바이오가스 이용최적화를 위한 수분함량 가이드라인 설정연구 = Study on Guideline of Moisture Content for Optimal Operation of Biogas

국문 초록 (Abstract)

유기성폐자원의 바이오가스화는 혐기소화를 통한 메탄가스(CH₄)를 생산하는 시설로 현 상황에 대응하는 방안으로 15년도 기준 전국 61 개소의 하수처리장에서 하수슬러지 소화시설을 운영 중에 있다. 생산된 바이오가스는 스팀보일러를 가동하거나 발전기를 가동하여 전기를 생산하게 된다. 최초 혐기소화조에서 생산된 바이오가스는 유입된 폐기물에 따라 메탄함량 약 55~70%이며, 황화수소(H₂S) 2,500~5,000ppm, 상대습도 약 90%를 나타난다. 바이오가스를 전처리 없이 바로 사용하게 되면 황화수소가 수분과 결합하여 황산을 생산하게 된다. 황산은 기계적 마찰이 많은 발전기 내부를 마모시키고 부식시키는 원인이 되고, 배관의 부식을 유발한다. 우리나라는 급격하게 바이오가스화 시설이 추진되면서 많은 시행착오로 인한 고장과 효율이 낮은 문제점이 보여 왔다.
전국 11개 바이오가스화 시설의 각 공정 별 가스상의 수분을 측정하였고, 해외기준과 발전기 운전적정 수분값을 구하여 바이오가스 이용을 위한 수분함량 가이드라인 설정을 하고자 한다.
국내 소화조 후단 바이오가스 수분측정 결과 음식물/음폐수의 경우 노점온도 26.8 ℃, 절대습도 25.7 g/m³, 상대습도 82.9%로 측정되었고, 가축분뇨는 노점온도 28.7 ℃, 절대습도 28.0 g/m³, 상대습도 82.7%이고, 하수슬러지의 경우 노점온도 24.8 ℃, 절대습도 22.6 g/m³, 상대습도 77.2%로 측정되었다. 또한 제습설비가 운영되고 유지가 잘된 시설의 경우 절대습도 25.5 g/m³에서 12.0 g/m³으로 약 51.1% 감소되었고, 상대습도도 77.2%에서 34.9%로 감소되는 것을 확인할 수 있었다. 반면 제습설비가 미흡한 시설에서는 역으로 증가하는 추세를 보였다.
따라서 국내 바이오가스화 시설에서는 제습처리가 적정수준으로 처리할 경우 노점온도 약 14 ℃를 만족하며, 절대습도 15.4 g/m³과 평균 가스온도인 31 ℃ 기준 상대습도 48%를 유지할 수 있을 것으로 판단하였다.