[표지]
제출문
보고서 요약서
국문 요약문
SUMMARY
Contents
목차
제1장 연구개발과제의 개요 29
제1절 서론 29
제2절 연구개발 목적 30
제3절 연구개발의 필요성 31
1. 연구개발의 필요성 31
제4절 연구개발 범위 42
제2장 국내외 기술개발 현황 45
제1절 국내 연구개발 현황 45
1. 청정에너지 농업기술 현황 45
2. 청정에너지 농업 모델 51
3. 바이오가스 정재기술 52
제2절 국외 연구개발 현황 54
1. 바이오가스화 기술 54
2. 바이오가스 정제기술 현황 58
제3장 연구수행 방법 61
제1절 연구방법 61
1. 추진 전략 61
2. 추진 체계 63
3. 추진 방법 64
제2절 보고서 구성 및 체계 67
제4장 바이오가스 분리 및 냉난방에너지 전환기술 개발 69
제1절 연구개발기술의 개념 69
제2절 바이오가스 분리 정제 장치 설계 및 운전인자 도출 70
1. Lab 규모 바이오가스 막분리 장치 설계 및 제작 70
2. 최적 멤브레인 분리 조건 도출(멤브레인 모듈 선정) 73
3. 멤브레인 메탄/이산화탄소 분리 조건(온도 및 압력조건) 85
4. 바이오가스 분리공정 성능평가 91
제3절 실증 바이오가스 분리·정제 장치 설계 98
1. 바이오가스 멤브레인 분리공정 기본설계 98
2. 바이오가스 멤브레인 분리공정 설계 보완 103
3. 바이오가스 멤브레인 분리공정 실시설계 107
제4절 최적 냉난방 에너지 전환공정 선정 및 설계 119
1. 에너지 효율 고려한 시스템 선정 119
2. 시설채소 하우스의 냉난방에너지 요구량 평가 119
3. 난방부하산출 121
4. 에너지 전환 공정 121
5. 에너지 전환 공정 실시설계 123
제5절 바이오가스 정제 및 에너지 전환 공정 실증 129
1. 바이오가스 멤브레인 분리설비 실증 129
2. 바이오가스 에너지 전환공정 실증 135
제5장 혐기소화액 이용 관비용 액비 생산기술 145
제1절 기술개발의 개념 145
제2절 고압필터프레스 최적운전 조건 도출 146
1. 혐기소화액 특성평가 146
제3절 전자동 실증(1㎥/일급) 고압필터프레스 설계 및 제작 162
1. 고압필터프레스 설계 162
2. 고압필터프레스 제작 170
제4절 전자동 실증 고압필터프레스 시운전 및 상용운전 173
1. 실증 고압 필터프레스 설비 보완 및 시운전 173
제5절 관비용 부숙액비 생산 특성 및 미세기포장치 적용성 평가 177
1. 혐기소화 유출액(고액분리 후)의 특성 평가 177
2. 호기성 액비화 시스템 적용성 평가 179
제6절 실증 관비용 액비생산시스템 설계인자 및 운전조건 도출 187
1. 실증 고품질 관비용 액비 실증 생산 설비 구축 187
제7절 실증 관비용 액비생산시스템 구축 및 운전 203
1. 실증 고품질 관비용 액비 생산시스템 설계 및 구축 203
2. 실증(1㎥/일급) 관비용 액비생산 시스템 운전 208
제8절 실증 관비용 고품질 액비 생산 공정 경제성 평가 211
1. 실증 관비용 액비 생산 통합 연계공정 구축 211
2. 실증 관비용 액비 생산 공정 경제성 214
제6장 청정에너지 농업시스템 연계 작물재배 기술 개발 217
제1절 청정에너지 농업시스템 연계 작물재배 기술 개발 217
1. 기술개발의 개념 217
2. 연구수행방법 218
2. 연구결과 224
제7장 청정에너지 농업시스템 설계 및 실증 273
제1절 사업개요 및 지역현황 273
1. 사업 개요 273
2. 지역 현황 277
제2절 청정에너지 농업시스템 기본설계 288
1. 바이오가스 생산시설 유입용량 설계 288
2. 청정에너지 농업시스템 에너지 이용 계획 306
3. 청정에너지 농업시스템 공정 계통 및 설계 기준 318
제3절 청정에너지 농업시스템 실시설계 323
1. 토목건축분야 도면 323
2. 기계분야 336
3. 제어분야 369
제4절 청정에너지 농업시스템 실증 376
1. 청정에너지 농업시스템 설치 376
2. 청정에너지 농업시스템 바이오가스 생산시설 설치기준 검토 384
3. 청정에너지 농업시스템 운전실적 389
6. 바이오가스 생산시설 경제성 분석 399
6. 농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업 등록 405
제8장 청정에너지 농업시스템 경영성 및 환경성 평가 450
제1절 주요 시설채소 농가 경영사례 450
1. 국내 주요 시설채소농가의 경영실태 조사 450
2. 국내 주요 시설채소농가의 경영성과 분석 457
3. 국내 주요 시설채소농가의 환경성 분석 473
4. 국내 주요 시설채소농가의 경영성 및 환경성 분석의 시사점 488
제2절 주요 청정에너지원별 농가 경영사례 조사 490
1. 주요 청정에너지원별 농가 경영실태 조사 490
2. 주요 신재생에너지원별 경제성 분석 496
3. 주요 신재생에너지원별 환경성 분석 502
4. 청정에너지원별 경영성 및 환경성 분석의 시사점 513
제3절 청정에너지 농업시스템 실증시설 경영성과 및 환경성 평가 515
1. 실증 시설채소 온실의 경영성과 분석 515
