KR102733496B1 - 농축산 바이오매스를 이용한 수소 생산 공정 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 생산 장치에 관한 것으로, 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장부; 상기 바이오매스를 산발효하고 생성된 유기산을 전해하여 수소를 생산하는 산발효 이용 수소생산부; 및 상기 바이오매스를 혐기성 소화하고 생성된 기체를 수증기 개질하여 수소를 생산하는 수증기 개질 이용 수소생산부;를 포함하고, 상기 바이오매스 저장부는 상기 바이오매스의 특징에 기초하여 상기 산발효 이용 수소생산부 또는 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로 저장된 바이오매스를 제공하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
Description
본 발명은 농축산 바이오매스를 이용하여 수소를 생산하는 공정에 관한 것이다.
수소 경제가 탄소 경제를 대체하는 새로운 에너지 패러다임의 전환이 에너지 안보, 환경성, 지속가능성, 및 공정성 측면에서 부각되면서 대한민국 혁신 성장의 주축으로 주목받고 있다. 특히, 한국은 석유, 석탄, 및 가스와 같은 에너지 자원을 약 99% 가까이 수입에 의존하는 가운데 최근 탈탄소화 수소 중심의 산업 및 경제적 흐름은 에너지 안보 기여도가 매우 클 것으로 예상된다.
수소는 휘발유 및 경유보다 3배 높은 발열량을 가지고 있으면서 연소 효율성도 우수하고 온실가스나 오염물질 발생이 없다. 또한, 수소 1kg을 생산하기 위해 필요한 비용을 살펴보면 수전해 장치는 2.42$/kg 이상의 높은 수소 생산 단가를 보이고 있는 반면, 바이오가스 수증기 개질과 생물전기화학적 수소생산 기술인 미생물전해전지는 각각 1.08$/kg 및 1.3$/kg을 보여 경제적 잠재성이 우수하다.
본 발명의 목적은 농축산 바이오매스를 이용한 수소 생산 공정을 제공하는 데 있다.
본 발명은 수소 생산 장치에 관한 것으로서, 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장부; 상기 바이오매스를 산발효하고 생성된 유기산을 전해하여 수소를 생산하는 산발효 이용 수소생산부; 및 상기 바이오매스를 혐기성 소화하고 생성된 기체를 수증기 개질하여 수소를 생산하는 수증기 개질 이용 수소생산부;를 포함하고, 상기 바이오매스 저장부는 상기 바이오매스의 특징에 기초하여 상기 산발효 이용 수소생산부 또는 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로 저장된 바이오매스를 제공하도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 저장된 바이오매스를 BOD/COD 또는 VS/TS 값에 기초하여 상기 산발효 이용 수소생산부 또는 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로 제공하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 산발효 이용 수소생산부 및 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로부터 제공된 기체를 분리하는 기체 분리부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 분리된 기체를 저장하는 기체 저장부;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 산발효 이용 수소생산부는, 상기 바이오매스를 전처리하는 전처리 장치; 전처리된 바이오매스를 산발효하는 산발효조; 및 산발효로 생성된 유기산을 전해하는 수소생산반응기;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 산발효조 및 상기 수소생산반응기는 미생물 전해 전지(MEC)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 수증기 개질 이용 수소생산부는, 상기 바이오매스를 혐기성 소화하는 혐기성 소화조; 혐기성 소화로 생성된 기체를 흡착처리하는 흡착 장치; 및 흡착처리를 통과한 기체를 수증기 개질하는 수증기 개질부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는, 상기 바이오매스의 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 제1 기준값 이상인 경우 상기 산발효 이용 수소생산부로 상기 저장된 바이오매스를 제공하도록 제어하고, 상기 바이오매스의 BOD/COD 및 VS/TS 값이 제1 기준값 미만인 경우 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로 상기 저장된 바이오매스를 제공하도록 제어할 수 있다.
본 발명은 수소 생산 공정에 관한 것으로서, 바이오매스의 특징에 기초하여, 상기 바이오매스가 산발효 이용 수소생산부 및 수증기 개질 이용 수소생산부 중 어느 수소생산부로 제공될지 결정되는 단계; 상기 바이오매스가 산발효 이용 수소생산부 또는 수증기 개질 이용 수소생산부로 제공되는 단계; 및 제공된 바이오매스가 산발효 또는 수증기 개질되어 수소를 생성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 어느 수소생산부로 제공될지 결정되는 단계는, 상기 바이오매스의 BOD, COD, VS, 및 TS 값을 측정하는 단계; 측정된 값으로 BOD/COD 및 VS/TS 값을 파악하는 단계; 상기 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 0.7 이상인 경우 상기 바이오매스를 산발효 이용 수소생산부로 제공하도록 제어하고, 상기 BOD/COD 및 VS/TS 값이 0.7 미만인 경우 상기 바이오매스를 수증기 개질 이용 수소생산부로 제공하도록 제어할 수 있다.본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 산발효 이용 수소생산부로 제공되는 단계는, 상기 바이오매스가 전처리 장치로 제공되는 단계; 상기 전처리 장치로 제공된 바이오매스가 전처리되는 단계; 전처리된 바이오매스가 산발효조로 제공되는 단계; 상기 산발효조로 제공된 바이오매스가 산발효되는 단계; 상기 산발효로 생성된 유기산 및 기체가 수소생산반응기로 제공되는 단계; 및 제공된 유기산이 전기분해되는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 산발효조는 미생물 전해 전지(MEC) 산발효조이고, 상기 수소생산반응기는 미생물 전해 전지(MEC) 수소생산반응기일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로 제공되는 단계는, 상기 바이오매스가 혐기성 소화조로 제공되는 단계; 상기 혐기성 소화조로 제공된 바이오매스가 혐기성 소화되는 단계; 상기 혐기성 소화로 생성된 기체가 흡착 장치로 제공되는 단계; 질소 및 황 중 적어도 하나가 포함된 기체가 흡착되는 단계; 흡착을 통과한 기체가 수증기 개질 장치로 제공되는 단계; 및 상기 수증기 개질 장치로 제공된 기체가 수증기 개질되는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 수소 생산 장치에 관한 것으로서, 복수 개의 경로를 갖는 수소 생산 장치에 있어서, 제1 경로의 수소 생산 장치는, 제공된 바이오매스를 전처리하는 전처리부; 전처리된 바이오 매스를 산발효하는 산발효부; 및 산발효로 생성된 유기산을 전해하는 수소생산반응부;를 포함하고, 제2 경로의 수소 생산 장치는, 상기 제공된 바이오매스를 혐기성 소화하는 혐기성 소화부; 혐기성 소화로 생성된 기체를 흡착처리하는 흡착부; 흡착을 통과한 기체를 수증기 개질하는 수증기 개질부;를 포함하고, 상기 제1 경로 및 상기 제2 경로의 수소 생산 장치는 저장된 바이오매스를 제공하는 바이오매스 저장부;를 더 포함하고, 상기 바이오매스 저장부는 상기 바이오매스의 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 0.7 이상인 경우, 제1 경로의 수소 생산 장치로 상기 바이오매스를 제공하고, 상기 바이오매스의 BOD/COD 및 VS/TS 값이 0.7 미만인 경우, 제2 경로의 수소 생산 장치로 상기 바이오매스를 제공한다.
