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[기획] rDME 활용 스마트팜 현황과 미래-탄소중립연료 rDME…농업용 연료보급 신기원 개척

바이오프랜즈 관리자

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▲rDME 기술을 적용한 스마트팜에서 작물들이 자라고 있다.

 

농업분야 대체에너지원···에너지안보 기여 기대
시설온실용 연료전지, 배열에너지 순환 등

 

농업분야에서 배출되는 온실가스는 전체 온실가스발생량 중 3%(2,470만톤CO₂eq)수준으로 산업전반에서 배출량에 비하여 미미하지만, 2030 국가온실가스 감축목표(NDC) 기준으로 27.1%를 감축하여 1,800만톤CO₂eq를 달성하여야 한다. 약 500만톤의 이산화탄소를 감축해야 하는 것이다.

이를 해결하기 위한 농업분야에서 메탄가스 발생 억제와 아질산질소 억제를 위한 가축사료 등 다양한 방안을 제시하고 있으며, 이산화탄소 전환기술인 CCU기술을 통한 rDME 연료를 LPG와 혼합하여 농업분야에 제공하는 방안을 제시하고, 이를 위한 구체적인 사업으로는 마을 단위에 보급하는 LPG보급사업에서 rDME를 10~20%로 혼합하여 LPG-rDME 연료를 활용하여 이산화탄소 40% 수준 감축과 스마트팜에 rDME를 활용한 다양한 에너지원공급(연료전지 연계 발전설비 구축, 축열시스템을 활용한 에너지효율 극대화, 탄산시비 등)을 시도하고 있다.

가나안농군학교에서 다양한 실증

온실농업인 스마트팜에서 전력공급과 에너지효율 증가와 발생되는 이산화탄소를 포집하여 작물생육으로 활용하는 방법으로 ㈜바이오프랜즈에서 실증사업으로 진행 중인 ‘시설온실용 연료전지 배열에너지 순환 및 CO₂ 자원화 기술개발’을 시행하고 있다.

이 사업은 농림축산식품부, 농촌진흥청, 과학기술정보통신부 3개 부처가 공동으로 기획한 ‘스마트팜 다부처 패키지 혁신기술개발사업’으로, 분산형 연료전지를 설치해 전기와 열을 생산해 스마트팜인 온실에 공급하는 프로젝트이며 실증장소는 강원도 원주시 신림면에 위치한 가나안농군학교이다.

최근 농업은 투입인력이 적고 생산성이 높은 스마트팜 전환이 확대되고 있는 가운데, 시설원예농가의 경우 생산비의 40%를 차지하는 난방비 문제를 해결하는 것이 시급한 과제이다.

이번 비즈니스 모델은 연료전지발전과정에서 발생한 이산화탄소는 포집해 시설원예에 탄산재배하고 발생된 열은 태양열이나 지열 등과 연계, 축열하여 히트펌프를 이용하여 스마트팜내 냉난방으로 사용하고, 발전에너지는 온실을 운영하는데 사용하는 방식이다.

연료전지의 특성을 활용해 전력생산과정에서 발생되는 부생열을 스마트팜 온실의 냉난방시스템에 이용함으로써, 에너지 비용을 절감하고 부가적으로 발생되는 이산화탄소는 포집하여 정제 후 특화작물의 생장을 위해 공급해 작물생육 발달을 촉진하고 더불어 에너지를 효율적으로 활용하는 사업모델이다.

이 프로젝트의 특징은 수소연료전지에 적용하는 수소를 DME이라는 물질로부터 스팀과 혼합하여 개질(Reforming)하여 공급한다는 점에 있다.

바이오프랜즈, 올해 융합시스템 평가
 


▲수소정제를 위한 PSA설비.