2. LCA(Life Cycle Assessment) 수행 및 환경성 평가 531
제9장 결론 543
제10장 연구 개발 성과 546
제1절 과학적 성과 546
1. 논문개제 546
2. 국내·외 학술발표 547
제2절 기술적 성과 549
1. 지적제산권 549
제3절 경제적 성과 551
1. 시작품제작 551
2. 기술이전 551
3. 사업화현황 554
제4절 사회적 성과 557
1. 정책활용 557
2. 홍보실적 558
3. 포상 및 수상 558
제11장 목표달성도 및 관련분야 기여도 559
제1절 목표달성도 559
제2절 관련분야 기여도 564
전체적 효과 564
기술적 효과 564
경제적 효과 564
제12장 연구결과의 활용계획 565
청정에너지 농업시스템은 농업 농촌 개발 및 활력화 모델 566
Blue ocean 전략을 통한 산업화 및 신성장동력 창출 566
국내 독자기술력 확보 및 수입대체 566
제13장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 568
제14장 연구개발결과의 보안등급 569
제15장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 570
제16장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 571
제17장 연구개발과제의 대표적 연구실적 572
제18장 기타사항 573
참고문헌 575
표 I-1. 연구개발 과제의 목표 31
표 I-2. 유가상승 시나리오별 주요 시설채소 작물의 광열동력비 비중 32
표 I-3. 유가상승이 농가 경영비 증가 및 소득 감소에 미치는 영향 32
표 I-4. 청정에너지 보급 관련 부처별 주요 사업 및 대책 36
표 I-5. 농가형 에너지를 자립하는 에너지자립형 마을 사업추진 현황 37
표 I-6. 바이오매스 관련 주요 R&D 내용 39
표 I-7. 청정에너지 농업 관련 주요 보급기술 40
표 I-8. 청정에너지 농업 시스템 도입 시 고려사항 41
표 I-9. 연구개발의 범위 44
표 II-1. 목재연료별 특징 46
표 II-2. 용도별 목재펠릿 보일러 보급현황 47
표 II-3. 가축분뇨 단독 및 병합 바이오가스 시설 설치 현황 49
표 II-4. 국내 농산 바이오매스 이용 바이오가스 플랜트 운전 특성 50
표 II-5. 바이오가스 정제장치 및 에너지 전환시설 현황 53
표 II-6. 국외 바이오가스 시설 현황(2010년) 54
표 II-7. 유럽의 연구개발 동향 55
표 II-8. 일본의 연구개발 동향 56
표 II-9. 미국의 연구개발 동향 57
표 II-10. 스웨덴의 바이오가스 정제시설 현황(2006) 58
표 II-11. 바이오가스 고질화 및 정제 기술 사례 60
표 III-1. 참여기관별 역할 62
표 IV-1. 멤브레인 분리실험 장치의 구성 및 사양 71
표 IV-2. 실험에 사용한 멤브레인 모듈 스펙 73
표 IV-3. 인장강도 테스트 결과 78
표 IV-4. 순수가스 투과도 실험 결과 81
표 IV-5. 실증 바이오가스 분리정제 장치 기본설계의 주안점 98
표 IV-6. 바이오가스 멤브레인 분리공정 설계인자 99
표 IV-7. 실증 바이오가스 정제장치 장비리스트 101
표 IV-8. 1단 분리실험 결과 103
표 IV-9. 고선택도 PSF막 적용 1단 분리실험 결과 104
표 IV-10. 처리용량 축소에 따른 공정설계 변경안 105
표 IV-11. 최종 설계인자 106
표 IV-12. 실시설계 인자 적용 공정모사 실험 input 인자 107
표 IV-13. 실시설계 인자 적용 공정모사 실험 분리가스의 선택도 input 인자 108
표 IV-14. 실시설계 인자 적용 공정모사 실험 유입가스 조건 인자 108
표 IV-15. 실시설계 인자 적용 공정모사 실험 바이오가스 압축기 조건 108
표 IV-16. 실시설계 인자 적용 공정모사 실험에서 유체흐름 결과 109
표 IV-17. 실시설계 인자 적용 공정모사 실험에서 멤브레인 운전 지표 109
표 IV-18. 주요 장비리스트 110
표 IV-19. 기타 장비 리스트 110
표 IV-20. 최대난방 부하 산출 인자 121
표 IV-21. 바이오가스 분리 정제장치의 주요기기 규격 129
표 IV-22. 멤브레인 분리장치 상세스펙 130
표 IV-23. 바이오가스 1단 압축기 사양 132
표 IV-24. 바이오가스 2단 압축기 사양 133
표 IV-25. 에너지 전환공정 규격 135
표 IV-26. 흡수식 냉온수기 사양 136
표 IV-27. 흡수식 냉온수기 표준사양서 138
표 IV-28. FCU 규격 139
표 IV-29. FCU 표준사양서 141
표 IV-30. 냉각탑 표준사양서 I 143
표 IV-31. 냉각탑 표준사양서 II 144
표 V-1. 바이오가스플랜트 혐기소화액의 성상분석결과 147
표 V-2. 응집 및 Jar-test 실험조건 150
표 V-3. 고압필터프레스 운전사양 155
표 V-4. 고압필터프레스 설계조건 162
표 V-5. 고압필터프레스 제작에 필요한 장치 163
