재생천연가스

Renewable natural gas

지속가능한 천연가스(SNG)나 바이오메탄으로도 알려진 재생천연가스(RNG)는 화석천연가스와 비슷한 품질로 업그레이드돼 메탄농도가 90% 이상인 바이오가스다.[1] 메탄 기반 바이오가스의 품질을 천연가스로 업그레이드함으로써 기존 가전제품 내 기존 가스 그리드를 통해 고객에게 가스 배급을 할 수 있게 됐다. 재생 가능한 천연가스는 합성 천연가스 또는 대체 천연가스(SNG)의 서브셋이다.

이산화탄소/몬산화수소 및 수소를 메탄화시키는 다양한 방법이 존재하는데, 여기에는 생체측정법, 사바티어 과정, 그리고 현재 미국에서 시행되고 있는 새로운 전기화학 과정이 포함된다.[2]

이점

재생 가능한 천연 가스는 기존 가스 그리드를 통해 생산 및 유통될 수 있어 기존 구내에 재생 가능한 열과 재생 가능한 가스 에너지를 공급할 수 있는 매력적인 수단이 되며 동시에 고객의 추가 자본 지출이 필요하지 않다. 기존의 가스 네트워크는 또한 최소한의 에너지 비용으로 먼 거리에 걸쳐 가스 에너지를 분배할 수 있게 한다. 기존 네트워크는 바이오가스가 저비용 바이오매스가 풍부한 원격 시장(예를 들어 러시아 또는 스칸디나비아)에서 조달될 수 있도록 한다. 재생 가능한 천연가스는 운송부문에서 연료로 직접 사용할 수 있도록 액화천연가스(LNG)로 전환할 수도 있다.

영국 국가그리드(National Grid)는 전체 가스 소비량의 최소 15%가 하수 등 물질과 슈퍼마켓이나 식당에서 버리는 음식물쓰레기, 양조장 등 기업이 만드는 유기농 쓰레기로 만들어질 수 있다고 보고 있다.[3][failed verification] 미국에서는 2011년 가스기술연구원이 분석한 결과 농업폐기물을 포함한 폐바이오매스에서 나오는 재생가능가스가 연간 최대 2.5조 Btu의 잠재력을 갖고 있어 미국 가정의 50%에 달하는 천연가스 수요를 충족하기에 충분하다고 판단이다.[4][5]

생물가스의 이산화탄소와 일산화탄소 분율이 전해질 수소를 사용하여 메탄으로 변환되는 동력 대 가스(Power-to-gas)와 결합하여, 생생물가스의 재생 가스 잠재력은 대략 두 배가 된다.

생산

생산 공정에서 RNG 효율 70%의 바이오매스를 달성할 수 있다.[6][7] 비용은 생산 규모를 극대화하고 선택된 바이오매스 공급원에 대한 운송 링크(예: 항만 또는 강) 옆에 혐기성 소화 공장을 배치함으로써 최소화된다. 기존의 가스 저장 기반 구조는 수요가 적은 기간에도 발전소가 완전한 사용률로 가스를 계속 제조할 수 있도록 하여, 생산된 가스 단위당 제조 자본 비용을 최소화할 수 있도록 도울 것이다.[8]

재생 가능 가스는 다음과 같은 세 가지 주요 프로세스를 통해 생산될 수 있다.

  • 유기물(보통 습한) 물질의 혐기성 소화(생물계수화라고도 함)
  • 사바티에 반응을 통한 생산. 사바티에 반응으로 가스망에 주입하기에 적합한 가스를 생산하기 위해서는 1차 생산에서 나오는 가스를 2차 단계로 업그레이드해야 한다.[9]
  • 유기(일반적으로 건조한) 소재의 열가소화

상업개발

바이오SNG

괴테보리 에네르기(Energi)는 고비가스 프로젝트 내 스웨덴 고텐부르크에 산림잔류물 가스화를 통해 바이오SNG를 대규모로 생산할 수 있는 첫 실증공장을 열었다. 이 발전소는 약 30MW 규모의 바이오매스로부터 20메가와트 규모의 바이오SNG를 생산할 수 있는 용량을 보유해 65%의 전환 효율을 목표로 했다. 2014년 12월부터 바이오SNG 발전소는 스웨덴 천연가스 그리드에 가스를 완전 가동하여 공급하여 메탄 함량이 95%[10]를 넘는 품질 수요에 도달했다. 이 공장은 2018년 4월 경제 문제로 영구 폐쇄됐다. 괴테보리 에네르기 공장은 1억7500만 유로를 공장에 투자했고 1년 동안 신규 투자자들에게 공장을 팔기 위한 집중적인 시도는 실패했다.[11]