㈜바이오프랜즈(대표 조원준)의 사업모델인 rDME는 농업분야에서 배출되는 축산분뇨, 음식물 하수처리시설 등의 바이오가스나 산업계에서 배출되는 이산화탄소로부터 CCU(Carbon Capture Utilization)기술을 이용하여 생산되는 탄소중립연료이다. rDME를 사용하여 수소를 제조하는 개질시스템은 천연가스 등 탄화수소연료를 사용하는 경우와 비교해보면, 개질온도가 낮아 약 400~450℃에서 개질반응하여 수소를 생산하는 장점과 일산화탄소 농도가 낮아 소형화에 기여할 수 있고, rDME 연료는 액화가스 특성 때문에 전용 탱크로리로 운송이 가능하여 단위면적당 많은 양으로 수송하는 장점이 있다.

개질장치 또는 제조형 수소충전소를 소형, 경량화하는 기술이 가능하여 제조식 수소충전소 건설비용을 낮추어 수소사회에 보다 쉽게 접근할 수 있다. 또한 rDME는 독성이 없어서 불루·그린메탄올과 더불어서 블루 수소생산설비가 매우 유용하고 안전하여 친환경 탄소중립연료라고 볼 수 있다.
 

rDME를 연료전지용 연료로서 이용할 경우, 유황분과 할로겐화합물을 포함하지 않기 때문에 탈황장치가 필요없고 화학반응성이 높기 때문에 400~450℃에서 개질, 수소를 정제할 수 있다. 이 때문에 시스템의 대폭적인 소형화와 고효율을 실현할 수 있다.

현재 가나안농군학교 150평의 스마트팜에 설치 시운전 및 운영하는 rDME 수소추출개질기는 히팅방식이 업그레이드된 rDME 개질기로써 시험평가 중에 있으며, 수증기 개질반응(Steam Methane Reforming, SMR)의 이론치인 최대수소수율 75%에 근접하는 결과를 얻었고, 향후 PSA(Pressure Swing Adsorption) 장치와 연결을 통해 이산화탄소와 수소의 분리 결과를 확인예정이며, 연료전지 발전시스템과 연계된 스마트팜 융합시스템의 평가도 올해 중에 실증할 예정이다.

가나안농군학교 실증현장에는 연료전지 외에 바이오프랜즈가 개발한 40KW급 ‘DME 삼중열병합 분산발전기’를 설치하여 분산발전기 개선과 운영을 울산대학교에서 실증시험을 할 예정이다.

rDME 연료는 기존 연료에 비해 질소산화물과 미탄화수소의 배출가스가 현저히 낮게 배출되는 특징을 보이고 있어, ULEV(Ultra Low Emission Vehicle)의 환경규제치를 만족시킬 뿐 아니라, 지구온난화에 영향을 미치는 지구환경 보전상에서도 우수하다는 평이다. 식물공장에는 히트펌프가 설치되어 있고, LED를 이용하는 농작물 재배 시스템을 구축하여 냉난방, 전력소비 등 비교 실증시험을 할 예정이다.

rDME, 저탄소연료로 환경공해 저감

rDME 연료는 저탄소연료로 분류될 것으로 기대되며, 산업계나 농업분야에서 배출되는 이산화탄소, 바이오메탄 등으로부터 생산이 가능한 연료이다. 특히 부존자원이 부족한 우리나라의 경우 온실가스인 이산화탄소로부터 제조가 가능하여 에너지 안보차원에서도 다양한 원료를 확보하여 국내 농업용, 산업용으로 보급하는 것이 시급한 실정이다.

4차산업과 에너지원의 전동화 등으로 인해 보다 많은 에너지 인프라 구축이 절실히 요구되고 있으며, 기후변화와 러시아-우크라이나 전쟁 등이 불확실성이 커지는 미래에 에너지와 식량 안보는 매우 중요한 국가적 차원에서 지탱해야 할 이슈가 되었다.

도시가스 공급이 어려운 농업단지나 도서지역, 건물이나 산업단지내 보일러 등에 저탄소 탄소중립연료인 rDME를 기반하여 소형 분산발전과 연료전지발전을 적용하면 시장 진입장벽이 낮아지고 보급하는데 유리할 것으로 기대된다. 대부분의 농촌지역의 농지는 도시가스 배관설치가 적합하지 않기 때문에 1,000평이상의 중대형급 스마트팜 농가를 중심으로 rDME를 보급하고 연료전지, 분산발전 등에 청정연료 활용한다면 탄소중립을 위한 연료사용이 될 것이다.

