[표지] 1
제출문 2
환경기술개발사업 최종보고서 요약서 3
목차 5
1. 연구개발과제 개요 12
1-1. 연구개발 목적 12
가. 연구개발의 개요 12
나. 연구개발 대상의 국내·외 현황 12
1-2. 연구개발의 필요성 13
가. 연구개발의 중요성(필요성) 13
나. 기술개발의 차별성 15
1-3. 연구개발 범위 17
가. 연구개발의 목표 및 내용 17
나. 평가의 착안점 및 기준 19
다. 연구개발의 추진전략·방법 및 추진체계 20
2. 연구수행내용 및 성과 28
2-1. 연구 내용 28
가. 태양열 활용 바이오 메탄 개질 플랜트 시스템 상세설계 및 검증 28
나. 태양열 통합 공정 시스템 경제성 분석 77
다. 태양열 시스템 온실가스 감축효과 분석 118
라. 태양열 시스템 바이오 메탄 분해 기술 사업화 140
2-2. 연구개발 성과 146
가. 기술적 성과, 저작권 146
나. 환경적 성과, 온실가스 감축량 성명서 발급 147
다. 경제적 성과, 국내외 매출실적 달성 147
2-3. 연구 결과 147
가. 태양열 통합 공정 시스템 최적화 설계 및 검증 147
나. 태양열 시스템의 가격 경쟁력 확보 148
다. 온실가스 감축효과 분석 149
3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 150
3-1. 최종 목표 150
3-2. 목표 달성여부 150
3-3. 후속 연구의 필요성 153
4. 연구개발성과의 활용 계획 등 153
가. 연구개발결과의 활용방안 153
나. 사업화계획 154
다. 기대 효과 157
붙임. 참고 문헌 158
부록 159
부록 1-1. 실증사이트 시스템 공정설계 자료(PBD : Process Block Diagram) 160
부록 1-2. 실증사이트 시스템 공정설계 자료(PFD : Process Flow Diagram) 161
부록 1-3. 실증사이트 시스템 공정설계 자료(P&ID : Piping and Instrumentation Diagram) 168
부록 1-4. Scale-Up 시스템 공정설계 자료(PBD : Process Block Diagram) 176
부록 1-5. Scale-Up 시스템 공정설계 자료(P&ID : Piping and Instrumentation Diagram) 177
부록 2-1. 최적화 시스템 객관적 설계 검토 및 검증 보고서, 실증사이트 시스템 197
부록 2-2. 최적화 시스템 객관적 설계 검토 및 검증 보고서, Scale-up System 207
부록 3. Aspen Capital Cost Estimator 결과 보고서 219
부록 4. 한국표준협회 제출용 외부사업 사업계획서 228
부록 5. 예상 온실가스 감축량 성명서 251
부록 6. 태양열 시스템 공동 연구 제안서 252
부록 7. 국외(미국) 기술사업화 추진을 Bradley County Landfill 방문 회의록 253
부록 8. "바이오메탄 분해 수소생산 기술" 온라인 기술설명회 발표 동영상 254
[뒷표지] 259
[표 01] 바이오 메탄 유형별 가스 조성비 36
[표 02] 경제성 분석 기준 77
[표 03] 실증설비 공정설계 기준 78
[표 04] 2차년도 장비 예상 가격 79
[표 05] 현장설치 기준 장비 가격 81
[표 06] 현장설치 기준 Direct Cost 항목 별 반영금액 82
[표 07] 실증설비 현장 설치 완료된 공정 기준 83
[표 08] 경제성 분석 기준 83
[표 09] 실증설비 현장 설치 완료 기준 Total Direct Field Costs 84
[표 10] 사업규모별 수익성 분석 기준 87
[표 11] Scale-up CDM 사업추진 총 추진비용 분석 88
[표 12] Scale-up 외부 사업추진 비용 분석 88
[표 13] 실증 사업 Utility 비용 분석 89
[표 14] 실증 사업 Raw Material 비용 분석 89
[표 15] 실증 사업 유지보수 비용 분석 90
[표 16] 실증사업 및 Scale-up Product 수익 분석 90