표 V-6. 고압필터프레스 설계 및 공정 167
표 V-7. 고압필터프레스 공정 구성에 필요한 장치 170
표 V-8. 탈리여액 성상분석 결과 176
표 V-9. 바이오가스플랜트 혐기소화액(고액분리 후)의 성상분석 결과 177
표 V-10. 호기성 액비화 반응조 운전조건 180
표 V-11. 반응성 평가를 위한 분석 항목 및 측정 방법 180
표 V-12. 질소성분의 변화 181
표 V-13. 미세기포장치 혐기소화액 성분 분석 186
표 V-14. 실험에 사용한 혐기소화액의 특성분석 188
표 V-15. 부숙실험에 사용한 고액분리 후 시료의 특성평가 189
표 V-16. 실험실규모 액비반응장치 장치의 운전조건 190
표 V-17. 축산과학원에서 제시한 액비 부숙도 평가지표 194
표 V-18. 무우발아법 부숙도 평가결과 197
표 V-19. 호기성 액비화에 구축한 포기장치의 사양 205
표 V-20. 생산 관비용 액비 공정규격 검토 208
표 V-21. 가축분뇨발효액, 가축분 퇴비, 친환경유기농자재 규격 비교 210
표 V-22. 고압필터프레스 공정 최대수요 전력 산출 214
표 V-23. 액비생산시스템 공정 최대수요 전력 산출 215
표 V-24. 실증 고압필터프레스 운전조건 및 동력비 216
표 V-25. 액비생산 시스템 운전 및 동력비 216
표 VI-1. CO₂ 수준별 시설채소재배 시험 218
표 VI-2. 엽록소 형광(Chlorophyll fluorescence)반응 측정 개요 219
표 VI-3. 엽록소 형광 매개변수 정의 및 내용... 220
표 VI-4. 대상 지역 선정 및 기상자료 분석(45 지역) 221
표 VI-5. 오이 부위별 엽온 및 엽색도 비교 226
표 VI-6. 탄산가스 시용이 오이의 수량에 미치는 효과 229
표 VI-7. 파프리카 열적외선 카메라 온도 측정 236
표 VI-8. 시설재배 조건에서의 시기별 노지조건 대비 증감비율 237
표 VI-9. 전국 54지역 시설 PET 238
표 VI-10. 시설재배 오이 관비 기준(반촉성) 247
표 VI-11. 전국 시도별 시설작물 재배면적 259
표 VI-12. 시설재배 방울토마토 관비 기준 260
표 VI-13. 시설재배 파프리카 물관리 기준 262
표 VI-14. 탄산가스 발생원의 특징 263
표 VI-15. 종합적 병해충 관리를 위한 나방류 방제 약제 종류별 특성 272
표 VII-1. 사업의 개요 274
표 VII-2. 이천시 및 사업대상지역의 일반현황 277
표 VII-3. 이천시 연도별 인구변화 추이 277
표 VII-4. 이천시 읍면별 인구 현황(2012년 기준) 278
표 VII-5. 이천시 연도별 기상현황 279
표 VII-6. 이천시 강수량 현황 280
표 VII-7. 이천시 상대습도 현황 280
표 VII-8. 이천시 일조시간 280
표 VII-9. 이천시 지목별 토지이용 현황 281
표 VII-10. 이천시 농업 현황 282
표 VII-11. 이천시 농업진흥지역 현황 282
표 VII-12. 이천시 친환경농업 현황 282
표 VII-13. 이천시 작물재배 현황 283
표 VII-14. 이천시 가축사육 현황 283
표 VII-15. 이천시 가축분뇨 발생 현황 284
표 VII-16. 안성시 가축분뇨 처리방법별 처리시설 현황 284
표 VII-17. 이천시 주요 가축분뇨 처리시설 현황 285
표 VII-18. 이천시 화학비료 공급량 286
표 VII-19. 이천시 가축분뇨 비료성분 발생량 추산(2012년 기준) 286
표 VII-20. 이천시 설성면 가축분뇨 비료성분 발생량 추산(2012년 기준) 287
표 VII-21. 오이 촉성 및 반촉성 재배시 유류사용량 기준 288
표 VII-22. 실증지역 기온 일평균 기온 분포 289
표 VII-23. 시설 채소 하우스 일별 에너지 수요 산출 방법 290
표 VII-24. 이천지역 오이 재배 실증농가 월별 난방 에너지 수요 분석 결과 291
표 VII-25. 시설채소(오이) 농가 일 가온에너지 요구량 291
표 VII-26. 양돈슬러리 수거대상농가 현황 292
표 VII-27. 김치가공장 부산물 발생 현황 293
표 VII-28. 시설오이 작물재배 부산물 발생 현황 293
표 VII-29. 음식물 재활용 시설 음폐수 발생 현황 294
표 VII-30. 양돈슬러리, 김치가공장 부산물의 화학적 특성 294
표 VII-31. 양돈슬러리, 김치가공장 부산물의 중금속 함량 특성 295
표 VII-32. 음식물류 폐기물의 화학적 특성 296
표 VII-33. 이론적 메탄생산 퍼텐셜 296
표 VII-34. 유입원료의 메탄생산 퍼텐셜 297
표 VII-35. 유입 설계 인자 298
표 VII-36. 청정에너지 농업시스템 바이오가스 생산량 설계 수치 298
표 VII-37. 청정에너지 농업시스템 에너지 생산량 설계 299
표 VII-38. 혐기소화조 에너지수지 산출 기준 299
표 VII-39. 혐기소화조의 규격기준 300
표 VII-40. 혐기소화조 가온에너지 산출식 300
표 VII-41. 원료의 가온 및 소화조 보온에 필요한 에너지 301
