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유기성폐기물 유래 암모니아로부터 바이오수소 생산 가능성 평가
김지민 ( Jimin Kim ),김경철 ( Kyeong Choel Kim ),임성원 ( Seongwon Im ),이창규 ( Chang-kyu Lee ),안용태 ( Yongtae Ahn ),김동훈 ( Dong-hoon Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
수소는 연소시 이산화탄소 등의 온실가스를 배출하지 않는 청정 에너지원으로 주목받고 있어 현재 국가정책으로 2040년까지 수소 공급량 연간 5백만톤 달성을 목표로 하고 있다. 현존하는 다양한 수소 제조 방법 중 유기성폐기물로부터 생물학적 암발효와 혐기성소화를 통해 생산된 바이오가스 내 메탄을 수증기 개질법을 통해 수소 생산을 하는 방법을 현재 국가적인 차원으로 이용하려는 계획을 가지고 있다. 유기성폐기물중 많은 비율을 차지하는 가축분뇨와 하수슬러지는 총질소 농도가 약 5~30 kg/ton정도로 매우 높은 값을 가지고 있으며 혐기성 소화와 암모니아 스트리핑을 거치고 나면 연간 약 7백만톤의 암모니아 가스 생산이 가능하며, 암모니아는 미래의 수소저장체로서 각광을 받고 있기에 수소 생산량에 추가적인 기여를 할 수 있을 것이라 판단된다. 따라서 본 연구에서는 유기성폐기물에서 생성되는 암모니아를 이용해 수소를 추출하는 공정을 추가적으로 고려해 기존 공정(암발효와 수증기 개질 공정)과 비교하여 수소 생산에 있어서의 양적ㆍ에너지 효율적 이익을 산정하였다. 유기성폐기물은 음식물쓰레기, 가축분뇨, 슬러지의 연간 발생량과 일반적인 국내 성상을 기준으로 수소 생산량을 계산하였다. 암발효공정과 수증기 개질 공정을 통해 생산할 수 있는 수소는 연간 50만톤으로 계산되며, 유기성폐기물로부터 생성된 암모니아를 이용해 수소를 생산하는 공정에서 수소발생량이 연간 115,000톤으로 기존 공정의 약 23%를 추가로 생산할 수 있다. 또한 전체 에너지 소모효율을 약 13%가량(기존 공정 : 9.0 kWh/kg H<sub>2</sub>, 추가공정포함 : 7.8 kWh/kg H<sub>2</sub>) 낮출 수 있어 유기성폐기물 유래 암모니아를 이용한 수소 생산을 수소생산 공정에 추가하게 된다면 유의미한 수소 발생량 증가와 에너지 효율을 얻을 수 있을 것이라 사료된다.