3) 바이오매스 고체연탄연료의 응용

바이오매스 고체연탄연료는 도시쓰레기나 농림수 폐기물을 외력으로 압축하여 밀도를 높이는 가연성 물질이다. 고효율, 청결 및 오염 없음의 장점. 그림 7.14는 바이오매스 묶음 및 압축의 개략도입니다. 우리나라의 바이오매스 성형연료 생산설비에는 스크류 압출형, 피스톤 스탬핑형, 다이롤러 롤링형 등이 있으며, 연료형상은 주로 블록형, 로드형, 입상형 등이 있다. 북경오코리펑회사의 바이오매스 고체펠릿연료 연간 생산량은 60×104t으로 전국 1위이며 주로 직접연소난방 및 공업용 보일러에 사용된다.

그림 7.14 바이오매스 묶음 및 압축

4) 바이오매스 발전의 응용

바이오매스 발전은 바이오매스에 포함된 바이오매스 에너지를 이용하는 발전이다 아웃은 농림수 폐기물을 직접 연소시켜 발전하는 발전, 농림수 폐기물 가스화 발전, 폐기물 소각 발전, 매립가스 발전, 바이오가스 발전 등 신재생에너지 발전의 일종이다. 바이오매스 발전 기술 개발을 촉진하기 위해 국가는 2003년부터 금주, 허베이, 산현, 산동, 루둥에서 3개의 짚 발전 시범 프로젝트를 승인하고 "인민공화국 재생에너지 계획"을 공포했습니다. 중국의 "법"에 따라 바이오매스 발전에 대한 그리드형 전기 가격 우대 등 관련 지원 정책을 시행하여 바이오매스 발전, 특히 짚 발전의 급속한 발전을 가능하게 했습니다.

2008년 Mengniu는 세계 최대 규모의 바이오매스 바이오가스 발전소를 건설했으며 UN 개발 프로그램 환경 보호 기금의 강력한 지원을 받았습니다. 그림 7.15는 Mengniu 바이오매스 바이오가스 발전소를 보여줍니다.

그림 7.15 Mengniu의 세계 최대 바이오매스 바이오가스 발전소

3. 바이오매스 에너지 개발 및 활용을 위한 주요 기술

현 단계의 바이오매스 에너지 개발 및 활용을 위한 주요 기술은 물리적 변환, 화학적 변환, 생물학적 변환의 세 가지 범주로 구성됩니다. 여기에는 압축 성형, 가스화, 액화, 열분해, 발효 및 가수분해와 같은 특정 기술이 포함됩니다. 구체적인 상황은 그림 7.16에 나와 있습니다.

1) 물리적 변형

바이오매스의 물리적 변형은 짚, 톱밥, 왕겨, 사탕수수 등과 같은 농업 및 임업 폐기물을 건조시키는 것입니다. 특정 압력. 성형된 연료 또는 공급물을 막대, 과립 또는 블록 모양으로 압축합니다. 농업 및 임업 폐기물은 주로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌으로 구성됩니다. 바이오매스 압축 성형은 주로 리그닌의 결합에 의존합니다. 리그닌은 광합성에 의해 형성된 천연 고분자로 복잡한 3차원 구조를 가지고 있으며 식물에 함유되어 있는 함량은 약 15~30%이다. 온도가 70~100°C에 도달하면 리그닌은 연화되기 시작하여 일정한 점도를 가지게 되며, 온도가 200~300°C에 도달하면 리그닌은 용융된 상태가 되며 이때 일정 정도의 점도를 갖게 됩니다. 압력을 가하면 리그닌이 섬유에서 분리될 수 있습니다. 식물은 다른 물질과 결합되어 식물의 부피가 크게 줄어들고 외부 힘이 제거된 후에도 여전히 주어진 모양을 유지할 수 있습니다. 비탄성 섬유 분자 사이의 얽힘에 의해 냉각 후 강도가 더욱 증가하여 농업 및 임업 폐기물의 양이 크게 감소합니다.

그림 7.16 바이오매스 에너지 개발 및 활용을 위한 주요 기술

2) 화학적 전환

바이오매스의 화학적 전환에는 가스화, 액화 및 열분해 측면이 포함됩니다. .