표 VII-42. 양돈슬러리 가온 에너지 요구량 301
표 VII-43. 농산부산물 가온 에너지 요구량 302
표 VII-44. 음식물쓰레기 가온 에너지 요구량 302
표 VII-45. 동절기 소화조 온도 유지에 필요한 에너지 303
표 VII-46. 하절기 소화조 온도 유지에 필요한 에너지 304
표 VII-47. 혐기소화조의 에너지 수지 305
표 VII-48. 정규분포화를 통한 표준화 에너지 수지표(실증면적 0.5ha) 307
표 VII-49. 정규화를 통한 일별 실증 시설하우스 에너지 수지 분석표 309
표 VII-50. 청정에너지 농업시스템 공정분야별 목표 설계 기준 320
표 VII-51. 청정에너지 시스템 설계 고려사항 321
표 VII-52. 청정에너지 시스템 주요 건축구조 규격 기준 322
표 VII-53. 토목건축 분야 도면 목록 323
표 VII-54. 기계장치 목록 336
표 VII-55. 청정에너지 농업시스템 추진 일정 376
표 VII-56. 토목 건축 설치 내역 377
표 VII-57. 기계 장비 설치 내역 378
표 VII-58. 가축분뇨처리시설 설치운영기준 검토 384
표 VII-59. 가축분뇨 재활용시설의 설치운영기준 검토 387
표 VII-60. 실증 바이오가스 생산시설 혐기소화조 시운전 일정 389
표 VII-61. 실증 바이오가스 생산시설 혐기소화조 시운전단계별 운전조건 390
표 VII-62. 실증 바이오가스 생산시설 혐기소화조 시운전단계별 운전지표 392
표 VII-63. 실증 바이오가스 생산시설 혐기소화조 시운전 효율 395
표 VII-64. 실증 바이오가스 생산시설 혐기소화조 유기물 (VS) 분해율 396
표 VII-65. 시설 설치비 내역 399
표 VII-66. 시설 전력사용 내역 400
표 VII-67. 잉여 바이오가스를 활용한 발전 전력량 402
표 VII-68. 바이오가스 생산시설 경제성 평가 404
표 VIII-1. 시설채소 작목별 농가 기본 정보 450
표 VIII-2. 시설오이농가 일반경영 현황 451
표 VIII-3. 시설토마토농가 일반경영현황 453
표 VIII-4. 토마토 재배농가 경영실태 사례 453
표 VIII-5. 시설파프리카농가 일반경영현황 455
표 VIII-6. 주요 시설채소 하우스 연간 에너지 사용 실태 456
표 VIII-7. 경영성과분석 비목별 주요 내용 457
표 VIII-8. 시설오이 조수입 및 비용 산출 내역 459
표 VIII-9. 시설오이 농가의 수익성 지표 460
표 VIII-10. 시설오이농가의 생산성 지표 461
표 VIII-11. 시설오이농가의 집약도 지표 462
표 VIII-12. 시설오이 kg당 생산원가 및 순수익 462
표 VIII-13. 시설토마토 조수입 및 비용 산출 내역 464
표 VIII-14. 시설토마토농가의 수익성 지표 465
표 VIII-15. 시설토마토 농가의 생산성 지표 466
표 VIII-16. 시설토마토농가 집약도 지표 467
표 VIII-17. 시설토마토 kg당 생산원가 및 순수익 468
표 VIII-18. 시설파프리카(착색단고추) 조수입 및 비용 산출 내역 469
표 VIII-19. 시설파프리카농가의 수익성 지표 470
표 VIII-20. 시설파프리카(착색단고추) 농가의 생산성 지표 471
표 VIII-21. 시설파프리카(착색단고추)농가의 집약도 지표 471
표 VIII-22. 시설파프리카(착색단고추) kg당 생산원가 및 순수익 472
표 VIII-23. 변환 계수와 에너지의 탄소 배출 계수 474
표 VIII-24. 질소 비료의 활성 성분과 건조 중량의 비율 477
표 VIII-25. 작물별 1kg 생산에 필요한 투입요소 479
표 VIII-26. 시설 오이 작물의 LCI D/B 481
표 VIII-27. 시설 토마토 작물의 LCI D/B 482
표 VIII-28. 시설 파프리카 작물의 LCI D/B 483
표 VIII-29. 작물별 온실가스 배출비율과 온실가스의 배출비중 484
표 VIII-31. 중량별, 단위면적별, 소득단위별 온실가스 배출량 487
표 VIII-32. 신재생에너지원별 농가 기본 정보 490
표 VIII-33. 수직개방형 지역히트펌프 운영 농가 연료전환 전 후 비교 492
표 VIII-34. 화훼 농가 연료전환 전 후 비교 493
표 VIII-35. 동양란 농가 연료전환 전 후 비교 494
표 VIII-36. 연료전환 전 후 연료소모량 비교 496
표 VIII-37. 수직 개방형 지열 히트펌프 시스템 경제성 검토 497
표 VIII-38. 연료전환 전 후 연료소모량 비교 498
표 VIII-39. 목재펠릿 보일러 경제성 검토 499
표 VIII-40. 연료전환 전 후 연료소모량 비교(10a 기준) 500
표 VIII-41. 지중저수열 히트펌프 경제성 검토 501
표 VIII-42. 환경성 평가 대상 농가 현황 502
표 VIII-43. LCA 데이터 품질 요건 및 데이터 출처 505
표 VIII-44. 연료별 가격 및 발열량 기준 506
표 VIII-45. 에너지의 변환 계수 및 탄소 배출 계수 507