[표 17] 실증사업 및 Scale-up 감축량 인증실적 91
[표 18] 가스발전기 개요 93
[표 19] 바이오가스 정제 방식 94
[표 20] 수소제조 원료원 비율 94
[표 21] 개질 기술별 이산화탄소 발생비율 95
[표 22] 천연가스를 원료원으로 하는 수소제조기술 95
[표 23] 수소 제조방법 비교 96
[표 24] 수소제조 기술 트리 96
[표 25] 검색 DB 및 검색 범위 96
[표 26] 유효특허 선별 결과 97
[표 27] 바이오 가스 발전 수익·비용 분석 107
[표 28] 바이오가스 발전 CAPEX, OPEX 분석 108
[표 29] 바이오 메탄 도시가스 공급 사업 수익·비용 분석 108
[표 30] 바이오 메탄 도시가스 공급 사업 CAPEX & OPEX 분석 109
[표 31] 바이오가스 기술별 경제성 평가 109
[표 32] 지역별 수소생태계 비전 113
[표 33] 지역별 수소생태계 비전 내용 113
[표 34] 국내 탄소산업 분야 기업별 주요제품 현황 115
[표 35] 승인대상 외부사업 분류 120
[표 36] 사업규모별 시간당 사업 환경 125
[표 37] 사업규모별 연간 환산 사업 환경 125
[표 38] 주요 수소 생산 기술 현황 126
[표 39] 온실가스 감축량 산정 결과 130
[표 40] 1차 사업타당성 주요 검토 의견 및 수정 보완 131
[표 41] 전력생산 원단위 산정 결과 132
[표 42] 전력사용 원단위 산정 결과 133
[표 43] 바이오가스를 활용하여 전기를 생산하는 기술 감축량 산정 결과 135
[표 44] 바이오가스를 활용하여 도시가스를 공급하는 기술 감축량 산정 결과 137
[표 45] 바이오가스 활용 기술별 온실가스 감축효과 산정 결과 137
[표 46] 수증기 개질 온실가스 배출량 산정 결과 139
[표 47] 수전해 기술 온실가스 배출량 산정 결과 140
[표 48] 수소생산 기술별 온실가스 배출량 산정 결과 140
[표 49] 기술 사업화 SMCU(Solar Bio Methane Conversion Unit) 시스템 규모 145
[표 50] 기술 사업화 SMCU(Solar Bio Methane Conversion Unit) 온실가스 감축효과 146
[그림 01] 1kW급의 Capital cost 시스템 비용 16
[그림 02] 바이오 Site 바이오메탄 가스 활용 시스템 구성도 17
[그림 03] 정읍 실증 Site Plot Plan 20
[그림 04] 정읍 실증 Site SKID별 PFD 21
[그림 05] 정읍 실증 Site SKID별 P&ID 21
[그림 06] 정읍 실증 Site ISO DWG 22
[그림 07] 정읍 실증 Site BOM Sheet 22
[그림 08] 정읍 실증 Site M&S 22
[그림 09] 정읍 Site M&H Balance sheet 23
[그림 10] 시스템 효율계산에 관한 개념 24
[그림 11] 태양열 이용 바이오메탄 분해 처리 시스템 29
[그림 12] Off-site 실증사이트 현장사진 30
[그림 13] On-site 실증사이트 현장사진 30
[그림 14] Feed Gas Pre-Heating 32
[그림 15] Steam Generator 33
[그림 16] Raw Feed Gas Pre-Heating 33
[그림 17] 1단계 연구과제 공정 시스템 개념설계 34
[그림 18] 2단계 연구과제 공정 시스템 개념설계 35
[그림 19] 000 Unit(Off-site) 물질 수지 36
[그림 20] 000 & 100 Unit 공정 시스템 기본설계 37
[그림 21] 100 Unit 물질수지 38
[그림 22] 200 Unit O₂ 제거 공정 시스템 기본설계 38
[그림 23] 200 Unit CO₂ 제거 공정 시스템 기본설계(Membrane Skid) 39
[그림 24] 200 Unit CO₂ 제거 공정 시스템 기본설계(MEA-Solvent) 39