그 발전소는 기술적 성공이었고 의도한 대로 수행되었음을 알 수 있다.[12] 하지만, 천연 가스는 전세계적으로 시장 상황을 감안할 때 매우 낮은 가격에 있다. 이 발전소는 탄소 가격이 더 높을 가능성이 있는 경제 상황이 더 좋을 수 있는 2030년경에 다시 등장할 것으로 예상된다.[13]

SNG는 특히 광범위한 천연가스 유통망을 가진 나라들에 관심이 많다. SNG의 핵심 장점은 기존 천연가스 인프라와의 호환성, Fisher-Tropsch가 생산을 촉진하는 높은 효율성, 다른 2세대 바이오연료 생산 시스템보다 작은 생산 규모 등이다.[14] 네덜란드의 에너지 연구 센터는 해외에서 공급되는 공급 원료를 수입하는 것을 바탕으로 목질 바이오매스로부터 대규모 SNG 생산에 대한 광범위한 연구를 실시했다.[15]

목재를 기반으로 한 재생 가능한 천연가스 발전소는 두 가지 주요 범주로 분류될 수 있는데, 하나는 가스가스 외부의 공급원이 제공하는 에너지를 가진 온온이다. 한 예로 별도의 연소실 및 기체화실로 구성된 이중 챔버형 유동식 침대 가스가 있다. 자동온열 시스템은 기체 내에서 열을 발생시키지만 질소 희석을 피하기 위해 순수한 산소를 사용해야 한다.[16]

영국의 경우, NNFCC는 2020년까지 건설된 모든 영국 바이오SNG 발전소가 '청정한 목재 공급원'을 사용할 가능성이 매우 높고, 그 공급원의 가용성이 좋은 여러 지역이 있다는 것을 발견했다.[17][18]

업그레이드된 바이오가스

영국에서 혐기성 소화를 사용하는 것은 재생 가능한 바이오가스를 생산하는 수단으로 성장하고 있으며, 전국에 90개 가까운 바이오메탄 주입장이 건설되고 있다.[19] 에코시티는 국가 그리드를 통해 영국 소비자들에게 그린 가스를 공급할 계획을 발표했다.[20] 센트리카는 또한 오수로 제조된 가스를 가스망에 주입하기 시작할 것이라고 발표했다.[21] 캐나다에서는 브리티시 컬럼비아의 가스 공급사인 FortisBC가 기존 가스 분배 시스템에 재생 가능한 천연 가스를 주입한다.[22]

지속가능한 합성 천연가스

지속 가능한 SNG는 바이오매스 또는 폐기물 잔여물의 70~75bar 압력에서 고온 산소 블로우 슬래깅 공동 가스화에 의해 생성된다. 공급망 제한이 적은 바이오가스에 비해 훨씬 많은 양의 재생 SNG를 생산할 수 있다는 것이 광범위한 공급원의 장점이다. 전체 생물 유발 탄소 함량이 50 - 55%인 광범위한 연료는 기술적으로 그리고 재정적으로 유효하다. 가스화 과정에서 연료 혼합물에 수소가 첨가되고, 퍼지 가스 '슬립 스트림' 승아 정화 및 촉매 메탄화 단계에서 포획하여 이산화탄소를 제거한다.

대규모의 지속 가능한 SNG는 영국 가스 및 전기 그리드를 근원에서 병렬로 실질적으로 탈탄산화시키는 동시에 가스와 전기 그리드 간의 기존의 운영 및 경제 관계를 유지할 수 있게 할 것이다. 탄소 포획과 격리조치는 적은 추가 비용으로도 추가될 수 있으며, 따라서 저비용과 운영상 위험으로 기존 가스 및 전기 그리드의 보다 깊은 탈탄산화를 점진적으로 달성할 수 있다. 비용편익 연구는 약 65p/therm의 비용으로 대규모 50%의 생물 유발 탄소 함량 지속 가능한 SNG를 고압 가스 전송 그리드에 주입할 수 있다는 것을 보여준다. 이 비용으로 가스화 과정에 에너지 투입으로 사용되는 화석 천연가스를 지속가능한 SNG의 5배에서 10배의 양으로 재처리할 수 있다. 영국 대륙붕으로부터의 지속적인 천연가스 생산과 비전속적인 가스를 결합하면 영국의 피크 일렉트로크의 원가가 잠재적으로 가능하게 될 것이다.'취득 또는 지불' 가스 공급 계약을 체결한 국제 석유에서 제외되는 트리시티.

