2008. 08

1. GREEN VILLAGE Project 2008. 08

2. SUSTAINABLE ENERGY 대체에너지란? • 지구상에서 사용되는 화석에너지의 부존량은 아직은 인류가 앞으로 수십 년간은 사용할 수요를 충족시킨다고는 하나, 화석에너지로 인하여 발생되는 대기오염, 온실효과로 인한 지구온난화와 기상이변, 오존층 파괴 등의 재해는 공해없는 대체에너지의 도입을 재촉하고 있다. • 화석에너지와 더불어 발전동력으로서의 원자력 에너지도 폐기물의 반감기가 길어, 지구를 오염시키는 심각한 문제로 인식되고 있다. • 환경오염이 없는 청정대체에너지 - 수소동력체계는 미래가 아니라 지금 우리가 바로 생존을 담보 받기 위하여 도입해야 할 경제적 대체에너지이며 시급한 현안이다. 지속가능 자생청정에너지 - Sustainable Renewable Clean Energy • 태양에너지, 풍력, 조력 등 자생에너지(Renewable Energy)는 고갈되지않고 다시 스스로 생성되며, 오염물질을 발생하지 않는 청정에너지이다. • 자생청정에너지로서 현재까지 가장 풍부하다고 알려져 있는 것은 태양에너지이다. 현재 인류가 사용하는 총 에너지량은, 지구상으로 복사되는 총 태양에너지량과 비교한다 면은 미미한 량에 불과할 뿐이다. • 태양에너지는, 에너지 효율이 높은 고열태양열발전기( Concentrated Solar Power System )을 통하여 전기를 생성한다. 이를 저장하였다가 일몰시 태양이 없을 때에, 자동차연료로 공급할 수 있다면은 화석에너지는 수송용 연료까지 완전대체가 가능할 것이다. • 그러나 종래의 전기저장수단인 축전지는 다량의 전기를 저장하기에는 과중한 하중과 과다한 투자로 경제성이 없어 대체에너지 도입의 걸림돌이었다.

3. SOLAR HYDRO-CYCLE 수소동력순환체계 • 수소동력순환체계란 자생청정에너지로 발전한 전기로 물을 전기분해하거나, 태양가시광선에 쏘인 광촉매(TiO2, GaN, NaS, etc)에 의한 물적의 직접분해로, 수소를 제조하여 저장하였다가다시 이를 연료로 이용하여 연료전지를 통하여 전기를 생성하여 사용하는 동력체계로서, 축전지보다 경량의 설비로서 더 많은 에너지의 저장이 가능하다. 수소의 저장은 가압하여 압력용기에 저장하거나, 금속수소화물 또는 탄소나노튜브와 같은 새로운 기법에 의하여 보다 적은 부피로 더 많은 중량의 수소가 안전하게 저장할 수 있는 장치가 개발되고 있다. • 연료전지는 수소를 산소로 연소시켜 전기와 열을 생성하는 가장 효율이 좋은 발전기로서, 대규모의 연료전지에서 발전한 전기는 기존 전력 수급망에 연계하거나, 대단위 산업시설, 단위 집단주거용으로 단독 운영될 수도 있으며, 소규모의 것은 독립가옥용이나 이동용으로 사용될 수 있다. 수송용 자동차 연료체계로도 소형연료전지를 장착하여 수소를 연료로 하여 가동되는 전기자동차 또는 수소내연기관과의 하이브리드차가 가장 유력한 차세대 무공해 청정에너지차량 후보로 대두되고 있다. • 수소동력체계에서 원료인 물은 전기분해로 수소와 산소로 분해되었다가, 연료전지에서 다시 수소와 산소가 결합하여 생성되는 순환계를 이루며, 이 순환계는 어떠한 오염물질도 발생하지 않는 청정체계임은 물론 어떠한 자원의 고갈도 가져오지 않는 자생체계인 것이다. • 수소동력체계에서의 전기제조비용은 원료비가 없으므로 설비투자에 대한 감가상각비가 주를 이루며, 태양발전기 및 연료전지 설비투자비는 우리나라와 같이 원유를 전량 수입에 의존하는 나라에서는 원유수입 절감액으로 상대적으로 단기간에 회수 가능하다. 따라서 앞으로 증설될 발전설비로서의 수소동력체계 도입의 타당성 검토가 이루어져야 할 것이다. • 미 에너지부(DOE)는 2025년까지 에너지소비량이 지금의 약 2배로 증가할 것으로 예상하고, 미국내 소비의 10%를 수소동력으로 대체할 계획이며, 캘리포니아주는 2015년까지 전체 차량의 10%를 무방출(0-EMISSION) 차량으로 대체할 계획이다. 이와 같이, 미국에서는 이미 수소를 대체에너지로 사용하기 위한 구체적인 계획이 수립되어 단계적인 시행이 이루어지고 있는 것이다. • 우리나라는 매년 $500억불의 원유를 수입하므로, 대체에너지체계를 도입할때, 원유수입 외화절감으로, 설비투자비의 회수를 상대적으로 단시간에 달성할 수 있는 유리한 환경아래에 있다. 따라서 우리가 이 시점에서 외국보다 한발 앞서서 수소동력체계를 과감히 도입한다 면은, 수소동력체계 및 관련 품목제조기술에서 우위를 점하여, 무한한 잠재시장인 세계대체에너지시장을 선점하고, 경제적 도약의 발판으로 삼을 수 있는 절호의 기회가 될 것임이 분명하다 할 것이다. 수소동력체계 관련사업 Hydrogen Energy Products • 태양광촉매수소발생기 (photocatalysis hydrogen generator) • 연료전지 (fuel cell) • 수소저장장치 (carbon nano tube) • 수소발생기술 (electrolysis, bio-technology) • 고효율태양열발전기 (CSP stirling dish, tower system)