표 VIII-46. 베이스라인 화석연료 사용설비 효율 기준 509
표 VIII-47. 베이스라인(경유) 온실가스 배출량 510
표 VIII-48. 청정에너지를 사용하는 시설원예별 냉난방시스템 용량 510
표 VIII-49. 청정에너지를 사용하는 시설원예별 냉난방시스템 INPUT데이터 511
표 VIII-50. 프로젝트(청정에너지) 온실가스 배출량 511
표 VIII-51. 청정에너지 유형별 온실가스 감축량 512
표 VIII-52. 청정에너지 농업시스템의 데이터 516
표 VIII-53. 청정에너지 농업 실증단지 비용편익 분석 시 적용 기준 520
표 VIII-54. 실증단지 생산시설의 시설현황 521
표 VIII-55. 실증단지내의 원료물질 에너지화 521
표 VIII-56. 청정에너지농업시스템을 통한 발전전력량 및 판매수익 522
표 VIII-57. 화석연료 대체에 따른 편익분석 523
표 VIII-58. 화학비료 대체에 따른 편익분석 523
표 VIII-59. 이산화탄소 시용에 따른 조수입 증가효과 524
표 VIII-60. 실증단지의 비용ट편익 분석 결과 526
표 VIII-61. 청정에너지 도입후 실증단지의 경영성과 분석(베이스라인과의 비교) 530
표 VIII-62. 실증단지의 설계기준 535
표 VIII-63. 최대난방부하량 계산요소 536
표 VIII-64. CEAS의 투입물과 산출물 데이터 538
표 IX-1. 청정에너지농업 최종 정량목표 및 요소기술별 정량목표 달성도 544
표 XI-1. 목표 달성도 및 세부내용 559
표 XVII-1. 안성시 실증연구시설 인허가 추진 및 민원발생 경과 574
그림 I-1. 국가 에너지소비량과 농업부문 청정에너지 공급잠재량 33
그림 I-2. 청정에너지 농업의 개념 34
그림 I-3. 청정에너지 농업 시스템의 도입효과 34
그림 I-4. 국가 신재생에너지 기본계획 35
그림 I-5. 농축산 바이오매스를 이용하는 청정에너지 농촌 모델 38
그림 I-6. 청정에너지 농업시스템의 개요도 42
그림 I-7. 청정에너지 농업시스템의 요소 기술 43
그림 II-1. 지열히트펌프의 종류 45
그림 II-2. 농산부산물 중심 청정에너지 농업 시스템 구축 방향 51
그림 II-3. 축산부산물 중심 청정에너지 농업 시스템 구축 방향 52
그림 II-4. 임산부산물 중심 청정에너지 농업 시스템 구축 방향 52
그림 II-5. 장수군 바이오가스 열병합 발전시설과 정제장치 설치모습 53
그림 II-6. 55㎥/hr 규모 혐기소화 바이오가스 정제 기술... 59
그림 III-1. 연구 참여 체계 61
그림 III-2. 연구개발 추진 체계 63
그림 III-3. 연구개발 추진 방법 64
그림 III-4. 주민설명회 및 각종 인허가 추진 65
그림 III-5. 농업농촌 자발적 온실가스 감축사업 등록 신청서 66
그림 III-6. 최종보고서 구성 67
그림 III-7. 최종보고서 체계 68
그림 IV-1. 바이오가스 분리정제 공정의 개념도 69
그림 IV-2. 중공사막 방사과정 70
그림 IV-3. 제작된 중공사막 71
그림 IV-4. Lab 규모 멤브레인 바이오가스 분리·정제 장치 모습 72
그림 IV-5. Lab 규모 멤브레인 바이오가스 분리·정제 장치의 주변 장치 72
그림 IV-6. 실험에 사용한 멤브레인 모듈 치수 74
그림 IV-7. R-I092(PEI) 중공사 내부 및 표면 모폴로지 75
그림 IV-8. R-S136(PSF) 중공사 내부 및 표면 모폴로지 75
그림 IV-9. S-S134(PSF) 중공사 내부 및 표면 모폴로지 76
그림 IV-10. P-S168(PSF) 중공사 내부 및 표면 모폴로지 76
그림 IV-11. I-C038(PC) 중공사 내부 모폴로지 77
그림 IV-12. 인장강도 테스트 77
그림 IV-13. 인장강도 테스트 결과 78
그림 IV-14. DSC 분석결과 종합 79
그림 IV-15. TGA 분석결과 종합 80
그림 IV-16. 순수가스 투과도 실험 모식도 81
그림 IV-17. 혼합가스 1단 분리 실험 모식도 82
그림 IV-18. Permeate의 이산화탄소 농도 83
그림 IV-19. Retentate의 메탄농도 83
그림 IV-20. 이산화탄소 회수율 84
그림 IV-21. 메탄 회수율 84
그림 IV-22. Permeate의 이산화탄소 농도 85
그림 IV-23. Retentate의 메탄농도 86
그림 IV-24. 이산화탄소 회수율 86
그림 IV-25. 메탄 회수율 87
그림 IV-26. Permeate에서의 이산화탄소 농도 88
그림 IV-27. Retentate에서의 메탄농도 88
그림 IV-28. 이산화탄소 회수율 89
그림 IV-29. 메탄 회수율 89
그림 IV-30. 압력조건 혼합가스 분리실험 이산화탄소 농도 예측 90
그림 IV-31. 압력조건 혼합가스 분리실험 메탄회수율 예측 90
그림 IV-32. 혼합가스 2단 분리실험 모식도 91
그림 IV-33. 혼합가스 3단 분리실험 모식도 91
그림 IV-36. 일죽 바이오가스플랜트 전경 94
