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자원의 미래를 연구하다

미활용 탄소자원의 고부가가치를 창출하는 차세대 탄소자원화 연구단

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과제현황

총괄8유기성 폐자원 원료 기반 청정액체연료 생산을 위한 원천 요소기술 개발
  • 총괄과제책임자 : 강석태
  • 소속 : 한국과학기술원
  • 연구실 전화 : 042-350-3635
  • 이메일 : stkang@kaist.ac.kr

연구개발목표

  • 유기성 폐자원 유래 바이오가스의 청정 액체연료전환을 위한 요소기술 개발 및 팩키지화
    • 유기성 폐자원 유래 바이오가스의 고품질화 요소기술 개발
    • 유기성 폐자원 유래 바이오가스 저비용/초 청정 전처리 요소기술 개발
    • 바이오가스의 액체연료 전환을 위한 선택적 화학촉매 개발
    • 유기성 폐기물의 청정연료전환 시설 실증 및 상용 시설 설계 팩키지화

연구개발내용

  • 촉매의 황피독 저감을 위한 바이오가스내 H2S 농도 저감 기술
    • 고효율 황 환원균 활용 전처리공정 및 고압선택조를 이용한 바이오가스 내 H2S 농도저감 기술 개발
  • 바이오가스 고압선택조를 이용한 고순도 바이오가스 생산
    • CH4 분압 60~80% 조절을 위한 연속운전기술 확립
    • 장기운전 (150일 이상)을 통한 공정 적용성 및 안전성 검증
  • 미생물간 직접전자전달 기술을 이용한 고속 바이오가스 생산기술
    • 미생물간 직접전자전달을 위한 탄소기반 거대구조체 제조기술 확보
    • 미생물간 전자전달 효율성 및 속도개선을 통한 기존 대비 바이오가스 생산속도 30% 증대 (1.3 L/L·d)
  • 2단 혐기성 소화조를 이용한 고속/고순도 바이오가스 생산 기술 검증
    • 50kg/일 규모 시설 운영을 통한 시설 설계 인자 확보
    • 100톤/일 규모 고속/고순도 바이오가스 시설의 설계팩키지 확보
  • 신규 분리소재를 이용한 파일럿 규모 전처리 기술검증 및 최적화
  • 유기성 폐자원 유래가스 초청정 전처리 파일럿 규모 공정 기술개발
    • 흡수법을 이용한 H2S제거 (H2S : < 1 ppmv)
    • 흡수법과 흡착법을 이용한 H2S 제거 (H2S : < 10 ppbv)
  • 액체연료 선택적 제조용 원천촉매 개발
    • Non-ASF 분포 탄화수소 제조를 위한 이종기능성 원천 촉매 개발
    • 조촉매, 산점분포, 메조기공 구조에 따른 액체연료 수율 향상 연구
    • 탄화수소 선택도 조절 반응메커니즘 규명
  • 마이크로 반응시스템에 적합한 3D구조 모듈형 FT촉매 개발
    • 물질전달, 열전달을 고려한 3D구조 모듈형 FT 촉매 개발
    • 마이크로 반응시스템 충진/제거 용이한 모듈형 촉매 시제품 제작
    • FT반응과 3D구조 촉매 설계를 위한 전산모사 (CFD) 수행
  • 유기성 폐자원 유래 바이오가스 원료 액체연료 제조 미니-파일럿 규모 통합공정 설계 및 구축
    • 반응시스템의 모듈화 및 집적화를 통한 스케일-업 기술 개발
    • 혐기성소화 바이오가스 생산-리포밍 공정과 연계한 청정연료전환 시스템 개발 및 통합공정 구축

활용계획 및 기대효과

  • 유기성 폐자원 기반 바이오가스의 고품질화를 통한 바이오가스 활용 범위 확대
  • 유기성 폐자원의 에너지 전환 및 CO2 발생량 저감을 통한 탄소배출권 확보
  • 국내 지자체 곳곳 중소규모/국지적으로 발생하는 바이오가스에 적합한 탄소자원 재생산 기술로 탄소순환을 통해 온실가스 배출을 줄이고, 동시에 액체연료 생산으로 인한 이익창출을 기대할 수 있음
  • 실용화 가능한 통합 공정 기술의 조기 확보를 통해 국내 관련 엔지니어링/석유화학/재료 등과 관련된 산업의 대외 경쟁력 강화

세부 및 위탁과제

  • 세부1유기성 폐자원 유래 바이오가스의 고품질화 요소기술 개발 (강석태, 한국과학기술원)
  • 세부2유기성 폐자원 유래가스 초청정 전처리 요소기술 개발 (백일현, 한국에너지기술연구원)
  • 세부3유기성 폐자원 유래 바이오가스로부터 액체연료 (C5-C20) 선택적 제조 3D구조 모듈형 촉매 및 공정 개발 (곽근재, 한국화학연구원)

대표그림

<그림> 연구내용 및 추진체계