[그림 25] 200 Unit 물질수지(Membrane Skid 적용) 40
[그림 26] 200 Unit 물질수지(MEA-Solvent 적용) 40
[그림 27] 300 Unit 공정 시스템 기본설계 Case-Study 41
[그림 28] 300 Unit 물질수지 42
[그림 29] 000 Unit(Off-Site) 공정 시스템 최종 기본설계 43
[그림 30] 000 Unit 가스 포집 분석 및 최종 물질수지 43
[그림 31] 100 Unit 공정 시스템 최종 기본설계 44
[그림 32] 100 Unit 가스 포집 분석 및 최종 물질수지 45
[그림 33] 200 Unit 공정 시스템 최종 기본설계 45
[그림 34] 200 Unit 산소 제거 공정 가스 포집 분석 및 최종 물질수지 46
[그림 35] 300 Unit 공정 시스템 최종 기본설계(Feed gas 가압 시스템) 47
[그림 36] 300 & 400 Unit 공정 시스템 최종 기본설계 47
[그림 37] 300 Unit 가스 포집 분석 및 최종 물질수지 48
[그림 38] 바이오 메탄 공급조건 시뮬레이션 데이터 49
[그림 39] 산소 제거공정 제외 공정 시뮬레이션 검증 49
[그림 40] 100 Unit 공정 시뮬레이션 데이터 49
[그림 41] 200 Unit 공정 시뮬레이션 데이터(O₂ 제거공정) 50
[그림 42] 200 Unit 공정 시뮬레이션 데이터(CO₂ 제거공정) 50
[그림 43] 300 Unit 공정 시뮬레이션 데이터 #01 50
[그림 44] 300 Unit 공정 시뮬레이션 데이터 #02 51
[그림 45] 300 Unit 메탄 분해율 Calibration Data 51
[그림 46] 메탄 분해 반응 폐열 활용 공정 시뮬레이션 검증 52
[그림 47] M&S tool 기준 열교환기 기본설계 도면 52
[그림 48] M&S tool 기준 Exchanger Data Sheet 53
[그림 49] CO₂ Membrane System 공정 Simulation 구성 53
[그림 50] CO₂ MEA-Solvent 공정 Simulation 구성 54
[그림 51] 실증사이트 시스템 최종 M&S tool 프로그램 검증 55
[그림 52] 공정 시스템 상세설계 도면 범례 #01 56
[그림 53] 공정 시스템 상세설계 도면 범례 #02 56
[그림 54] 000 Unit(Off-site) 상세설계 도면 57
[그림 55] 100 Unit 상세설계 도면 57
[그림 56] 200 Unit O₂ 제거 상세설계 도면 58
[그림 57] 200 Unit CO₂ 분리막 모듈 상세설계 도면 #01 58
[그림 58] 200 Unit CO₂ 분리막 모듈 상세설계 도면 #02 58
[그림 59] 200 Unit MEA 흡수제 공정 상세설계 도면 59
[그림 60] 300 Unit Feed gas 가압 시스템 상세설계 도면 59
[그림 61] 300 & 400 Unit 바이오 메탄 분해 및 태양열 집열 시스템 상세설계 도면 59
[그림 62] On-Site Plot Plan 평면도 60
[그림 63] On-Site Plot Plan 상세 측면도 61
[그림 64] On-Site Plot Plan 설비기기 및 구조물 리스트 61
[그림 65] 실증사이트 시스템 ISO Metric 62
[그림 66] ISO Metric 기준 실증사이트 Bulk Fitting BOM 62
[그림 67] BOM 기준 경제성 분석(CAPEX 분석 : Aspen Process Economic Analyzer) 63
[그림 68] Stress Analysis Sketch 63
[그림 69] Stress Analysis 3D Modeling 64
[그림 70] 실증사이트 1차 3D Modeling 64
[그림 71] 실증사이트 2차 3D Modeling 65
[그림 72] Scale-up System 최종 개념설계 66
[그림 73] 000 Unit(Off-site) 상세설계 도면 66
[그림 74] 100 Unit 상세설계 도면 67