그림 IV-37. 현장실험 사진 94
그림 IV-38. Permeate의 이산화탄소 농도(일죽 BGP) 95
그림 IV-39. Retentate의 메탄 농도(일죽 BGP) 96
그림 IV-40. 이산화탄소 회수율(일죽 BGP) 96
그림 IV-41. 메탄 회수율(일죽 BGP) 97
그림 IV-42. 바이오가스 멤브레인 분리공정 최종 물질수지 100
그림 IV-43. P&ID 102
그림 IV-44. 바이오가스 분리정제 장치 물질수지 106
그림 IV-45. 공정모사 실험의 공정 흐름도 107
그림 IV-46. 멤브레인 모듈 설계 도면 111
그림 IV-47. 바이오가스 승압용 압축기 1단 설계도면 112
그림 IV-48. 바이오가스 승압용 압축기 2단 설계도면 113
그림 IV-49. 바이오가스 분리·정제 공정 설비도면1 114
그림 IV-50. 바이오가스 분리·정제 공정 설비도면2 115
그림 IV-51. 바이오가스 분리·정제 공정 설비도면3 116
그림 IV-52. 바이오가스 분리·정제 공정 설비목록 117
그림 IV-53. 바이오가스 분리·정제 공정 설비도면4 118
그림 IV-54. 현재 설치되어 있는 시설하우스 냉난방기 120
그림 IV-55. 시설하우스 규격 및 면적 계산 120
그림 IV-56. 열흡수식 냉난방시스템 주요 설비 122
그림 IV-57. 냉난방 장치 계통도 123
그림 IV-58. 바이오가스 전용 흡수식 냉온수기 및 냉난방 장치 P&ID 124
그림 IV-59. 바이오가스 전용 흡수식 냉온수기 125
그림 IV-60. FCU 설계도면 126
그림 IV-61. 냉각탑 설계 도면 127
그림 IV-62. 펌프 장치 도면 128
그림 IV-63. 바이오가스 멤브레인 분리공정 129
그림 IV-64. 멤브레인 분리장치 제작 모습 131
그림 IV-65. 바이오가스 1단 압축기 모습 132
그림 IV-66. 바이오가스 2단 압축기 모습 133
그림 IV-67. 기계운전 Logic Diagram 134
그림 IV-68. 에너지 전환공정 135
그림 IV-69. 흡수식 냉온수기 137
그림 IV-70. FCU 설치 모습 140
그림 IV-71. 냉각탑 설치 모습 142
그림 V-1. 연구개발의 개념도 146
그림 V-2. 바이오가스플랜트 혐기소화액의 성상분석결과 147
그림 V-3. 여과포의 pre-coating 현상(응집제 사용 안함) 148
그림 V-4. 응집제 사용 여부에 따른 탈수여액 발생량 148
그림 V-5. 실험에 사용된 응집제 149
그림 V-6. Jar-test를 이용한 응집반응 실험 150
그림 V-7. 탈수성 테스트장치 모식도 151
그림 V-8. 고분자응집제 종류별 탈수성 평가 152
그림 V-9. 7192PLUS 주입농도별 탈수성평가 153
그림 V-10. 1T60 주입농도별 응집 사진 153
그림 V-11. 1T60 주입농도별 탈수성평가 153
그림 V-12. 고압필터프레스 여과 공정 154
그림 V-13. 실험실규모 고압 필터프레스 155
그림 V-14. 고압필터프레스 운전 결과 156
그림 V-15. 여과포 사이즈별(1㎛) 탈수평가 157
그림 V-16. 여과포 사이즈별(5㎛) 탈수평가 157
그림 V-17. 여과포 사이즈별(10㎛) 탈수평가 158
그림 V-18. 여과포 사이즈별 처리량 & 처리시간 158
그림 V-19. 여과포 사이즈별 함수율 & SS농도 159
그림 V-20. 시간에 따른 탈수케이크의 함수율 변화 곡선 160
그림 V-21. 고압필터프레스 운전 후 고형물의 모습 160
그림 V-22. 고압필터프레스 운전에 따른 물질수지 161
그림 V-23. 고압필터프레스 설계도면 168
그림 V-24. 응집제 주입장치 & 저장조 168
그림 V-25. 고압필터프레스 배관공정계장도 169
그림 V-26. 고압필터프레스 배치도면 169
그림 V-27. 여과포 이동식 고압필터프레스 171
그림 V-28. 폴리머 저장조 및 용수저장탱크 171
그림 V-29. 고압필터프레스 공정구성의 통합 P&ID 172
그림 V-30. 고압필터프레스의 컨트롤 판넬 173
그림 V-31. 세정수 투입장치의 안전장치 보완 174
그림 V-32. 각 반응조내 용량체크용 확인표시 174
그림 V-33. 고압필터프레스 설계변경 설치 모습 175
그림 V-34. 악취 확산 방지 후드룸 설치 모습 175
그림 V-35. 응집단계 및 고압필터프레스 적용 176
그림 V-36. 총고형물과 유기물 농도의 상관관계 178
그림 V-37. 총질소와 암모니아성 질소의 분포 178
그림 V-38. 실험실 규모 호기성 액비화 시스템 179
그림 V-39. 호기성 반응조 내의 pH 변화 181
그림 V-40. CODcr 의 변화 182
그림 V-41. 총 대장균 측정 방법[막여과법] 183
그림 V-42. 대장균 추정시험 결과 183
그림 V-43. 미세기포발생장치 184
그림 V-44. 혐기소화액 온도 변화 185
그림 V-45. 미세포기장치 스컴발생 문제 185
그림 V-46. 암모니아성 질소와 총질소 상관관계 186