바이오프랜즈는 향후 중부권의 농촌을 중심으로 마을단위 소형 LPG보급사업과 연계한 LPG-rDME(20%이내) 혼합연료 보급사업도 이산화탄소 등 온실가스를 감축하는 사업으로 추진할 예정이다.
 

[인터뷰] 바이오프랜즈 조원준 대표
LPG-rDME 혼합실증 후 농업·산업용 보급 목표

 

아시아-퍼시픽 DME포럼, 정보교류의 장 펼칠 것
 

▲바이오프랜즈 대표이사 조원준

 

“지금은 코로나19와 같은 바이러스 온역과 기후변화와 같은 재난을 슬기롭게 대처해 나가야 하는 시기이고, 우크라이나-러시아, 대만으로 불거질 중국-미국의 정치적, 경제적 분쟁 등 매우 심각한 국제 정치적 상황에 놓여 있습니다. 대한민국은 이러한 엄중한 상황에서 국가의 근간이 되는 에너지 인프라와 식량 문제에 무방비 상태로 놓이지 않고 슬기롭게 대처해 나가리라 생각합니다.”

조원준 바이오프랜즈 대표는 “그 중 에너지원을 다원화하고 온실가스를 이용하여 탄소중립연료인 메탄올과 rDME를 독자적인 기술을 개발하여 에너지 안보에 보템이 되어야 한다고 생각합니다. rDME는 포집 CO₂로부터 생산하기 때문에 LPG와 혼합하면 약 40%이상의 온실가스를 감축하는 효과와 도시가스 미공급지역에 마을단위 사업에 rDME를 혼합해서 들어가면 농촌에너지원으로 매우 유익할 것으로 기대됩니다. 또한 rDME를 수소캐리어로 활용하는 방안으로 수소를 생산하고 발생하는 CO₂는 포집해서 재활용하는 블루수소로도 사용 가능할 것으로 보여집니다”고 밝혔다.

바이오프랜즈는 국내 rDME시장을 점진적으로 확대보급하기 위하여 최근 1만톤 rDME 생산공장을 충북보은 산업단지 1공장 인근에 건설 중에 있다. 충북 단양의 한 시멘트회사의 CO₂를 포집하여 rDME로 전환하고 이를 LPG-rDME 혼합실증사업을 거쳐서 국내 농업용 연료와 산업용 연료로 점진적으로 보급하는 사업을 추진할 방침이다.

조 대표는 “유럽이나 미국에서는 이미 온실가스 감축사업으로 rDME를 LPG와 혼합하여 LPG업계에서 보급사업을 시작했으며, 2027년까지 약 30만톤의 rDME를 생산하는 구체적인 계획과 영국 Tees Valley에서 첫 번째 상용급 연간 5만톤의 rDME 생산플랜트 부지를 확보하고 생산공장 건설을 추진 중에 있습니다. 우리나라도 LPG의 온실가스 감축의 하나의 수단으로 rDME를 혼합하여 국내 농가와 산업단지에 보급할 날을 기대해 봅니다”고 말했다.

한국DME협회 회장을 맡고 있는 조원준 대표는 아시아DME컨퍼런스에 대한 홍보도 잊지 않았다.

“시대적 흐름에 따라서 동북아, 동남아시아, 인도 등 아시아와 환태평양 지역에 rDME가 탄소중립연료로 일각에서 중요하게 떠오르고 있습니다. 이에 지난 2017년 제10회 아시아DME컨퍼런스 이후 코로나로 지연된 국제행사를 추진하려고 합니다. 한국DME협회 주최로 오는 10월 27~28일에 인도네시아, 인도, 일본 등 DME를 사용하는 사업체와 사용하려는 기관을 초청해서 rDME에 대한 사업화 시기와 수급량 등을 서로 토의하는 ‘2022 아시아-퍼시픽 DME포럼’을 개최할 예정으로 매우 뜻깊은 자리가 될 것입니다”고 밝혔다.

 

출처 : 가스신문(http://www.gasnews.com)

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