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본 자료는 한국에너지기술연구원이 제주 해상에 설치한 해상풍력 플랜트에 관한 내용을 제주글로벌신재생에너지연구센터 경남호 박사가 작성한 것입니다.

이 자료에 관한 모든 권리는 한국에너지기술연구원에 있으며, 무단 전제, 부분 발췌, 변형 가공 등을 금지되며, 위반시 법적 조치가 불가피하니, 참고 자료로만 활용하시기 바랍니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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석탄을 전량 수입에 의존하는 우리나라는 연간 석탄 사용량이 세계 9위로, 금액으로는 10조 원에 달합니다.

국가별 석탄 사용현황

게다가 중국과 인도의 개발정책으로 고품위 석탄 가격이 급등해 국내 석탄용 화력발전소를 위한 고품위석탄을 안정적으로 공급받기 어려워지고 있습니다.

이처럼 고품위석탄의 확보가 어려워지면서 열량이 낮은 저등급석탄 수입이 증가되고 있는데, 발전용 석탄 수입량은 2009년 7500만 톤에서 2010년 9000만 톤으로 급증했습니다.

저등급 석탄은 수분 함량이 많고(30~50%) 열량이 낮으면서 자연발화 가능성이 크기 때문에 발전소에서 사용하기에 어려움이 있고, 또 효율이 낮아 단위전력 생산에 필요한 석탄 사용량이 증가되어 이산화탄소 발생량을 급증시키고 있습니다.

우리나라 수입 석탄 공급의 45%를 차지하고 있는 인도네시아는 2014년 이후 저열량탄 수출을 금지하는 법안을 발효시킬 것으로 예상되면서 국내 석탄 수급은 더욱 큰 어려움을 겪을 전망입니다.

■ 한국에너지기술연구원은 이시훈 박사팀은 수분이 많고 열량이 낮은 저등급석탄을 건조와 수분 재침투를 방지해 열량을 획기적으로 높혀 발전소에서 활용 할 수 있는 고품위화 기술을 독자적으로 개발했습니다.

유동층 건조기술에 의한 저등급석탄 고품위화 장치 (10톤/일)

이시훈 박사팀이 개발한 저등급석탄 고품위화 기술은 발전소 현장에서 적용되는 '유동층 건조 기술'과 탄광 현장에서 적용되는 '기름침적 건조기술'로 구분됩니다.

'유동층 건조 기술'은 수분 함량 35%의 저등급석탄을 분쇄하여 유동층 건조기로 이동시킨 후 발전소 굴뚝에서 빠져나가는 폐열을 이용, 약 150℃의 배가스를 주입하여 분쇄된 석탄을 가스상에서 부유시켜 수분을 제거시켜 고품위화 하는 기술입니다.

이 기술로 고품위화 공정을 거치게 되면, 하루 10톤의 저등급석탄으로 8톤에 해당하는 고품위석탄 생산이 가능합니다.

또한 공정 과정도 기존 기술에 비해 장치가 단순하며 운전이 용이해 10%이상 비용을 절감할 수 있습니다.

당진화력발전소 pilot plant

'기름 침적 건조기술'은 저등급석탄을 탄광 현장에서 직접 수분을 제거하여 고품위화 시키고, 고분자를 입혀 안정화 시킴으로써 장거리 운송되는 동안 자연발화되는 것을 방지하는 기술입니다.

이 기술은 탄광 현장에서 분쇄된 저등급석탄을 고분자화합물이 용해된 기름과 혼합한 후 고속 원심분리기를 이용하여 고분자화합물이 코팅된 석탄을 분리하고, 고온의 스팀을 이용한 회전형 건조기로 수분을 제거하여 고품위화하는 기술입니다.

이를 통해 하루 5톤의 저등급석탄으로 4톤에 달하는 고품위 석탄을 안정화 시킬 수 있습니다.

또 기존 기술에 비해 석탄안정화에 사용되는 기름의 소모량을 20% 이상 절감시킬 수 있습니다..

이번 기술 개발로 저등급석탄의 열량과 효율을 높여 사용하게 된다면 500MW 발전소 1기당 석탄 운송비용을 연간 50억원 절감할 수 있고, 석탄 사용량에서도 300억 원을 절감할 수 있습니다.

게다가 발전효율도 2.5% 증가하는 반면 이산화탄소 발생량은 10% 줄어 환경 효과까지 얻을 수 있습니다.