4. Solar Hydro-CycleDiagram 수소동력순환체계 SUN PHOTOLYSIS H2O HYDROGEN OXYGEN NANO TUBE FUEL CELL ELECTRIC POWER INDUSTRY TRANS PORTATION RESIDENTIAL

5. SOLAR CITY VISION GREEN VILLAGE PROJECT • 목표 : 대체에너지 시범운영 청정도시 건립 • 청정에너지 시범도시화 • 사업내용 : 4개 대체에너지단지와 1개 연구단지로 구성 • Solar Power • Bio Diesel • Bio Gas • PCR Plant • R&D Institute

6. PROJECT OVERVIEW

7. BIO DIESEL DBS PROCESS FLOW SHEET 연속반응장치 알콜 20 촉 매 혼 합 에스테르화 유채유 100 분 리 조BD 조GC 증류 증류 회수GC 20 흡착제 여과 회수알콜 흡착제 BD 100

8. BIO GAS BioTas Process 축산폐수 및 남은음식물의 바이오개스화 • BioTAS공법은 국내 종래의 혐기성공법의 단점을 보완하여, 고효율의 반응 및 개스 발생량을 달성하고, 고농도의 질소를 함유한 혐기성 소화수를 ATAD소화 및 SND 동시탈질기법으로 고효율로 탈질하는 공법으로써, 기존공법과 다른 다음 세가지 특성을 갖는다; • 종래의 공법은 반응단계가 하나로 이루어지나, 혐기성 소화반응은 산발효와 메탄발효의 2단계의 반응으로 이루어지므로, 이를 1단 및 2단소화조로 나누어서, 각기 다른 최적 반응조건으로 조정하여 운전한다. 산발효반응은 낮은 PH조건에서 운전되는 반면, 메탄발효반응은 높은 PH조건에서 매우 민감하게 반응함으로 각반응조를 분리하는 것은 반응효율 증대에 크게 기여한다. • 2) 반응 온도는 종래에는 주로 중온법(37℃)으로 운전되었으나, 본 공법에서는 고효율인 고온법(57℃)을 채용하였다. 반응온도가 10℃상승시 반응속도는 2배로 늘어나므로, 중온법의 4배의 속도증가 효과가 있고, 유기물의 메탄전환율도 2배로 늘어나므로 유기성분의 잔존량이 없어진다. 소화조 잔류물내의 병원균의 소독 및 잡초씨의 제거도 완전하게 이루어져서 안전하게 퇴비로 사용될 수 있다. 3) 혐기성소화수는 고농도 T-N을 함유하여 타공법으로는 처리가 불가능하여, 이제까지 축산폐수처리에 있어서 혐기성공법을 채용하지 못하는 중요한 요인중의 하나였다. 당사는 제트산기관(Jet Diffuser)을 이용한 동시탈질SND-ATAD(Autothermal Thermophilic Aerobic Digestion)소화[특허번호:326677]기술을 자체 개발함으로써, 혐기성 소화수를 완벽하게 고도처리하여 방류가 가능하게 되었다. C/N비가 2이하의 고농도의 T-N은 외부 탄소원의 공급없이 ATAD소화조에서 ORP를 CONTROL PARAMETER로 하여 제트산기관에 의하여 흡입되는 미세공기의 양을 PLC로 제어하여 ORP를 적정수준으로 유지함으로서 질산화-무산소탈질의 단계를 거치지 않고 동시탈질이 진행된다. 이것은 종래의 BNR(Biological Nitrogen Removal)이론 화학방정식상의 물질수지를 벗어난 SND(Simultaneous Nitrification Dinitrification)이론에 근거한 신기법이다. 이상의 차이로 인하여 BioTAS공법은 종래의 혐기성 소화공법에 비하여 빠른 반응속도로 반응기 용량을 절반이하로 감소시켜 현저한 공사비의 절감을 가져오며, 높은 바이오개스 전환율, 바오개스 생산량의 증가 및 메탄개스 함량의 향상으로, CHP(열병합발전기)에 의하여 수증기 또는 전기로 전환하고, 열원 및 동력으로 사용하여, 폐수처리공정의 동력소요량은 물론 농장의 동력수요를 전량 대체하고 잉여분은 전력망에 연계 판매가 가능함으로써, 양돈산업의 원가절감에 크게 기여한다. 고효율의 BioTAS공법은 남은음식물을 미세분쇄한 고농도의 유기성 폐수도 용이하게 돈분뇨와 더불어 병합처리함으로써 바이오개스의 생산량을 증가시킬 수 있다.