(1) 가스화:

바이오매스 가스화는 특정 온도 조건에서 산소 또는 수증기, 산화, 환원 및 기타 반응을 통해 고도로 중합된 바이오매스를 열분해하는 것을 의미합니다. 최종적으로 CO, H2 및 저분자 탄화수소와 같은 가연성 가스로 변환됩니다. 우리나라에서 바이오매스 가스화 기술 중 가장 널리 활용되는 분야는 바이오매스 가스화 발전(BGPG)이다. 바이오매스 가스화 발전 비용은 약 0.2~0.3위안/(kW·h)으로 기존 발전에 가깝거나 그보다 낫습니다. 단위 투자는 약 3500~4000위안/kW로 60~70위안에 불과합니다. %는 시장 경쟁에 진입할 수 있는 조건을 갖추고 있으며 개발 전망이 매우 넓습니다.

(2) 액화:

바이오매스 액화 기술은 고온, 고압 조건에서 바이오매스를 열화학적으로 전환시키는 과정을 의미합니다. 액화를 통해 바이오매스는 발열량이 높은 액체 제품으로 전환될 수 있습니다. 즉, 고체 거대분자 유기 고분자는 액체 소분자 유기물로 전환될 수 있습니다. 바이오디젤은 바이오매스 액화 기술을 사용하여 생산된 재생 연료입니다. 대두, 유채, 야자 등과 같은 유지 작물은 산성 또는 알칼리성 촉매 및 고온의 작용으로 에스테르 교환 반응을 거쳐 해당 지방산 메틸 에스테르 또는 에틸 에스테르를 생성한 다음 세척 및 건조하여 바이오디젤을 얻습니다. 전통적인 석유화학 에너지와 비교하여 황 및 방향족 탄화수소 함량이 낮고 세탄가가 높으며 인화점이 높고 윤활성이 우수하며 화석 디젤에 추가할 수 있습니다.

(3) 열분해:

바이오매스 열분해는 열 에너지를 사용하여 바이오매스의 거대분자를 소수의 탄소 원자를 포함하는 저분자 화합물로 분해하는 것을 말합니다. 완전 무산소 조건에서 바이오매스를 가열하거나 불완전 연소시켜 최종적으로 에너지 밀도가 높은 가스, 액체, 고체 제품으로 변환하는 공정입니다. 숯 제품에는 화이트 카본, 블랙 카본, 활성탄, 기계 제작 탄소의 네 가지 범주가 있습니다. 그 중 활성탄은 가장 넓은 적용 범위를 가지고 있습니다. 활성탄은 발달된 기공 구조, 강한 흡착력, 거대한 비표면적 등 일련의 장점을 지닌 숯입니다. 우리나라에서는 활성탄이 포도당, 글루타민산나트륨 및 제약 산업의 생산에 널리 사용됩니다.

3) 생물전환

생물전환 기술은 미생물 발효 또는 효소 가수분해를 통해 에탄올, 수소, 메탄과 같은 액체 또는 기체를 생성하는 바이오매스를 생물학적으로 전환하는 기술을 말합니다. . 생물전환을 위한 바이오매스 원료에는 전분과 리그노셀룰로오스가 포함됩니다. 옥수수, 카사바, 밀과 같은 전분질 식품 작물은 생물학적 변형의 주요 대상이지만, 작물을 원료로 전환한 제품의 가격이 높고 토지 및 인구 요인에 의해 쉽게 제한되며 생산량이 제한됩니다. 크게 증가했습니다. 따라서 값싼 농작물 폐기물과 기타 리그노셀룰로오스를 원료로 활용하는 생물전환 기술은 에너지 위기를 해결하는 효과적인 방법이다.

그러나 리그노셀룰로오스의 구조와 구성은 전분 원료와 매우 다릅니다. 리그노셀룰로오스 원료의 효율적이고 저렴한 분해 문제를 해결하는 것은 리그노셀룰로오스 전환 제품이 화석 연료를 대체하는 근본적인 방법입니다.