이번 연구에는 한국동서발전과 한국남동발전 등 발전사와  이테크건설, 동원이엔텍, 서울샤프중공업 등 EPC 업체가 참여했습니다.

한국에너지기술연구원은 이번에 개발된 기술을 바탕으로 인도네시아와 석탄자원 협력체계를 구축하고, 장기적으로는 인도네시아 외에도 호주가 보유하고 있는 수분 50% 이상의 고수분 저등급석탄에 연구원의 이 기술을 적용할 방침입니다.

이를 위해 한국에너지기술연구원은 최근 인도네시아 현지에서 탄광업체를 대상으로 기술 설명회를 가졌고, 이어 인도네시아 에너지광물자원부 소속 정부출연연구기관인 에너지자원연구소(tekMIRA)와 기술 및 인력교류를 위한 양해각서를 체결했습니다.

또  이 기술을 중국과 인도 등 최근 급격하게 시장이 커지고 있는 개발도상국에 수출할 계획입니다.

   

기름침적건조기술 개발결과 석탄 특성변화

유동층 건조기술 개발결과 석탄 특성변화

국내 업체의 인도네시아 탄광개발 현장

 

posted by 글쓴이 과학이야기

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한국에너지기술연구원이 우리나라의 그린에너지기술개발에 대한 분석결과를 내놓았습니다.

우리나라의  그린에너지기술개발 기간은 평균 3.3년, 연구개발 중심 기술의 개발 기간은 4.1년이 소요되는 것으로 나타났습니다.

기술혁신의 목표는 제품혁신(57%)이 공정혁신(33%) 보다 앞서고, 기술확보의 경우 자체개발, 국내공동연구, 국내기술제휴, 해외기술 순으로 조사되고 있으며, 기술혁신의 성숙도에서는 연구기관의 시제품(53.9%)과 기업체의 완제품(63.6%)이 각각 높은 비중을 차지하는 것으로 조사됐습니다.

<KIER 기술정책  FORCUS 전문 보기>



 가. 연구배경

. 에너지와 환경문제는 국가경제의 미래를 결정하는 주요변수로 부각

. 기후변화와 자원 위기가 현실 가능한 위협으로 등장하면서 에너지와 환경문제는 국가경제의
미래를 결정하는 주요변수로 부각

. 환경이 경제성장의 제약요인이 아닌 지속가능한 성장을 위해 필요한 새로운 기회요인으로 전
환됨에 따라 에너지기술은 '저탄소화'와 '녹색산업화'에 기여하여, '환경보호'와 '에너지안보' 및
'경제성장'이 선순환 되는 새로운 성장동력으로 부상

. 유럽, 미국 등 주요 선진국을 중심으로 2000년대 이후 온실가스 감축이 미래의 후손에게 넘
겨줄 유산 보존에 대한 노력의 일환으로 힘을 더해가는 현실 속에서 온실가스 저감기술개발
및 환경 규제를 통한 신성장 동력의 창출로 세계 시장을 선점하려는 노력이 배가되는 현실

. 그린에너지기술 개발의 중요성 부각

. IEA 에너지 기술전망에 따르면 2050년 까지 온실가스 배출의 75%를 감축하기 위해서는 그
린에너지기술 개발의 필요성이 무엇보다 중요

. 2050년 기술전망에서 기술개발의 우위성을 발휘해야 하는 기술은 에너지효율분야에서 38%,
CCS 19%, 신재생에너지에서 17%등의 절감을 유도

. 전 세계 신재생에너지 생산에 있어서 2005~2010년간 PV, CSP, Solar 냉난방, 바이오연료
등의 성장율은 15%~50% 등으로 급속히 증가하였으나, 2011년부터 일부 산업(특히 태양광)
은 각국이 지원하던 보조금 축소와 공급가격의 하락 등으로 침체기로 돌입

posted by 글쓴이 과학이야기

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한국에너지기술연구원은 태양광연구단 송진수 책임연구원과 연료전지연구단 신동열 책임연구원을 '전문연구위원'으로 선정했습니다.
 

송진수 박사

신동렬 박사


송진수 박사는 그동안 태양전지분야에서 우수한 연구 성과를 창출해왔으며, 에너지 환경문제에 공동 대처하기 위해 동북아 협력체제를 구축하는 등 다자간 국제협력을 통한 기술협력과 시장 창출을 위해 다양한 노력을 했습니다.