본 발명은 수소 생산 장치에 관한 것으로서, 미생물 전해 전지(MEC)를 포함하는 수소 생산 장치에 있어서, 제공된 바이오매스를 전처리하는 전처리부; 전처리된 바이오 매스를 산발효하는 미생물 전해 전지(MEC) 산발효부; 및 산발효로 생성된 유기산을 전해하는 미생물 전해 전지(MEC) 수소생산반응부;를 포함한다.
본 발명에 따른 수소 생산 장치 및 공정은 산발효하여 수소를 생산하거나 수증기 개질하여 수소를 생산하고, 미생물 전해 전지를 갖는 산발효부 및 수소생산반응부를 포함하여 수소 생산 효율을 증진시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 공정의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 기체 분리부 및 기체 저장부를 더 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 산발효 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 산발효 이용 수소생산부 및 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 공정의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 공정의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 기체 분리부 및 기체 저장부를 더 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 산발효 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 산발효 이용 수소생산부 및 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 공정의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 농축산 바이오매스를 이용한 수소 생산 장치를 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
상세한 설명, 도면들, 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 및 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 바이오매스 저장부, 산발효 이용 수소생산부, 및 수증기 개질 이용 수소생산부를 이용하여 농축산 바이오매스로 수소를 생산하는 장치 및 수소 생산 공정에 관한 것이다.
바이오매스는 화학적 에너지로 사용 가능한 식물, 동물, 미생물 등의 생물체, 즉 바이오에너지의 에너지원을 의미하며, 생태학적으로 단위 시간 및 공간 내에 존재하는 특정 생물체의 중량 또는 에너지량을 의미하기도 한다. 일반적인 바이오매스의 종류로는 곡물과 식물, 폐목재, 식물 줄기와 같은 목질계, 해조류, 동물의 분뇨나 음식물 쓰레기, 유기성 폐수 혹은 이들 혼합물 등이 있으며, 이를 열분해 또는 발효 과정을 거쳐 바이오에너지를 채취하거나 퇴비 및 사료, 각종 플라스틱과 같은 제품으로 전환하여 사용한다. 바이오매스로부터 얻어지는 에너지는 그 용도나 형태에 따라 바이오가스, 바이오 에탄올, 바이오 디젤, 메탄올, 수소 등이 있다.
산발효는 유기산을 생성하는 발효로, 일반적으로 슬러지 중의 고분자유기물이 혐기성 세균의 작용에 의해 단당류, 아미노산 등으로 가수분해된 후, 다시 산생성 세균에 의해서 유기산으로 발효되는 것을 의미한다. 여기서 산생성 세균이란 혐기상태에서 지방산, 아미노산, 단당류, 이당류 등의 유기물을 분해하여 아세트산 등의 휘발성 유기산을 생성하는 세균을 의미한다.
수증기 개질은 촉매의 존재하에 탄화수소와 수증기를 고온에서 반응시켜 수소, 합성가스, 또는 메탄을 합성하는 방법으로, 메탄이 주 성분인 가스를 고온 고압의 수증기로 분해하여 수소를 생성할 수 있다. 일반적으로 이러한 방식은 수증기 메탄 개질법(steam methane reformation)이라 불리며, 메탄, 프로판 등을 촉매를 통해 고온(700℃ 내지 1000℃및 고압(3Bar 내지 25Bar)의 수증기와 반응하여 수소를 제조하는 방식이다. 수소 생산 효율이 좋으나 상당량의 이산화탄소가 발생한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 장치(1)는 바이오매스 저장부(100), 산발효 이용 수소생산부(200), 및 수증기 개질 이용 수소 생산부(210)를 포함한다.
바이오매스 저장부(100)는 바이오매스를 저장하고, 이를 산발효 이용 수소생산부(200) 및/또는 수증기 개질 이용 수소생산부(210)로 제공할 수 있다.
예를 들어, 바이오매스 저장부(100)는 농산 및/또는 축산에 의해 생성된 바이오매스를 저장할 수 있다.
또한, 예를 들어, 바이오매스 저장부(100)는 저장된 바이오매스의 BOD(Biochemical Oxygen Demand), COD(Chemical Oxygen Demand), VS(Volatile Solid), TS(Total Solid), TOC(Total Organic Carbon), ThOD (Theoretical Oxygen Demand), 질량, 및 부피 등을 측정할 수 있다.