그림 V-47. 실험에 사용한 액비반응장치 187
그림 V-48. 고액분리 전 후 혐기소화액의 입경분포 변화 189
그림 V-49. 실험실규모 액비 반응장치 운전 190
그림 V-50. 부숙화에 따른 유기물(TCODcr)제거 변화 191
그림 V-51. 부숙화에 따른 총질소(T-N)제거 변화 191
그림 V-52. 부숙화에 따른 암모니아(NH₃-N)제거 변화 192
그림 V-53. 부숙화에 따른 총인(T-P)제거 변화 193
그림 V-54. 포기량에 따른 스컴(Scum) 발생량 변화 193
그림 V-55. 부숙화에 따른 산화환원전위 변화 194
그림 V-56. 물 vs 부숙액비를 이용한 무우의... 198
그림 V-57. 가스검지관을 이용한 NH₃, H₂S 측정 199
그림 V-58. 가스텍을 이용한 NH₃의 측정결과 199
그림 V-59. 수소이온농도(pH)에 따른 부숙도 평가 200
그림 V-60. 전기전도도(EC)에 따른 부숙도 평가 201
그림 V-61. 색도에 따른 부숙도 평가 202
그림 V-62. 수심곡선과 송기량, 산소용해량의 상관관계 204
그림 V-63. 호기성 액비화에 구축한 포기장치 205
그림 V-64. 호기성 액비화반응조내 포기장치 구축형태 206
그림 V-65. 1㎥/일급 실증 액비 생산시스템 구축(안) 206
그림 V-66. 1㎥/일급 실증 액비화조 구축 사진 207
그림 V-67. 관비용 액비생산 통합 공정 211
그림 V-68. 실증 액비 생산 통합 연계공정 및 현장 구축 212
그림 V-69. 1㎥/일급 실증 액비 생산 통합 공정 Flow Chart 213
그림 VI-1. 최대증발산량(MET)과 유효수분함량(AWS)을 이용한 함수식 222
그림 VI-2. 최대증발산량(MET)과 임계점(P)을 이용한 함수식 222
그림 VI-3. 오이 부위별 엽록소 형광 반응(T:상위엽, M:중위엽, L:하위엽) 및 광이용 효율 224
그림 VI-4. 오이 부위별 초기광화학반응(Vᴏᴊ, Vᴏᴋ)[이미지참조] 225
그림 VI-5. 오이 부위별 초기광화학반응 및 물이용 효율 226
그림 VI-6. 스트레스 처리별 오이 생육 비교 227
그림 VI-7. 오이 스트레스 처리별 광이용 효율 분석 228
그림 VI-8. CO₂ 시용에 따른 방울토마토 광합성효율 측정(Handy FluorCam,... 230
그림 VI-9. CO₂ 시용에 따른 파프리카 광합성효율 측정(Handy FluorCam,... 231
그림 VI-10. CO₂ 시용에 따른 광합성효율 분석(Handy FluorCam,... 232
그림 VI-11. CO₂ 시비 후 파프리카 부위별 암처리 작업 232
그림 VI-12. CO₂ 시비 후 엽록소 형광(OJIP) 강도 변화 233
그림 VI-13. CO₂ 시비 후 광이용효율 변화 234
그림 VI-14. CO₂ 시비 후 파프리카 부위별 광합성 효율 변화 235
그림 VI-15. CO₂ 시비 후 파프리카 일중 광합성 효율 변화 235
그림 VI-16. 파프리카 열적외선 카메라 이미지 236
그림 VI-17. 작물별 시군 주산지 선정 259
그림 VI-18. SO₃ 발생에 따른 방울토마토 광합성효율 측정(Handy FluorCam) 264
그림 VI-19. SO₂ 처리 후 방울토마토 광합성 효율 변화(OJIP) 264
그림 VI-20. 오이 생육기간 중 해충 발생양상 265
그림 VI-21. 오이 재배양식에 따른 해충 관찰 요령 265
그림 VI-22. 가루이 종류별 모양 비교 266
그림 VI-23. 담배가루이 온도별 발육 및 생활사 266
그림 VI-24. 점박이 응애 발생에 따른 작물 피해 267
그림 VI-25. 주요 진딧물의 체색변이 268
그림 VI-26. 총채벌레 생활사 269
그림 VI-27. 총채벌레에 의한 피해 270
그림 VI-28. 작물에 발생하는 나방 종류별 특징 271
그림 VII-1. 실증시설 설치 부지 및 사업 조감도 275
그림 VII-2. 부지확보 관련 증빙(협약서 등) 276
그림 VII-3. 시설채소(오이) 난방용 에너지 수요 곡선 290
그림 VII-4. 원료별 누적메탄생산곡선(BMP assay) 297
그림 VII-5. 동절기와 하절기 시설채소하우스 에너지 수지 306
그림 VII-6. 촉성재배 기간 중 시설채소 하우스 에너지 수지(실증면적 0.5ha) 306
그림 VII-7. 청정에너지 농업시스템 실증농가(0.5ha) 연간 에너지 수지 308
그림 VII-8. 청정에너지 농업시스템 공정 계통도 319
그림 VII-9. 배치도 324
그림 VII-10. 대지횡단면도 325
그림 VII-11. 지적도/위치안내도 326
그림 VII-12. 대지구적도 및 구적표 327
그림 VII-13. 우수계획도 328
그림 VII-14. 면적산출표 329
그림 VII-15. PIT층면면도-1층평면도 330
그림 VII-16. 지붕층 평면도 331
그림 VII-17. 정면도/배면도 332
그림 VII-18. 좌측면도/우측면도 333
그림 VII-19. 종단면도-1/2/3/횡단면도 334
그림 VII-20. 지상층창호평면도 335
