[일본] 공장의 폐액으로 바이너리발전,1일 200kWh의 전력을 생산
폐기물의 재활용 처리 등을 수행하고 있는 나가노현(長野県)에 공장의 폐액을 재이용할 수 있는 발전 플랜트를 완성시켰다. 폐액을 화학반응시켜 발생하는 열로 온수를 만들고, 그 온수를 사용하여 바이너리 발전방식으로 전력을 생산한다. 1일당 30입방미터의 폐액으로 200kWh의 발전량이 된다.
발전에 이용할 수 있는 폐액은 반도체 및 유리 등의 제조공정에서 배출되는 질산계의 화학물질이다. 산성인 질산에 알칼리성의 약제를 반응시킴으로써 중화열이 발생한다. 이 열을 사용하여 70~90도의 온수를 만들어 저온에서도 발전이 가능한 바이너리방식으로 전력을 만들어 내는 시스템이다.
나가노현에 본사가 있는 재활용처리사업의 미야마가 “IONIC POWER GENERATION”으로 불리는 기술을 독자적으로 개발하였다. 이 기술을 도입한 재활용 처리 플랜트의 양은 30평방미터로 최대 200kWh의 전력을 만들 수 있다. 바이너리발전기에는 고베제철소의 시스템을 채용하였다. 바이너리발전방식은 100도 이하의 저온에서도 증발하는 암모니아 등을 매체로 이용하여 그 증기로 터빈을 돌려 발전한다. 발전한 후에는 매체를 냉각수를 이용하여 액체로 되돌린 후 다시 증발을 가능하게 하는 순환형 발전방식이다. 최근에는 온천수를 이용한 바이너리발전이 전국 각지에 전파되기 시작되었다.
미야마가 설치한 재활용처리 플랜트에는 바이너리발전기에 온수를 공급하는 열교환기와 냉각수를 공급하는 냉각타워를 갖추고 있다. 이 외에 폐액을 수납하는 보관탱크와 화학반응을 일으키기 위한 반응조로 구성된다. 그리고 발전에 이용한 후의 폐액을 저장하는 수조가 있으며, 마지막으로 화학약제 등을 제조하여 재활용처리가 완결되는 흐름이다.
일련의 처리를 통하여 폐액의 농도와 유량, 온도와 압력 등을 센서로 파악하면서 화학반응을 일으키기 위하여 필요한 약제의 투입량을 제어함으로써 발전에 적합한 반응시간과 온도를 유지할 수 있도록 하였다. 화학반응에 따라 폐액이 일정의 온도를 넘으면 열교환기에서 바이너리발전기로 열이 보내지는 구조이다. 반응시간이 경과하여 발전 가능한 온도를 하회하면 다시 약제를 넘어 화학반응을 일으켜 발전을 반복한다.
미야마는 설치한 플랜트로 실증연구를 계속하여 이용할 수 있는 폐액의 대상을 확대할 계획이다. 그것에 따라 공장 내 다른 라인에도 적용범위를 확대하여 발전량을 늘려 나갈 것이다. 발전한 전력은 전력회사 등의 전기사업자에게 판매할 방침이다.
그림 1. 폐액을 이용한 바이너리발전의 흐름
그림 2. 재활용처리 플랜트의 전경(좌)와 바이너리발전기(우)
그림 3. 재활용처리 플랜트의 전체상
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工場の廃液からバイナリー発電、1日に200kWhの電力を作る
発電に利用できる廃液は、半導体やガラスなどの製造工程で排出する硝酸系の化学物質である。酸性の硝酸にアルカリ性の薬剤を反応させることによって中和熱が生じる。この熱を使って70～90度の温水を作り、低温でも発電が可能なバイナリー方式で電力を生み出す仕組みだ（図1）。
図1 廃液を利用したバイナリー発電の流れ。出典：ミヤマ
長野県に本社があるリサイクル処理事業のミヤマが「イオニックパワージェネレーション」と呼ぶ技術を独自に開発した。この技術を組み込んだリサイクル処理プラントを8月初めに新潟県の燕工場に完成させて発電を開始した（図2）。1日に処理できる廃液の量は30立方メートルで、最大で200kWhの電力を作ることができる。バイナリー発電機には神戸製鋼所のシステムを採用した。
図2 リサイクル処理プラントの全景（左）とバイナリー発電機（右）。出典：ミヤマ
バイナリー発電方式は100度以下の低温でも蒸発するアンモニアなどを媒体に利用して、その蒸気でタービンを回して発電する。発電した後には媒体を冷却水で液体に戻したうえで、再び蒸発を可能にする循環型の発電方式である。最近では温泉水を利用したバイナリー発電が全国各地に広がり始めている。
ミヤマが燕工場に設置したリサイクル処理プラントには、バイナリー発電機に温水を供給する熱交換器と、冷却水を供給するクーリングタワーを備える。このほかに廃液を格納する保管タンクや、化学反応を起こすための反応槽で構成する（図3）。さらに発電に利用した後の廃液を貯蔵する受槽があり、最後に化学薬剤などを製造してリサイクル処理が完結する流れだ。
図3 リサイクル処理プラントの全体像。出典：ミヤマ
一連の処理を通して廃液の濃度や流量、温度や圧力などをセンサーで把握しながら、化学反応を起こすために必要な薬剤の投入量を制御することで、発電に適した反応時間と温度を維持できるようにした。化学反応によって廃液が一定の温度を超えると、熱交換器からバイナリー発電機へ熱が送られる仕掛けになっている。反応時間が経過して発電可能な温度を下回ると、再び薬剤を入れて化学反応を起こして発電を繰り返す。
ミヤマは燕工場に設置したプラントで実証研究を続けて、利用できる廃液の対象を拡大する計画だ。それに伴って工場内の他のラインにも適用範囲を広げて発電量を増やしていく。発電した電力は電力会社などの電気事業者に売電する方針である。
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