BOD(Biochemical Oxygen Demand)는 물이 오염된 정도를 나타내는 지표로, 호기성 박테리아가 일정 기간 동안 수중의 유기물을 산화 및 분해시켜 전화하는 데 들어가는 산소량을 백만분율(ppm)로 나타낸 것이다.
COD(Chemical Oxygen Demand)는 물이 오염된 정도를 나타내는 지표로, 수중의 유기물 등 오염원이 되는 물질을 포함한 시료에 산화제를 반응시켜 소비되는 산화제의 양을 산소량으로 환산한 수치이다.
VS(Volatile Solid)는 휘발성 고형물로, 총 고형물의 중량에서 총 강열잔류고형물의 중량을 뺀 것이다. 흔히 하수슬러지의 무기안정화 정도를 판단하기 위해 필요한 지표이다.
TS(Total Solid)는 총고형물로, 제품에서 수분을 뺀 고체의 무게를 의미한다.
TOC(Total Organic Carbon)는 전유기탄소로, 수중에 존재하는 유기물의 주된 구성 물질인 탄소량을 의미한다. 이는 수질의 오탁 정도를 나타내는 지표가 된다.
ThOD(Theoretical Oxygen Demand)는 이론적 산소요구량으로, 물속에 존재하는 유기물이 미생물에 의해 완전히 분해되었다고 가정했을 때 산화에 필요한 산소량의 계산된 값을 의미한다.
또한, 예를 들어, 바이오매스 저장부(100)는 저장된 바이오매스를 상기 바이오매스의 특징에 기초하여, 산발효 이용 수소생산부(200) 및/또는 수증기 개질 이용 수소생산부(210) 중 적어도 하나로 제공하도록 제어할 수 있다.
또한, 예를 들어, 바이오매스 저장부(100)는 바이오매스를 산발효 이용 수소생산부(200) 및/또는 수증기 개질 이용 수소생산부(210)로 제공할 수 있다.
산발효 이용 수소생산부(200)는 산발효를 이용하여 제공받은 바이오매스로 수소를 생산할 수 있다.
예를 들어, 산발효 이용 수소생산부(200)는 바이오매스 저장부(100)로부터 제공받은 바이오매스를 전처리할 수 있다.
또한, 예를 들어, 산발효 이용 수소생산부(200)는 전처리된 바이오매스를 산발효하여 유기물 및 기체를 생성할 수 있다.
또한, 예를 들어, 산발효 이용 수소생산부(200)는 생성된 유기물을 전해하여 수소를 생산할 수 있다.
또한, 산발효 이용 수소생산부(200)를 제1 경로의 수소 생산 장치로 설정하여 복수 개의 경로를 갖는 수소 생산 장치를 구성할 수 있다.
수증기 개질 이용 수소생산부(210)는 수증기 개질을 이용하여 제공받은 바이오매스로 수소를 생산할 수 있다.
예를 들어, 수증기 개질 이용 수소생산부(210)는 바이오매스 저장부(100)로부터 제공받은 바이오매스를 혐기성 소화할 수 있다.
또한, 예를 들어, 수증기 개질 이용 수소생산부(210)는 혐기성 소화되어 생성된 기체를 흡착 처리할 수 있다.
또한, 예를 들어, 수증기 개질 이용 수소생산부(210)는 흡착을 통과한 기체를 수증기 개질하여 수소를 생산할 수 있다.
또한, 수증기 개질 이용 수소생산부(210)를 제2 경로의 수소 생산 장치로 설정하여 복수 개의 경로를 갖는 수소 생산 장치를 구성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 장치(1)는 저장된 바이오매스를 바이오매스의 특징에 기초하여 산발효 이용 수소생산부(200) 및/또는 수증기 개질 이용 수소생산부(210)로 제공할 수 있으므로, 바이오매스의 특징에 따라 최적의 수소 생산을 할 수 있다. 이에 따라, 수소를 생산하는 효율을 증진시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 공정의 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 공정은 바이오매스가 어느 수소생산부로 제공할지 결정되고(S100), 바이오매스가 산발효 이용 수소생산부 또는 수증기 개질 이용 수소생산부로 제공되고(S150), 바이오매스가 산발효 또는 수증기 개질되어 수소가 생성된다(S200).
S100에서는 바이오매스 저장부(100)가 바이오매스의 특징을 측정하고, 상기 바이오매스의 특징에 기초하여 상기 바이오매스를 어느 수소생산부로 제공할지 결정된다.
S150에서는 바이오매스 저장부(100)에 저장된 바이오매스가 산발효 이용 수소생산부(200) 또는 수증기 개질 이용 수소생산부(210)로 제공된다.
S200에서는 제공받은 바이오매스가 산발효 또는 수증기 개질되어 수소가 생산된다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따라 기체 분리부 및 기체 저장부를 더 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다. 도 3의 수소 생산 장치(1_1)는 도 1의 수소 생산 장치(1)와 일부 유사하다.
따라서, 동일하거나 유사한 구성요소는 동일하거나 유사한 참조번호를 이용하여 표기되었으며, 동일하거나 반복되는 내용은 간략한 설명을 위하여 이하 생략될 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 장치(1_1)는 도 1의 수소 생산 장치(1)에 비하여 기체 분리부(300) 및 기체 저장부(400)를 더 포함한다.
기체 분리부(300)는 수소생산부로부터 기체를 제공받고, 제공받은 기체를 분리할 수 있다.
예를 들어, 기체 분리부(300)는 산발효 이용 수소생산부(200) 및/또는 수증기 개질 이용 수소생산부(210)로부터 기체를 제공받을 수 있다.