신동열 박사는 연료전지 상용화 기술개발 및 국산화를 이끌어왔으며, 국내 최초의 kW급 평관형(Flat tube) 고체산화물연료전지(SOFC: Solid oxide fuel cell) 스택 요소기술과 발전시스템 핵심부품을 개발하여 발전용 연료전지 실용화 기반을 확립했습니다.
  
이번에 전문연구위원으로 선정된 2명의 연구원은 탁월하고 공적이 우수한 연구업적으로 연구원 발전에 계속적으로 기여할 수 있다고 인정됨에 따라 정년 퇴직 후 5년간 연구활동에 참여할 수 있습니다.


posted by 글쓴이 과학이야기

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산업화와 개발의 여파로 발전소, 화학공정, 자동차 등에서 각종 오염물질의 배출이 증가하고 있는 가운데 산성가스인 일산화질소/이산화질소, 온실가스인 아산화질소가 포함된 질소산화물이 지구 환경을 위협하는 물질로 대두되고 있습니다.

일산화질소/이산화질소(NOx)는 산성비와 스모그의 주원인으로 기관지 계통에 악영향을 주고 동식물의 성장을 방해하며 건물을 부식시킵니다.

6대 온실가스 중 하나인 아산화질소는 이산화탄소의 310배에 달하는 온실효과를 지니고 있으며, 앞으로 환경 파괴의 최대 주범이 될 것이라는 예측도 나오고 있습니다.

질소산화물인 일산화질소/이산화질소(NOx)와 아산화질소(N2O)를 저감하기 위한 국내외 기술 경쟁이 치열한데요.

현재까지는 NOx와 N2O를 별개의 공정으로 각각 분리 적용해 운영되고 있으며. 이마저도  대부분이 해외 기술에 의존하고 있는 상황입니다.


■ 동시저감 촉매 개발이 어려운 이유

하나의 촉매가 두 가지 반응을 동시에 이루기는 쉽지 않기 때문입니다.

먼저 촉매는 제거하고자 하는 각각의 반응물질을 동일한 반응조건에서 활성화 시킬 수 있어야 합니다.

그러나 대부분의 경우 반응물질을 활성화시키기 위해서는 비교적 높은 온도가 필요하며, 반응온도를 낮추고자 할 경우에는 두 가지 반응물질을 동시에 활성화시키기 어려워집니다.

또한 반응물질에는 제거하는 물질만 포함된 것이 아니라 수분, 산소, 이산화황 등 다른 물질들을 포함하므로 이에 대한 영향을 두 가지 반응 모두가 받지 않아야 하기 때문에 두 가지 물질을 동시에 저감시키는 기술을 개발하기가 쉽지 않은 것입니다.

이런 이유로 기존에 설치된 NOx 저감 장치에 N2O 저감 장치를 추가하는 경우가 일반적이었으며 해외기술 의존도 역시 높아, 국내에 적용된 NOx 저감기술의 경우 약 80%, N2O의 경우 100% 해외 기술에 의존하고 있었습니다.  


■  오염물질을 제거하는 현재의 공정

아산화질소(N2O)와 일산화질소/이산화질소(NOx)를 저감하려면 현재까지는 NOx 저감 공정과 별개로 N2O 저감 공정 필요합니다.

우선 암모니아를 환원제로 사용하여 NOx를 먼저 저감한 다음, 500℃ 이상의 높은 온도 또는 탄화수소 환원제 사용 조건에서 N2O를 저감시킵니다.

기존 방법으로 N2O 저감할 경우 일산화탄소가 생성되기 때문에 이를 제거하는 공정이 추가적으로 필요합니다.


■ 한국에너지기술연구원, 세계 최초 동시 저감 기술 개발

한국에너지기술연구원은 산성가스와 온실가스 문제를 동시에 해결할 수 있는 『NOx와 N2O 동시저감 촉매 및 공정』 기술을 2010년 10월 경 세계 최초로 개발했습니다.

이 기술은 산성가스인 일산화질소/이산화질소(NOx)를 95% 이상, 온실가스인 아산화질소(N2O)를 약 90% 저감할 수 있습니다.

