| [미국] 천연가스 대체를 위한 바이오매스 가스화-태양 열에너지 통합 시스템
역사적으로 천연가스의 가격이 낮게 형성되어 있지만, 바이오에너지 생산에는 천연가스가 아닌 태양 에너지의 도움만이 약간 필요할 뿐이다. 미국 미네소타 대학교 연구진은 태양열 바이오매스 가스화 기술의 재정적 실현가능성을 분석하였으며, 이를 통해 바이오매스 가스화 에너지가 천연가스를 효과적으로 대체할 수 있는 재생에너지원인가를 평가하였다.
전통적인 바이오매스 가스화 공정에서는, 바이오매스 원료물질의 20~30%만이 연소 과정을 통해 열에너지로 생산된다. 만약 집광형 태양광으로부터 필요한 열에너지가 공급된다면, 모든 바이오매스는 유용한 합성가스로 전환 가능하다. 미네소타 대학교 연구진은 이번 연구 결과를 “Biomass and Bioenergy “ 최신호에 게재하였다. 연구진은 합성가스 수익 창출이 가능한 천연 가스의 손익분기점을 결정하기 위해 재정실현가능성 산출법을 고안하였다. 태양열을 공급받는 바이오매스 가스화 시스템은 천연가스 가격이 $4.04~$10.90/GJ 일 때 손익 평형을 이루게 된다.
Tom Nickerson은 “바이오매스 가스화 시설에 태양 에너지 발전 추가하는 비용이 전체 자본금의 1/3가량을 차지할 수 있지만, 전통적인 플랜트에서 요구되던 기타 설비를 제거할 수 있으며, 바이오매스당 생산되는 합성가스 규모를 상당 부분 향상시킬 수 있다”고 설명하였다. 공동 저자인 Timothy Smith 박사는 “2014년, 미국 천연가스 평균 가격은 GJ 당 $4.80 수준이다. 본 연구에서 수행한 4가지 설정 모델에서 2개는 경제적으로 경쟁력을 가짐을 보여준다”고 덧붙였다.
정부 차원은 인센티브를 통해 불안한 에너지 시장과 관련한 위험요소를 상당히 감소시킬 수 있지만, 극복 가능한 간극을 실증적으로 확인하는 것 또한 환경적으로 선호도가 높은 에너지 해결책 마련을 위한 중요한 과정이다. Smith 박사는 “바이오매스로부터 더 많은 에너지를 회수하기 위한 태양 기술 활용은 에너지 생산 과정에서 발생하는 지형적 환경 영향도 줄이는데 일조할 수 있다. 이번에 새롭게 고안된 바이오매스 가스화에 대한 접근법은 아직 벤치 규모(3kW 시제품)를 통해서만 그 이점이 확인되었다. 플랜트 규모 확장을 위한 후속 연구가 하루 속히 이루어져야 하며, 함께 할 사업 파트너를 모색하는 중”이라고 덧붙였다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 2월 12일]
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Combine solar thermal energy with biomass gasification for natural gas substitute
Even at historically low natural gas prices, bioenergy may not be out of the running -- it just may need a little help from the sun. A new study from researchers at the University of Minnesota examining the financial viability of solar-heated biomass gasification technologies that produce a natural gas substitute product concludes that combining these renewable resources can make economic sense.
In traditional biomass gasification, 20 to 30 percent of the biomass feedstock is burned to produce heat for the process. But if the required thermal energy is supplied from a concentrated solar source, all of the biomass can be converted into useful synthesis gas. The study, funded by the Initiative for Renewable Energy and the Environment at the University of Minnesota Institute on the Environment and published in Biomass and Bioenergy this week, developed a financial feasibility metric to determine the breakeven price of natural gas at which the produced syngas could be sold at a profit. The study suggests that solar-heated biomass gasification systems could break even at natural gas prices of $4.04-$10.90 per gigajoule, depending on configuration.
"While the cost of adding solar energy generation to a biomass gasification facility can approach one-third of a plant's total capital costs, other equipment required in traditional plants can be avoided and the amount of syngas produced per ton of biomass -- a major variable cost of production -- increases significantly," said senior author and former University of Minnesota College of Food, Agricultural and Natural Resource Sciences student Tom Nickerson.
"With average U.S. natural gas prices at $4.80 per gigajoule in 2014, two of the four configurations modeled were economically competitive," said co-author Timothy Smith, director of the NorthStar Initiative for Sustainable Enterprise, IonE resident fellow and CFANS faculty member. Though government incentives could significantly reduce the risks associated with volatile energy markets, demonstrating that the gap isn't insurmountable is an important step toward environmentally preferred energy solutions. "Utilizing solar technologies to get more energy out of each acre of biomass reduces the impacts to the landscapes producing it," Smith said.
Though no commercial plants currently exist, the technologies modeled in this study are being developed at the Solar Energy Laboratory at the University of Minnesota under the direction of Jane Davidson and lead research scientist Brandon Hathaway of the College of Science and Engineering.
"Our novel approach to gasification has demonstrated its benefits at the bench scale, and testing with our 3 kW prototype is ongoing in the University of Minnesota's High Flux Solar Simulator," said Hathaway. "We hope to find industry partners to join us in the next steps as we scale up the process and move towards testing on-sun," Davidson added.
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