그림 VII-21. P&ID 반입 및 혐기성소화설비 337
그림 VII-22. P&ID 바이오가스 설비 및 기타설비 338
그림 VII-23. 악취제거설비 339
그림 VII-24. 지상1층 기계배치 상세평면도1 340
그림 VII-25. 지상1층 기계배치 상세평면도2 341
그림 VII-26. PIT층 기계배치 상세평면도 342
그림 VII-27. 기계배치 횡단면도1 343
그림 VII-28. 기계배치 횡단면도2 344
그림 VII-29. 기계배치 횡단면도3 345
그림 VII-30. 음폐수 이송펌프 346
그림 VII-31. 가축분뇨이송펌프 347
그림 VII-32. 원료투입펌프 348
그림 VII-33. 소화액이송펌프 349
그림 VII-34. 원료저장조교반기1 350
그림 VII-35. 원료저장조교반기2 351
그림 VII-36. 혼합조교반기(1/3) 352
그림 VII-37. 혼합조교반기(2/3) 353
그림 VII-38. 혼합조교반기(3/3) 354
그림 VII-39. 혐기소화조교반기(1/3) 355
그림 VII-40. 혐기소화조교반기(2/3) 356
그림 VII-41. 혐기소화조교반기(3/3) 357
그림 VII-42. Water trap 358
그림 VII-43. 탈황설비 359
그림 VII-44. 제습기 360
그림 VII-45. 냉각장치 361
그림 VII-46. 승압송풍기 362
그림 VII-47. 잉여가스연소기 계통도 363
그림 VII-48. 잉여가스연소기 364
그림 VII-49. 온수저장탱크 365
그림 VII-50. 가스보일러 366
그림 VII-51. 바이오가스저장조 개요 367
그림 VII-52. 바이오가스저장조 설치상세도 368
그림 VII-53. 감시제어설비 계통도(1/6) 370
그림 VII-54. 감시제어설비 계통도(2/6) 371
그림 VII-55. 감시제어설비 계통도(3/6) 372
그림 VII-56. 감시제어설비 계통도(4/6) 373
그림 VII-57. 감시제어설비 계통도(5/6) 374
그림 VII-58. 감시제어설비 계통도(6/6) 375
그림 VII-59. 토목건축공사 설치 내용 377
그림 VII-60. 시운전 기간 원료 유입 및 유기물부하율 변화 391
그림 VII-61. 시운전 기간 외기기온 및 소화조 온도 변화 392
그림 VII-62. 시운전 기간 바이오가스, 메탄생산량 및 가스 농도 변화 393
그림 VII-63. 시운전 기간 소화조 유기물 농도 변화 393
그림 VII-64. 시운전 기간 소화조 총질소 및 암모니아성 질소 변화 394
그림 VII-65. 시운전 기간 휘발성지방산 및 알칼리도 변화 394
그림 VII-66. 100% 용량부하에서 메탄생산 효율 396
그림 VII-67. 시운전 기간 에너지생산 변화 397
그림 VII-68. 청정에너지농업시스템 물질 및 에너지수지 398
그림 VII-69. 농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업 대상 405
그림 VII-70. 농업·농촌 자발적 온실가스 감축사업 등록 승인서 406
그림 VIII-1. 조사대상 시설오이 하우스 모습 452
그림 VIII-2. 조사대상 시설토마토 하우스 모습 454
그림 VIII-3. 파프리카 시설하우스 455
그림 VIII-4. 작물별 공정과정 474
그림 VIII-5. 충청남도 논산시 토마토 시설 하우스 492
그림 VIII-6. 경상북도 영주시 화훼 시설 하우스 493
그림 VIII-7. 지중 저수열 이용 히트펌프 냉난방 시스템 설치 전경 495
그림 VIII-8. 지중 저수열 이용 냉난방시스템 구성도 495
그림 VIII-9. 수직 개방형 지열 히트펌프 초기투자비 회수기간 497
그림 VIII-10. 목재펠릿 보일러 초기투자비 회수기간 499
그림 VIII-11. 지중 저수열 이용 히트펌프 초기투자비 회수기간 501
그림 VIII-12. 시스템의 경계조건 504
그림 VIII-13. 청정에너지 농업 바이오가스 생산시설 실증 공정 체계 515
그림 VIII-14. 실증단지의 경제성 분석 시 편익·비용 흐름도 519
그림 VIII-15. 시나리오 I의 비용 및 편익항목 구성 527
그림 VIII-16. 시나리오 II의 비용 및 편익항목 구성 527
그림 VIII-17. 시나리오 I과 II의 편익항목 구성비교 528
그림 VIII-18. 시나리오 I의 초기투자비 회수기간 그래프 528
그림 VIII-19. 시나리오 II의 초기투자비 회수기간 그래프 529
그림 VIII-20. CEAS(Clean Energy Agriculture System)의 시스템 경계 533
그림 VIII-21. 청정에너지시스템의 공정별 온실가스 배출량 539
그림 IX-1. 청정에너지 농업시스템 조감도 및 바이오가스 생산시설 설치모습 545
그림 XI-1. 연구결과의 활용 전략 565
그림 XI-2. 청정에너지 농업 시스템의 사업화 요소기술 567
그림 XV-1. 참여연구원 안전관리 교육 이수 사례 571
그림 XVII-1. 지역민원 발생(2014. 09) 573