1. 서론

2. 본론

1) 바이오매스의 정의

2)바이오매스의 에너지생성

- 바이오매스를 에너지로 변환하는 방법

- 바이오매스의 에너지 변환 시스템

- 연료화의 대상이 되는 주요 바이오매스 자원

3) 바이오매스의 장점과 단점

- 바이오매스의 장점

- 바이오매스의 단점

4) 국내 및 해외 기술현황

- 국내현황

- 세계현황



3. 결론

바이오에너지(bioenergy)

바이오에너지란 액체·고체·기체 연료와 전기, 열, 증기, , 생화학물질을 포함한다.

바이오매스(biomass) 는 에너지 전용의 작물과 나무, 농산품과 사료작물, 농작 폐기물과 찌꺼기, 임산 폐기물과 부스러기, 수초, 동물의 배설물, 도시 쓰레기, 그리고 여타의 폐기물에서 추출된 재생가능한 유기 물질로 현재 에너지원으로 쓰여지고 있는 목재, 식물, 농·임산 부산물, 도시 쓰레기와 산업 폐기물 내의 유기 성분등을 일컫는다. 요즘 바이오에너지 자원은 대부분 바이오에너지 공급원으로 불리는, 속성으로 자라는 나무나 풀과 같은 에너지 작물의 인공재배를 통해 충당되고 있다.

바이오매스의 원천:

초본 에너지 작물, 다 자라기까지 2내지 3년이 걸리고 이후로 매년 수확이 가능한 다년생식물.(예: 스위치그래스(switchgrass), 미스컨터스(코끼리풀이나 부들), 대나무, 사탕수수, 톨페스큐(벼과), 코치아, 개밀,…)

짧은 주기의 목본 작물, 심은지 5내지 8년이면 수확하는 속성의 활엽수.(예: 잡종 포플러, 잡종 버드나무, 은단풍, 미루나무, 녹색 물푸레나무, 검정호두나무, 풍나무, 시카모어(플라타너스),… )

산업 작물특정 산업의 화학물질을 생산하기 위해 개발 조성되는 작물.(예: 섬유질 추출용 커넵(양마)과 짚류, 리시놀산 추출용 피마자,…)

농작물, 대개 당, 기름, 그리고 플라스틱이나 다른 화학물질들을 만드는데 사용될 수 있는 여러 추출물 등을 산출하는 것으로 현행 유통중인 생산품과 미래에 새롭게 개발될 상품의 성분을 포함하는 작물.(예: 옥수수녹말과 옥수수유; 대두유과 대두가루; 밀전분, 기타 식물유) 예를 들어 콘스타치나 옥수수기름, 대두유나 밀, 녹말, 그리고 다른 채소류등이 있다.

수중 바이오매스 자원(예: 조류, 대형 해조, 그 외 해초와 해양 미생물)

농업 작물 찌꺼기, 추수되지 않거나 상업적인 유통과 거리가 먼 줄기나 이파리.(예: 옥수수대(줄기, 이파리, 껍질, 알맹이), 밀짚, 볏짚)

임업 폐기물, 미리 솎아내고 죽은 나무를 제거하는 등의 수림 관리 작업에 의해 만들어지는 것 뿐 아니라 상업용의 침·활엽수 중 벌채되지 않았거나 벌목장에서 제외된 수림.

도시 쓰레기,주거·상업·산업용의 이미 소비된 쓰레기.(예: 폐지, 판지, 폐가구, 작업장 쓰레기)

바이오매스 전과정에 걸쳐서 생겨나는 바이오매스 공정 폐기물로 총칭되는 부산물과 폐수.(예: 제품이나 종이를 만들려는 목재 처리 과정에서 생겨나는 톱밥·나무껍질·가지·이파리의 집적)

농장이나 육류 가공 작업에서 생겨나는 쓰레기, 에너지를 포함한 여러 제품을 만드는데 사용될 수 있는 것.

바이오연료는 바이오매스 자원에서 만들어지는 다양한 연료로 액체 연료로는 에탄올, 메탄올, 바이오디젤, 피셔-트롭스크(Fischer-Tropsch) 디젤이 있고 기체 연료로는 수소와 메탄이 있다.

바이오연료는 일차적으로는 운송수단의 연료로 사용되고 또한 여러 엔진들의 연료나 전기를 발생시키는 전지에도 쓰인다.

바이오매스는 액체연료로 직접 화학변화될 수 있다.