[그림 75] 200 Unit 상세설계 도면 67
[그림 76] 300 Unit 상세설계 도면 68
[그림 77] 400 Unit 상세설계 도면(Carbon Black 포집공정) 68
[그림 78] 400 Unit 상세설계 도면(PSA System) 68
[그림 79] Product Gas 액화 저장 공정 상세설계 도면 69
[그림 80] Air Utility 상세설계 도면 69
[그림 81] Cooling Tower 상세설계 도면 #01 70
[그림 82] Cooling Tower 상세설계 도면 #02 70
[그림 83] Plant Water 상세설계 도면 71
[그림 84] Knock-Out Drum & Flare Header 상세설계 도면 72
[그림 85] Flack Stack 상세설계 도면 72
[그림 86] 소방 용수 공급 시스템 73
[그림 87] Scale-Up System Plot Plan 73
[그림 88] Scale-Up System On-site 3D Modeling 74
[그림 89] Scale-Up System 전처리 시스템 3D Modeling 74
[그림 90] Scale-Up System CH₄ 분해 반응기 및 집열 시스템 3D Modeling 75
[그림 91] 메탄 분해 반응기 촉매 제공 및 형태 76
[그림 92] APEA Total Project Cost 구성 78
[그림 93] APEA 반영 각 단위공정 별 장비 가격 79
[그림 94] 실증설비 공정설계 기준 Total Project Cost 80
[그림 95] 실증설비 구축 현황 81
[그림 96] 실증설비 현장설치 기준 Total Project Cost 82
[그림 97] 실증설비 현장 설치 완료 기준 Total Project Cost 85
[그림 98] 실증사업 추정 당기순익 및 누적현금흐름 91
[그림 99] 상용화 사업 추정 당기순익 및 누적 현금흐름 92
[그림 100] 바이오가스 자원화 개요 93
[그림 101] 수증기 개질법 관련 특허 출원 동향 97
[그림 102] 수증기 개질법 관련 주요 출원인 98
[그림 103] 수증기 개질법 관련 한국 주요 출원인 99
[그림 104] 수증기 개질법 관련 미국 주요 출원인 99
[그림 105] 수증기 개질법 관련 일본 주요 출원인 100
[그림 106] 수증기 개질법 관련 유럽 주요 출원인 100
[그림 107] 플라즈마 개질법 관련 특허 출원 동향 101
[그림 108] 플라즈마 개질법 관련 주요 출원인 102
[그림 109] 물 전기분해법 관련 특허 출원 동향 103
[그림 110] 물 전기분해법을 통한 수소 제조 기술 관련 주요... 103
[그림 111] 열화학 사이클에 의한 수소제조 기술 관련 특허 출원 동향 104
[그림 112] 열화학 사이클에 의한 수소제조기술 관련 주요 출원인 105
[그림 113] 생물학적 수소제조 기술 관련 특허 출원 동향 106
[그림 114] 생물학적 수소제조기술 관련 주요 출원인 106
[그림 115] 국내 수소시장 현황 110
[그림 116] 수소 저장 및 운송 111
[그림 117] 수소차량 충전 111
[그림 118] 지역별 수소기업 현황 112
[그림 119] CDM 방법론 구조 121
[그림 120] 베이스라인 시나리오 122
[그림 121] 프로젝트 시나리오 122
[그림 122] 해외 CDM사업 및 국내 외부사업 사례를 벤치마킹 124
[그림 123] LPG조성, SK 가스 127
[그림 124] LPG 개질기_HYSERVE-300P 사양_OSAKA GAS 128
[그림 125] 광주 환경공단 전경 및 시설 142
[그림 126] 정읍 사이트 현장 방문 및 기술소개 142
[그림 127] 1단계 LFG 매립 Site 현장 143
[그림 128] 2단계 매립지 Site 현장 144
[그림 129] LFG(Landfill gas) 포집 및 처리시설 144
[그림 130] LFG(Landfill gas) 포집 시설 및 제어시스템 145