또한, 예를 들어, 기체 분리부(300)는 제공받은 기체를 분리할 수 있다. 만일 복수 개의 기체가 혼합되어 제공된 경우 각각의 기체로 구분되도록 분리할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 기체 분리부(300)는 메탄, 이산화탄소, 수소, 암모니아, 황화수소 등의 기체를 각각 구분되도록 분리할 수 있다.
기체 저장부(400)는 기체 분리부(300)로부터 분리된 기체를 제공받고, 분리된 기체를 저장할 수 있다.
예를 들어, 기체 저장부(400)는 기체 분리부(300)로부터 분리된 기체인, 메탄, 이산화탄소, 수소, 황화수소, 암모니아 등의 기체를 제공받고, 이를 각각 저장할 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 기체 저장부(400)는 기체 분리부(300)로부터 메탄, 이산화탄소, 및 수소를 제공받고, 이를 각각 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 장치(1_1)는 산발효 이용 수소생산부 및 수증기 개질 이용 수소생산부에서 제공된 기체를 분리하고 저장하여, 메탄, 이산화탄소, 및 수소 등의 기체를 각각 수집할 수 있다. 이를 통해, 각각의 기체가 필요한 곳에 적절히 사용할 수 있다. 특히, 메탄은 발전하는 곳에 쓰여 전기를 생산하는 용도로, 이산화탄소는 농업에 쓰여 식물에게 이산화탄소를 제공하는 용도로, 수소는 에너지를 공급하는 용도로 사용할 수 있다. 메탄, 이산화탄소, 및 수소를 사용하는 방법을 간략하게 서술하였으나, 이에 제한되지 않고 각각의 기체가 사용될 수 있는 사용처라면 분리되어 저장된 각각의 기체를 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따라 산발효 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 산발효 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치(2)는 바이오매스 탱크(101), 제어부(103), 전처리 장치(201), 산발효조(203), 수소생산반응기(205), 분리막 공정 장치(301), 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및 수소 탱크(405)를 포함한다.
바이오매스 탱크(101)는 제공되는 바이오매스를 저장할 수 있고 저장된 바이오매스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 바이오매스 탱크(101)는 농산 및/또는 축산에서 제공되는 바이오매스를 저장할 수 있다. 또한, 예를 들어, 바이오매스 탱크(101)는 펌프를 포함하여 저장된 바이오매스를 제공할 수 있다.
제어부(103)는 바이오매스 탱크(101)에 저장된 바이오매스의 특징을 측정하고, 측정 값에 기초하여 전처리 장치(201)에 바이오매스를 제공하도록 제어할 수 있다.
예를 들어, 제어부(103)는 BOD(Biochemical Oxygen Demand), COD(Chemical Oxygen Demand), VS(Volatile Solid), TS(Total Solid), TOC(Total Organic Carbon), ThOD (Theoretical Oxygen Demand), 질량, 및 부피 등을 측정할 수 있는 센서부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제어부(103)는 BOD, COD, VS, TS 값을 측정할 수 있는 센서부를 포함하고, BOD/COD 및/또는 VS/TS 값을 계산할 수 있다.
또한, 예를 들어, 제어부(103)는 측정되거나 계산된 값에 기초하여 전처리 장치(201)에 바이오매스를 제공하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제어부(103)는 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 제1 기준값 이상인 경우, 전처리 장치(201)에 바이오매스를 제공하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1 기준값은 0.7 일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 BOD/COD 및 VS/TS 값을 0.7로 설정하였으나, 상기 바이오매스의 종류에 따라 조절할 수 있다.
전처리 장치(201)는 바이오매스 탱크(101)로부터 바이오매스를 제공받고, 제공받은 바이오매스를 전처리할 수 있다. 예를 들어, 전처리 장치(201)는 제공받은 바이오매스를 열분해, 당을 얻기 위한 처리, 동결처리, 열처리, 적외선 처리, 마이크로웨이브처리, 산처리, 염기처리, 원심 분리, 파쇄, 건조, 및 무기물질 제거 중 적어도 하나로 전처리할 수 있다.
산발효조(203)는 전처리 장치(201)로부터 전처리된 바이오매스를 제공받고, 전처리된 바이오매스를 산발효할 수 있다. 예를 들어, 산발효조(203)는 전처리된 바이오매스를 가수분해하고, 가수분해된 바이오매스로 기체(이산화탄소, 수소, 메탄 등) 및 휘발성 지방산(VFA; Volatile Fatty Acid)을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 산발효조(203)는 미생물 전해 전지(MEC; Microbial Electrolysis Cell) 산발효조를 포함할 수 있다. MEC가 포함된 산발효조는 바이오가스 발생량 증가 및/또는 휘발성 지방산 생성량 증가하여 보다 많은 양의 수소를 생산할 수 있다.
미생물 전해 전지(MEC; Microbial Electrolysis Cell)는 미생물 신진대사와 전기화학이 결합된 기술로써, 혐기성 구연산 순환 과정(anaerobic citric acid cycle)을 통해 발생되는 유기산을 이산화탄소로 완전 산화시킬 수 있다. MEC는 유기성 폐수에 존재하는 유기물을 전해(전기분해; electrolysis)한다. 양극(anode)에서는 전자를 체외로 방출하는 미생물이 유기물을 산화하여 전자를 전극 표면으로 배출하고, 음극(cathode)에서는 양이온과 전자가 반응하여 수소가 생산된다. MEC에 사용되는 미생물막은 전기를 발생하면서 생장하여 소모되거나 없어지지 않는 영구적인 촉매이므로, 주기적인 교체가 필요한 수전해와 달리, 촉매의 교체가 필요하지 않다.