하나의 반응기에서 NOx와 N2O를 동시에 처리하는 촉매와 공정기술은 반응온도를 350℃로 낮춰 에너지 사용을 최소화 했고, 기존에 촉매로 사용한 귀금속에 비해 1/4~1/5 가격인 구리, 철, 아연과 같은 금속성분과 다른 금속산화물 또는 제올라이트와 같은 다공성 무기물을 촉매로 사용했습니다.

게다가 쉽게 분해할 수 있도록 반응을 도와주는 환원제는 공급이 용이하고 저렴한 암모니아 한 종류만 사용함으로써 기존 공정대비 초기투자비는 50%, 운전비용은 60~70% 수준으로 떨어뜨려 세계 시장을 선도할 수 있는 높은 경제성을 확보했습니다. 

기존 공정

KIER의 동시저감 공정

▪ NOx 환원제로 암모니아 사용

▪ NOx와 N2O 동시 저감에 암모니아

환원제 사용

▪ N2O 환원제로 탄화수소

혹은 500℃ 이상의 고온 가열

▪ 350 ℃의 상대적으로 낮은 온도에서

NOx와 N2O 동시 저감

▪ DeNOx와 DeN2O용 2개 반응기

▪ DeNOx/DeN2O용 1개 반응기

▪ 탄화수소 환원제 사용

▪ 저렴한 암모니아 환원제 사용

▪ 환원제 사용을 위한 새로운 시설 추가

필요(보관용기, 공급시설, 인프라 등)

▪ 질산 생산 공정의 원료로 공급 용이


이번에 새로 개발된 동시저감 촉매는 NOx를 단독으로 저감하는 기존의 상용화된 촉매와 비교해도 동등한 성능(저감률 95% 이상)을 나타내며, N2O를 단독으로 저감하기 위한 상용 촉매와 비교하여도 대등한 성능 (저감률 90%이상)을 나타내어, 가격 경쟁력도 높은 것으로 평가받고 있다.

국내에 이미 적용되어 있는 촉매의 수명이 약 3~5년임을 볼 때, 촉매 교체기에는 기존 공정에 이 기술을 적용해 해외 의존도를 낮추고 환경 규제에 취약한 국내 산업의 문제점을 해결할 기술로 평가받고 있습니다.

또한 이번에 개발된 공정은 2개의 공정을 하나로 통합하는 원천 기술과 에너지사용 최소화, 새로운 촉매의 개발, 단일 환원제 사용을 통해 공정의 효율성과 경제성을 확보했으며 현재 1건의 국내특허 등록, 2건의 국내특허와 1건의 국외특허가 출원된 상태입니다. 

연구책임자인 에너지연구원 문승현 박사는 "그 동안 해외 의존도가 높았던 온실가스 감축 기술을 대체할 새로운 동시저감 기술을 개발했으며 국내 N2O 발생원을 1만 톤으로 가정할 때, 동시저감 촉매와 공정으로 약 3백만 톤의 이산화탄소와 2만 톤의 NOx 저감 효과를 가져 올 것"이라고 밝혔습니다.

실제 N2O 저감효과는 연간 360억~1800억 원의 경제적 가치로 추정되며, 법으로 정해져 있는 NOx 배출 기준을 만족시켜 규제를 받던 산업부문의 활성화와 개발도상국의 신규 CDM(청정개발체제) 사업 추진에 적극 참여함으로써 녹색기술 수출도 기대되고 있습니다.

앞으로 이 기술은 화학공정을 비롯해 전자산업, 유동층 연소, 자동차와 같은 이동수단 등 광범위한 배출가스 공정에 적용될 것으로 예상되고 있으며, 국내외 질산생산 공장과 하수슬러지 소각로 등을 대상으로 적용을 검토되고 있습니다.

이 연구개발 사업은 지식경제부가 주관하고 한국에너지기술평가원이 지원하는 '에너지 자원 기술개발사업의 온실가스처리기술개발사업'으로 수행됐으며, 한국화학연구원과 (주)우석엔지니어링, 그린프라(주) 등이 참여했습니다.

posted by 글쓴이 과학이야기

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  1. 꼬치 2010.12.31 09:11  Addr Edit/Del Reply

    우와~ 대단한걸요.
    상용화가 빨리 잘~ 되길 바랍니다.

  2. 같은 방식의 자동차 배기가스 저감장치가 개발되면 노벨상 안부러운 대박이라고 박사님이 말씀하시더군요.

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