에탄올은 바이오매스 내의 탄수화물이 당으로 전환되어 만들어지는 것인데 당이 다시 양조 맥주와 유사한 발효과정을 거쳐서 에탄올로 생성된다. 에탄올은 옥수수와 같은 녹말 작물에 의하여 현재 가장 널리 이용되고 있는 바이오연료이다. 차량에서 일산화탄소와 스모그를 일으키는 다른 배출물질들을 줄이는 연료 첨가제로 널리 사용되고 있다. 섬유계 바이오매스에서 에탄올을 추출하는 것이 현재 개발 중이다.

바이오디젤은 유기적으로 추출된 기름이, 에틸에스테르나 메틸에스테르 형성 촉매제로 인하여 알코올(에탄올이나 메탄올)과 화합되는 과정을 통해 생성된다. 이 바이오매스에서 추출된 에틸에스테르와 메틸에스테르는 기존의 디젤 연료와 혼합되거나 100% 바이오디젤인 순수 연료로 사용될 수 있다. 바이오디젤은 콩이나 캐놀라(평지씨)유, 동물의 지방질, 폐 식물유, 해조유로 만들어 진다. 차량의 배기가스를 줄이는 디젤 첨가제로 사용되거나 그 자체로 차량연료로 사용될 수 있다.

바이오매스는 기화되어 일차적으로 수소와 일산화탄소가 결합한, 합성가스(syngas) 혹은 바이오합성가스(biosyngas)로 불리는 혼합가스를 생성한다. 수소는 이 합성가스에서 환원될 수도 있고 혹은 촉매작용을 통해 메탄올로 전환되기도 한다. 또한 피셔-트롭스크 촉매제를 사용하면 피셔-트롭스크 디젤이라는 디젤과 유사한 성질을 가지는 액체로 전환될 수 있다. 그러나 이 연료들 모두는 천연가스로부터 유사한 과정을 거쳐서 얻을 수도 있다.

전기를 발생시키기 위해 바이오매스로부터 가스를 생성해 내기도 한다. 기화 시스템은 바이오매스를 가스(수소, 일산화탄소, 메탄의 혼합)로 전환시키기 위해 고온을 사용한다. 이 가스는 터빈의 연료로 쓰이는데, 제트 추진력 대신에 전기 발생기를 돌린다는 점에서 제트엔진과 아주 유사하다. 또한 매립지의 바이오매스 부패로 인해서 전기 발전이나 산업 공정 과정에서 증기를 만드는 보일러의 연소용으로 쓰이는 메탄이 생성되기도 한다.

바이오연료를 만드는 과정:

생화학 변환 과정

효소나 미생물은 종종 바이오매스나 바이오매스에서 추출된 화합물을, 목표 생성물로 전환시키는 생물학촉매제로 사용된다. 셀룰라아제(cellulase)와 헤미셀룰라아제(hemicellulase) 효소는 가수분해 과정을 통해 바이오매스의 탄수화물을 5내지 6탄당으로 변화시킨다. 효모와 박테리아는 당을 에탄올로 발효시킨다. 바이오공학의 진보는 생화학 변환의 극적 향상을 불러일으킬 것으로 기대된다.

광생물학 변환 과정

광생물학적 과정은 태양광을 직접 바이오연료로 만드는 자연 생물의 광합성 작용을 이용한다. 예를 들어 박테리아와 녹조류의 광합성은 물과 태양광으로부터 수소를 생산한다.

열화학 변환 과정
바이오매스를 중간화합물이나 최종 생성물로 분류하는데 열에너지와 화학촉매제가 쓰인다.기화의 경우, 바이오매스는 수소와 일산화탄소의 일차 결합된 가스를 생성하기 위하여 무산소 상태에서 가열된다. 열분해의 경우는 진공상태에서 바이오매스를 고온에 노출시켜 분해시키게 된다. 용매, 산, 염기는 바이오매스를 당, 섬유조직, 리그닌으로 분류하는데 사용된다.

바이오매스를 전기 발생을 위해 연소되는 연료로 화학변화시키기 위해 열이 사용되기도 한다. 바이오매스는 전기를 발생시키거나 제조 공정에서 필요한 증기를 만들기 위해 직접 연소되기도 한다. 발전소에서 터빈은 증기를 취하고, 발생기에서 이를 전기로 전환하게 된다. 목재와 제지 산업을 보면, 목재 조각이 가끔은 제조 공정에 필요한 증기를 만들기 위해 보일러에 직접 연료화 되기도 하고 건물의 단열을 위해 쓰이기도 한다.