수소생산반응기(205)는 산발효조(203)로부터 휘발성지방산(VFA)를 제공받고, 제공받은 휘발성지방산(VFA)으로 수소를 생산할 수 있다. 이 과정에서 수소가 생산됨과 동시에 이산화탄소가 생성된다. 예를 들어, 수소생산반응기(205)는 제공받은 휘발성지방산(VFA)을 전해하여 수소 및 이산화탄소를 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 수소생산반응기(205)는 미생물 전해 전지(MEC; Microbial Electrolysis Cell) 수소생산반응기를 포함할 수 있다. MEC가 포함된 수소생산반응기는 제공받은 휘발성지방산(VFA)을 전해하여 수소 및 이산화탄소를 생산할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 MEC가 포함된 수소생산반응기를 사용하면, 촉매를 영구히 사용할 수 있으므로 유지 비용이 현저히 감소하고, 보다 높은 효율로 수소를 생산할 수 있다.
분리막 공정 장치(301)는 수소생산반응기(205)로부터 기체를 제공받고, 분리막을 이용하여 제공받은 기체를 분리할 수 있다. 예를 들어, 분리막 공정 장치(301)는 수소생산반응기(205)로부터 메탄, 이산화탄소, 및 수소 중 적어도 하나가 포함된 기체를 제공받을 수 있으며, 분리막을 이용하여 제공받은 기체에서 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소를 분리할 수 있다.
분리막 공정은 분리막을 이용하여 무언가를 분리할 수 있는 공정으로, 음식물 포장, 보호 코팅, 연료전지 등 여러 분야에서 사용되고 있다. 이 중에서 고분자 막을 이용한 기체 분리는 여러 기체 분자의 막 투과속도 차를 이용해 특정 분자를 분리하는 과정을 통해 이루어진다. 분리막을 이용한 기체 분리는 에너지 소모가 적고, 상(phase) 변화가 없으며, 설치에 필요한 공간이 작으면서, 대규모로의 확장이 용이하다는 장점이 있다.
분리막 공정 장치(301)에 사용되는 막은 기체 분리에 사용할 수 있는 막이라면 이를 제한하지 않고 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 막은 방향족 고분자 막, 폴리술폰(PSF; Polysulfone) 막, 셀룰로오스 아세테이트(CA; Cellulose acetate) 막, 폴리카보네이트 막, 폴리이미드(PI; Polyimide) 막, 과불소계 고분자(PFP; Perfluoropolymer) 막, 실록산(siloxane) 고분자 막 등을 사용할 수 있다.
메탄 탱크(401), 이산화탄소(403), 및 수소 탱크(405)는 분리막 공정 장치(301)로부터 기체를 제공받고, 제공받은 기체를 각각 저장할 수 있다.
예를 들어, 메탄 탱크(401)는 분리막 공정 장치(301)로부터 메탄을 제공받고, 제공받은 메탄을 저장할 수 있다. 또한, 예를 들어, 이산화탄소 탱크(403)는 분리막 공정 장치(301)로부터 이산화탄소를 제공받고, 제공받은 이산화탄소를 저장할 수 있다. 또한, 예를 들어, 수소 탱크(405)는 분리막 공정 장치(301)로부터 수소를 제공받고, 제공받은 수소를 저장할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 산발효 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치(2)는 산발효를 이용하여 바이오매스로 수소를 생산할 수 있다. 산발효조 및 수소생산반응기에 미생물 전해 전지(MEC)를 적용하여 바이오가스 생산량 및 휘발성 유기산 양을 증가시킬 수 있으므로, 보다 높은 효율로 수소를 생산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따라 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치를 나타낸 도면이다. 도 5의 수소 생산 장치(3)는 도 4의 수소 생산 장치(2)와 일부 유사하다.
따라서, 동일하거나 유사한 구성요소는 동일하거나 유사한 참조번호를 이용하여 표기되었으며, 동일하거나 반복되는 내용은 간략한 설명을 위하여 이하 생략될 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치(3)는 바이오매스 탱크(101), 제어부(103), 혐기성 소화조(211), 활성탄 흡착 장치(213), 수증기 개질 장치(215), 분리막 공정 장치(301), 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및 수소 탱크(405)를 포함한다.
앞서 언급한 바와 같이, 제어부(103)는 BOD, COD, VS, TS 값을 측정할 수 있는 센서부를 포함하고, BOD/COD 및/또는 VS/TS 값을 계산할 수 있다.
또한, 예를 들어, 제어부(103)는 측정되거나 계산된 값에 기초하여 전처리 장치(201)에 바이오매스를 제공하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 제어부(103)는 BOD/COD 및 VS/TS 값이 제1 기준값 미만인 경우, 혐기성 소화조(211)에 바이오매스를 제공하도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제1 기준값은 0.7 일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 제1 기준값을 0.7로 설정하였으나, 상기 바이오매스의 종류에 따라 조절할 수 있다.
혐기성 소화조(211)는 바이오매스 탱크(101)로부터 바이오매스를 제공받고, 제공받은 바이오매스를 혐기성 소화할 수 있다. 바이오매스가 혐기성 소화를 거쳐 주로 메탄과 이산화탄소로 이루어진 바이오가스가 생성되며, 상기 바이오가스에는 소량의 수소, 황화수소, 암모니아 등도 포함된다.
혐기성 소화는 생분해성(biodegradable) 유기물질들이 무산소 상태(anaerobic condition)에서 미생물에 의해 분해되는 과정을 의미한다. 혐기성 소화 과정은 가수분해(hydrolysis), 산생성(acidogenesis), 초산생성(acetogenesis), 메탄생성(methanogenesis)을 거쳐 진행된다. 이 분해 과정에서는 주로 메탄과 이산화탄소로 이루어진 가스 혼합물이 생성되며, 이 혼합물에는 소량의 수소, 황화수소, 암모니아, 수증기 등도 포함된다.
활성탄 흡착 장치(213)는 혐기성 소화조(211)로부터 바이오가스를 제공받고, 제공받은 바이오가스에서 황 및 질소 중 적어도 하나가 포함된 기체를 흡착할 수 있다. 예를 들어, 활성탄 흡착 장치(213)는 제공받은 바이오가스에서 황화수소 및 암모니아를 흡착할 수 있다.