응용 프로그램:

환경 문제

바이오가스는 일산화탄소, 이산화황, 산화질소, 황화수소, 미립자 등 일반 천연가스 연료와 유사한 환경오염물질을 발생시킨다. 연소되지 않은 가스는 모두 오래 지속된 온실 가스인 메탄을 함유하고 있다. 화석 천연가스와의 중요한 차이점은 바이오매스에 포함된 이산화탄소가 화석 저장소에서 방출되고 대기 중 이산화탄소가 증가하는 것이 아니라 식물 세대별로 자연적으로 재생되기 때문에 종종 부분적 또는 완전 탄소중립으로 간주된다는 것이다.[citation needed]

참고 항목

참조

  1. ^ Al Mamun, Muhammad Rashed; Torii, Shuichi (2017). "Enhancement of Methane Concentration by Removing Contaminants from Biogas Mixtures Using Combined Method of Absorption and Adsorption". International Journal of Chemical Engineering. 2017: 1–9. doi:10.1155/2017/7906859. ISSN 1687-806X.
  2. ^ "SoCalGas and Opus 12 Successfully Demonstrate Technology That Simplifies Conversion of Carbon Dioxide into Storable Renewable Energy". prnewswire.com (Press release). PR Newswire. Retrieved 3 May 2018.
  3. ^ 가디언 '탄소를 의식하는 소비자에게 녹색가스를 공급하는 음식물쓰레기'
  4. ^ "Natural Gas Can Come From Renewable Sources". www.socalgas.com. Sempre Energy. Retrieved 3 May 2018.
  5. ^ Minter, George. "SoCalGas's Minter on Renewable Natural Gas as a Foundational Fuel". www.planningreport.com. David Abel. Retrieved 3 May 2018.
  6. ^ 주춧돌 환경단체, LLC '바이오메탄 / 천연가스 상호접속 기회'
  7. ^ 카찬앤코 '바이오 천연가스 기회'
  8. ^ 네덜란드 에너지 연구센터 '합성 천연가스를 통한 바이오매스 열'
  9. ^ 덴마크 가스 기술 센터 '지속 가능한 가스, 유럽 가스 유통 시스템에 진입'
  10. ^ "GoBiGas". www.gobigas.goteborgenergi.se. Retrieved 10 November 2017.
  11. ^ "Investerade nästan två miljarder i Gobigas – nu läggs projektet ner". www.svt.se. Retrieved 25 April 2018.
  12. ^ "Professor: "The Gobigas Project A Technical Success"". di.se. Retrieved 2 May 2018.
  13. ^ LUNDIN, KIM. "Biogasflow in Gothenburg provides the taxpayer with an environmental standard". www.svt.se. Retrieved 2 May 2018.
  14. ^ Åhman, Max (2010). "Biomethane in the transport sector—An appraisal of the forgotten option". Energy Policy. 38 (1): 208–217. doi:10.1016/j.enpol.2009.09.007.
  15. ^ "BioSNG: Synthetic Natural Gas". Retrieved 27 December 2012.
  16. ^ Van der Meijden, C.M. (2010). Development of the MILENA gasification technology for the production of Bio-SNG (PDF). Petten, Netherlands: ECN. Retrieved 21 October 2012.
  17. ^ '영국 바이오SNG 생산 잠재력, NNFCC 10-008'
  18. ^ 신에너지 포커스 '바이오SNG는 재생열로 경제적으로 매력적일 수 있다'
  19. ^ "AD map - biomethane plants". ADBA. The Anaerobic Digestion & Bioresources Association. Retrieved 12 June 2018.
  20. ^ 가디언 '탄소를 의식하는 소비자에게 녹색가스를 공급하는 음식물쓰레기'
  21. ^ 가디언 '휴먼쓰레기가 재생가스로 변신해 가정에 전력을 공급한다'
  22. ^ 카찬앤코'새로운 바이오 천연가스가 유틸리티 재생 발전소에 태양열과 바람을 추가하는 데 도움이 될 수 있다는 연구 결과가 나왔다.'

외부 링크