석탄을 사용하는 화력발전소들 중 일부는 고효율 보일러의 배기물을 충분히 줄이기 위해서 보충에너지원으로 바이오매스를 사용한다. 현재 사용량은 남는 공기로 바이오매스를 연소시키는 기술을 포함하여 보일러의 열교환기에서 증기 생성에 사용되는 고온의 배출 가스를 만드는 직접연소 기술의 성숙 정도에 따라 다르다. 앞서 말한 증기가 증기터빈기관에서 전기를 만드는데 쓰인다.

바이오매스 공급원으로부터 추출된 상업용 또는 산업용 생성물들을 가리켜 바이오 화학물질이라고 한다. 이런 바이오제품에는 녹색 화학제품, 재생 프라스틱, 천연섬유, 천연 구조 물질 등이 있다. 물론 이들 대부분은 새롭고 향상된 공정 기술이 요구될 것이지만, 석유화학물질에서 파생되는 기존의 제품들을 대체할 수 있을 것이다.

제품과 응용:

녹색 화학물 - 유기 화학제품, 정제 화학제품, 중간생성물의 다수가 바이오매스 자원으로 만들어진다. 유기 화학제품에는 솔벤트, 연료첨가제, 윤활제, 계면활성제, 접착제, 잉크 등이 있다. 주요 정제 화학제품군으로는 효소, 기능성식품(nutraceuticals), 의약제품(pharmaceuticals) 이 있다. 중간생성물로는 당, 유기산(레불산) , 그리고 단위체(monomers) 혹은 단위체 전구물질(monomer precursors) 등이 있다.

재생 프라스틱 - 바이오매스 자원에서 생산되는 프라스틱은 석유화학제품에서 나오는 프라스틱을 대체하리라는 큰 기대를 보여준다. 일반적인 범주로 식물을 기초한 분해가능 고분자, 탄수화물(섬유질, 녹말, 키틴질) 고분자, 리그닌 고분자가 있다. 구체적인 예를 들면 녹말 에스테르, 섬유질 초산염 혼합물, 폴리랙타이드(PLA polylactide), 폴리하이드로옥시부테인산(PHB polyhydroxybutyric acid), 열가소성 단백질 등이다.

천연섬유 - 종이 제품, 직물류, 다양한 종류의 줄, 실, 섬유들이 바이오매스 섬유질로부터 만들어진다. 펄프와 제지 공정이 향상되고 있고, 다른 공급원을 이용하는 새로운 공정 기술이 개발되고 있다. 천연섬유를 기초해서 개발되는 새로운 제품들에는 절연재와 토양 부식 제어용 지질섬유(geotextiles)가 있다. 이런 섬유들은 또한 여러 제품의 내용물로 재생불가능한 물질들을 대체하는 과정에 있다.

천연 구조 물질 - 강화 목재와 나뭇결 판넬과 같은 건축자재들은 일차적으로 나무로 만들어진다. 다른 유기성분(예,플라스틱)과 무기성분(예,시멘트)의 내용물로 바이오매스 섬유질을 결합시킨 새롭게 합성된 구조 물질이 만들어지고 있다.

생물회복(bioremediation) - 생물회복은 오염된 토양과 물에서 오염물질을 제거하여 성질을 개선하고 본래의 상태를 유지토록하는 생물학 시스템의 적용이라고 할 수 있다. 효소, 미생물, 식물들이 생물회복 촉매제의 주종을 이룬다.

새롭고 개선된 바이오매스 공정 기술의 개발로 바이오매스 자원에서 화학물질을 생성하는 일이 확산되고 있다. 주로 화학 공정, 바이오처리, 열화학 공정, 기계 공정에서 진행되고 있다. 공정의 합성과 혼합이 상업적 성공의 가장 좋은 기회를 제공할 수도 있다. 현재 공정을 합성한 예를 들면, 옥수수 습식 재배 공장이나 일부의 펄프 공장이 있다. 또한 화학물질, 중간생성물, 단일 혹은 복합 공정을 통해 바이오매스에서 분류된 물질을 분해하는 기술이 새로운 기술의 상업적 실현가능성의 열쇠라 하겠다.

출처 : http://www.unep.or.kr/energy/korea/bioenergy/bio_intro.htm


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제주도 사랑, 그리고 환경 사랑 바이오매스에 대해서
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