활성탄 흡착 장치(213)는 제공받은 바이오가스에서 황화수소 및 암모니아를 흡착할 수 있으므로, 활성탄 흡착 장치를 통과한 바이오가스에서는 황화수소 및 암모니아가 현저히 적게 검출되거나 검출되지 않을 수 있다.
앞서 개시한 바와 같이, 활성탄 흡착 장치(213)에서는 제공받은 바이오가스에서 황화수소 및 암모니아를 흡착하여 배제시킬 수 있는데, 이 과정을 수행함으로써 이후 진행될 수증기 개질 장치(215)가 원활하게 진행되고, 수소 생산량을 증진시킬 수 있다.
수증기 개질 장치(215)는 활성탄 흡착 장치(213)로부터 기체 일부가 흡착된 바이오가스를 제공받고, 제공받은 바이오가스를 고온 고압의 수증기로 분해(수증기 개질)할 수 있다.
수증기 개질 장치(215)는 이미 공지된 수증기 개질 장치를 사용할 수 있으므로, 바이오가스를 수증기를 이용하여 분해할 수 있는 장치라면 제한하지 않는다.
분리막 공정 장치(301)는 혐기성 소화조(211) 및/또는 수증기 개질 장치(215)로부터 기체를 제공받고, 분리막을 이용하여 제공받은 기체를 분리할 수 있다. 예를 들어, 분리막 공정 장치(301)는 혐기성 소화조(211) 및/또는 수증기 개질 장치(215)로부터 메탄, 이산화탄소, 및 수소 중 적어도 하나가 포함된 기체를 제공받을 수 있으며, 분리막을 이용하여 제공받은 기체에서 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소를 분리할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치(3)는 혐기성 소화조(211) 및 수증기 개질 장치(215)에서 생산된 기체를 분리막 공정 장치(301)로 보낼 수 있으므로, 메탄, 이산화탄소, 및 수소의 생산량을 조절할 수 있다. 특히, 혐기성 소화조(211)에서는 메탄과 이산화탄소가 주 성분인 바이오가스가 생성되는데, 이를 바로 분리막 공정 장치(301)에 보내어 메탄 및 이산화탄소 생산량을 늘릴 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따라 산발효 이용 수소생산부 및 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 공정의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 장치(4, 5)는 바이오매스 탱크의 바이오매스가 BOD/COD 또는 VS/TS 값에 기초하여 산발효 이용 수소 생산 공정 또는 수증기 개질 이용 수소 생산 공정으로 진행될 수 있다. 예를 들어, 바이오매스 탱크의 바이오매스가 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 0.7 이상인 경우, 산발효 이용 수소 생산 공정으로, 바이오매스 탱크의 바이오매스가 BOD/COD 및 VS/TS 값이 0.7 미만인 경우, 수증기 개질 이용 수소 생산 공정으로 진행될 수 있다.
더 자세하게, 바이오매스 탱크의 바이오매스가 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 0.7 이상인 경우(S10-YES; 산발효 이용 수소 생산 공정), 바이오매스 탱크(101)에 저장된 바이오매스가 전처리 장치(201)로 제공되고(S150), 제공된 바이오매스가 전처리되고(S201), 전처리된 바이오매스가 산발효조(203)로 제공되고(S202), 전처리된 바이오매스가 산발효조(203)에서 산발효되어 유기산 및 기체가 생성되고(S203), 생성된 유기산 및 기체가 수소생산반응기(205)로 제공되고(S204), 제공된 유기산이 수소생산반응기(205)에서 전해되어 기체가 생성되고(S205), 생성된 기체가 분리막 공정 장치(301)로 제공되고(S250), 제공된 기체가 분리막 공정 장치(301)에서 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소로 분리되고(S300), 분리된 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소가 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및/또는 수소 탱크(405)에 제공되고(S350), 제공된 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소가 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및/또는 수소 탱크(405)에 각각 저장될 수 있다(S400).
또한, 바이오매스 탱크의 바이오매스가 BOD/COD 및 VS/TS 값이 0.7 미만인 경우(S10-NO; 수증기 개질 이용 수소 생산 공정), 바이오매스 탱크(101)에 저장된 바이오매스가 혐기성 소화조(211)로 제공되고(S150), 제공된 바이오매스가 혐기성 소화되어 기체가 생성되고(S211), 혐기성 소화로 생성된 기체가 활성탄 흡착 장치(213)로 제공되고(S212), 제공된 기체 내에 황 및 질소 중 적어도 하나가 포함된 기체가 흡착되어 분리되고(S213), 흡착을 통과한 기체가 수증기 개질 장치(215)로 제공되고(S214), 흡착을 통과한 기체가 수증기 개질되어 기체가 생성되고(S215), 수증기 개질로 생성된 기체가 분리막 공정 장치(301)로 제공되고(S250), 제공된 기체가 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소로 분리되고(S300), 분리된 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소가 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및/또는 수소 탱크(405)에 제공되고(S350), 제공된 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소가 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및/또는 수소 탱크(405)에 각각 저장될 수 있다(S400).
본 발명의 일 실시예에서는 BOD/COD 및 VS/TS 값을 0.7로 설정하였으나, 상기 바이오매스의 종류에 따라 조절할 수 있음을 감안해야 할 것이다.
S100에서는 바이오매스의 특징에 기초하여, 어느 수소생산부로 제공될지 결정된다. 더 자세하게, S10에서는 제어부(103)가 바이오매스 탱크(101)에 저장된 바이오매스의 BOD, COD, VS, 및 TS를 측정하고, BOD/COD 및 VS/TS 값을 파악하여 상기 바이오매스를 어느 경로로 보낼지 결정한다. 파악된 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 0.7 이상인 경우, YES 방향(산발효 이용 수소 생산 공정)으로 진행되고, 파악된 BOD/COD 및 VS/TS 값이 0.7 미만인 경우, NO 방향(수증기 개질 이용 수소 생산 공정)으로 진행된다.
산발효 이용 수소 생산 공정에서 있어서, S150에서는 바이오매스 탱크(101)에 저장된 바이오매스가 전처리 장치(201)로 제공된다.
S201에서는 전처리 장치(201)로 제공된 바이오매스가 전처리된다.
S202에서는 전처리 장치(201)에서 전처리된 바이오매스가 산발효조(203)로 제공된다.
S203에서는 산발효조(203)로 제공된 바이오매스가 산발효되어 유기산(휘발성 지방산) 및 기체가 생성된다.
S204에서는 산발효조(203)에서 생성된 유기산 및 기체가 수소생산반응기(205)로 제공된다.
S205에서는 수소생산반응기(205)로 제공된 유기산이 전해되어 기체가 생성된다.
S250에서는 수소생산반응기(205)에서 생성된 기체가 분리막 공정 장치(301)로 제공된다.
S300에서는 분리막 공정 장치(301)로 제공된 기체가 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소로 분리된다.
S350에서는 분리된 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소가 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및 수소 탱크(405)에 제공된다.
S400에서는 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및 수소 탱크(405)에 제공된 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소가 각각 저장된다.
또한, 수증기 개질 이용 수소 생산 공정에서 있어서, S150에서는 바이오매스 탱크(101)에 저장된 바이오매스가 혐기성 소화조(211)로 제공된다
S211에서는 혐기성 소화조(211)로 제공된 바이오매스가 혐기성 소화되어 기체가 생성된다. 이때, 생성된 기체는 활성탄 흡착 장치(213)로 제공되거나, 기체 분리부(300) 또는 분리막 공정 장치(301)로 제공될 수 있다.
S212에서는 혐기성 소화조(211)에서 생성된 기체가 활성탄 흡착 장치 (213)로 제공된다.
S213에서는 활성탄 흡착 장치(213)로 제공된 기체 내에 황 및 질소 중 적어도 하나를 포함하는 기체가 흡착되어 분리된다.
S214에서는 활성탄 흡착 장치(213)를 통과한 기체가 수증기 개질 장치(215)로 제공된다.
S215에서는 수증기 개질 장치(215)로 제공된 기체가 수증기 개질되어 기체가 생성된다.
S250에서는 혐기성 소화조(211) 및/또는 수증기 개질 장치(215)에서 생성된 기체가 분리막 공정 장치(301)로 제공된다.
S300에서는 분리막 공정 장치(301)로 제공된 기체가 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소로 분리된다.
S350에서는 분리된 메탄, 수소, 및/또는 이산화탄소가 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및 수소 탱크(405)에 제공된다.
S400에서는 메탄 탱크(401), 이산화탄소 탱크(403), 및 수소 탱크(405)에 제공된 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소가 각각 저장된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 생산 장치(4, 5)를 사용하고 수소 생산 공정을 적용하면, BOD/COD 및/또는 VS/TS 값에 기초하여 수소 생산 공정을 달리할 수 있다. 이에 따라, 제공되는 바이오매스에 가장 적합한 공정으로 수소를 생산할 수 있으므로 수소 생산 효율을 현저히 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 바이오매스의 특징에 따라 최적의 수소 생산을 할 수 있으므로, 수소 생산 효율을 증진시킬 수 있고, 수소 생산 공정 중 생산된 기체를 분리하여 저장할 수 있어서 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소를 수집할 수 있다.
이렇게 수집된 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소는 발전 용도, 농업 용도, 에너지원 용도 등 다양한 용도로 활용될 수 있다. 특히, 이산화탄소는 농업에서 식물에 이산화탄소를 보충해주는 역할로 활용될 수 있다. 개시한 용도 외에도 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소를 활용할 수 있는 방법이 있다면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 저장된 메탄, 이산화탄소, 및/또는 수소를 사용할 수 있다.
또한, 미생물 전해 전지(MEC)가 포함된 산발효조 및 수소생산반응기를 사용하여 바이오가스 생산량 및 휘발성 유기산을 증가시킬 수 있고, 보다 높은 효율로 수소를 생산할 수 있다.
또한, 혐기성 소화조(211)에서 생산된 기체를 분리막 공정 장치(301)로 보낼 수 있으므로, 메탄 및 이산화탄소 생산량을 늘릴 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니며 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
1, 1_1: 수소 생산 장치
2: 산발효 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치
3: 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치
100: 바이오매스 저장부 101: 바이오매스 탱크
103: 제어부 200: 산발효 이용 수소생산부
201: 전처리 장치 203: 산발효조
205: 수소생산반응기 210: 수증기 개질 이용 수소생산부
211: 혐기성 소화조 213: 활성탄 흡착 장치
215: 수증기 개질 장치 300: 기체 분리부
301: 분리막 공정 장치 400: 기체 저장부
401: 메탄 탱크 403: 이산화탄소 탱크
405: 수소 탱크
2: 산발효 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치
3: 수증기 개질 이용 수소생산부를 포함하는 수소 생산 장치
100: 바이오매스 저장부 101: 바이오매스 탱크
103: 제어부 200: 산발효 이용 수소생산부
201: 전처리 장치 203: 산발효조
205: 수소생산반응기 210: 수증기 개질 이용 수소생산부
211: 혐기성 소화조 213: 활성탄 흡착 장치
215: 수증기 개질 장치 300: 기체 분리부
301: 분리막 공정 장치 400: 기체 저장부
401: 메탄 탱크 403: 이산화탄소 탱크
405: 수소 탱크
Claims (15)
- 바이오매스를 저장하는 바이오매스 저장부;
상기 바이오매스를 산발효하고 생성된 유기산을 전해하여 수소를 생산하는 산발효 이용 수소생산부; 및
상기 바이오매스를 혐기성 소화하고 생성된 기체를 수증기 개질하여 수소를 생산하는 수증기 개질 이용 수소생산부;를 포함하고,
상기 바이오매스 저장부는 상기 바이오매스의 특징에 기초하여 저장된 상기 바이오매스를 상기 산발효 이용 수소생산부 또는 상기 수증기 개질 이용 수소생산부에 제공하도록 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 저장된 상기 바이오매스를 BOD/COD 또는 VS/TS 값에 기초하여 상기 산발효 이용 수소생산부 또는 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로 제공하도록 제어하는 수소 생산 장치. - 삭제
- 제1 항에 있어서,
상기 산발효 이용 수소생산부 또는 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로부터 제공된 기체를 분리하는 기체 분리부;를 더 포함하는 수소 생산 장치. - 제3 항에 있어서,
상기 분리된 기체를 저장하는 기체 저장부;를 더 포함하는 수소 생산 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 산발효 이용 수소생산부는,
상기 바이오매스를 전처리하는 전처리 장치;
전처리된 바이오매스를 산발효하는 산발효조; 및
산발효로 생성된 유기산을 전해하는 수소생산반응기;를 포함하는 수소 생산 장치. - 제5 항에 있어서,
상기 산발효조 및 상기 수소생산반응기는 미생물 전해 전지(MEC)를 포함하는 수소 생산 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 수증기 개질 이용 수소생산부는,
상기 바이오매스를 혐기성 소화하는 혐기성 소화조;
혐기성 소화로 생성된 기체를 흡착처리하는 흡착 장치; 및
흡착처리를 통과한 기체를 수증기 개질하는 수증기 개질부;를 포함하는 수소 생산 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 바이오매스의 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 제1 기준값 이상인 경우 상기 산발효 이용 수소생산부로 상기 바이오매스를 제공하도록 제어하고,
상기 바이오매스의 BOD/COD 및 VS/TS 값이 제1 기준값 미만인 경우 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로 상기 바이오매스를 제공하도록 제어하는 수소 생산 장치. - 바이오매스의 특징에 기초하여, 상기 바이오매스가 산발효 이용 수소생산부 및 수증기 개질 이용 수소생산부 중 어느 수소생산부로 제공될지 결정되는 단계;
상기 바이오매스가 산발효 이용 수소생산부 또는 수증기 개질 이용 수소생산부로 제공되는 단계; 및
제공된 바이오매스가 산발효 또는 수증기 개질되어 수소가 생성되는 단계;를 포함하고,
상기 어느 수소생산부로 제공될지 결정되는 단계는,
상기 바이오매스의 BOD, COD, VS, 및 TS 값을 측정하는 단계;
측정된 값으로 BOD/COD 및 VS/TS 값을 파악하는 단계;
상기 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 0.7 이상인 경우 상기 바이오매스를 상기 산발효 이용 수소생산부로 제공하도록 제어하고, 상기 BOD/COD 및 VS/TS 값이 0.7 미만인 경우 상기 바이오매스를 상기 수증기 개질 이용 수소생산부로 제공하도록 제어하는 수소 생산 공정. - 삭제
- 제9 항에 있어서,
상기 수소가 생성되는 단계는,
전처리 장치로 제공된 바이오매스가 전처리되는 단계;
전처리된 바이오매스가 산발효조로 제공되는 단계;
산발효조로 제공된 바이오매스가 산발효되는 단계;
산발효로 생성된 유기산 및 기체가 수소생산반응기로 제공되는 단계; 및
제공된 유기산이 전기분해되는 단계;를 포함하는 수소 생산 공정. - 제11 항에 있어서,
상기 산발효조는 미생물 전해 전지(MEC) 산발효조이고,
상기 수소생산반응기는 미생물 전해 전지(MEC) 수소생산반응기인 수소 생산 공정. - 제9 항에 있어서,
상기 수소가 생성되는 단계는,
혐기성 소화조로 제공된 바이오매스가 혐기성 소화되는 단계;
상기 혐기성 소화로 생성된 기체가 흡착 장치로 제공되는 단계;
질소 및 황 중 적어도 하나가 포함된 기체가 흡착되는 단계;
흡착을 통과한 기체가 수증기 개질 장치로 제공되는 단계; 및
상기 수증기 개질 장치로 제공된 기체가 수증기 개질되는 단계;를 포함하는 수소 생산 공정. - 복수 개의 경로를 갖는 수소 생산 장치에 있어서,
제1 경로의 수소 생산 장치는,
제공된 바이오매스를 전처리하는 전처리부;
전처리된 바이오 매스를 산발효하는 산발효부; 및
산발효로 생성된 유기산을 전해하는 수소생산반응부;를 포함하고,
제2 경로의 수소 생산 장치는,
상기 제공된 바이오매스를 혐기성 소화하는 혐기성 소화부;
혐기성 소화로 생성된 기체를 흡착처리하는 흡착부;
흡착을 통과한 기체를 수증기 개질하는 수증기 개질부;를 포함하고,
상기 제1 경로 및 상기 제2 경로의 수소 생산 장치는 저장된 바이오매스를 제공하는 바이오매스 저장부;를 더 포함하고,
상기 바이오매스 저장부는 상기 바이오매스의 BOD/COD 또는 VS/TS 값이 0.7 이상인 경우, 제1 경로의 수소 생산 장치로 상기 바이오매스를 제공하고, 상기 바이오매스의 BOD/COD 및 VS/TS 값이 0.7 미만인 경우, 제2 경로의 수소 생산 장치로 상기 바이오매스를 제공하는 수소 생산 장치. - 삭제
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20230067890A (ko) | 2023-05-17 |
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