9. BioTas Flow Sheet 남은음식물(1) 100 선별(2) 축산폐수(14) 200 파쇄기(3) 고액분리기(15) 산분해조(4) 유기물 20 협잡물 협잡물 메탄발효조(5) 바이오가스조(11) 400ℓ/㎏ 제트소화조(6) 퇴비장(16) 가스정화기(12) 생물막조(7) 고형물 톱밥 고도처리조(8) 바이오가스 8000㎥/day 5000㎉/㎥ 유기질액비 유기질퇴비 침전조(9) 유기농법 UF박분리기(10) CHP(13) 1000㎾/h 5000㎿h/yr Heat 900toe/yr BOD : 10 COD : 30 SS : 1 T-N : 5 T-P : 1 재활용수

10. CSPCONCENTRATED SOLAR POWER MOJAVE DESERT SOLAR POWER PROJECT 800 MW "Fuel from the Sky" 태양에너지는 화석에너지의 대체에너지로서 개발의 확대가 시급한 실정임에도 우리나라의 기술수준은 매우 낙후되었을 뿐만 아니라 보급율에서도 선진국과는 비교할 수 없이 미미하다 할 것이다. 현재 우리나라의 태양에너지 개발은 저효율의 주택용 태양열집열판이나 시리콘계 태양광발전이 집중 보급되어, 고효율의 집광태양광발전(CSP)을 주축으로 한 선진국형 태양에너지씨스템과의 기술격차는 점점더 확대되고 있는 것이 현실이다. 당사는 에너지 전환 효율이 가장 우수한 엔진인 스터링엔진을 실용화하여 선진국과의 기술격차를 넘어서 세계최고효율의 태양열 발전씨스템을 국내최초로 개발코자 한다. 스터링엔진은 휘발유나 디젤엔진과 같은 내연기관보다 앞서서 19세기에 개발된 고효율엔진으로서 엔진체계내에서 기상매체가 가열-팽창-냉각-압축의 순환단계를 거쳐 구동되는 엔진으로서, 엔진에서 외부로 배출되는 일체의 매연이 없이, 집광반사경의 초점에 태양광을 모이 가열부를 고열로 가열함으로서 기체의 팽창력에 의하여 엔진이 고효율로 가동되어 전기를 발전하게되는 것이다. 미국의SES사는 스터링엔진를 셰계최초로 개발하여 실용화한 세계유일의 업체로서, 현재 미국 캐리포니아주에 세계최대의800MW급, 에너지전환율40%의, 태양열발전씨스템을 건설중에 있으며 주정부는 2010년 까지 총전력공급량의 20%를 대체할 야심찬 계획을 추진중에 있다. 당사는 최고수준의 다수의 고학력 연구인력자원을 동원하여, 다년간의 막대한 연구개발투자와 고난도 실험실적 연구개발의 성과로, 1KW급의 PROTOTYPE의 설계도를 완성하였으며, 이를제작하여 검증을 한 연후, 다시 이를 기초로20KW급으로SCALE UP 하여 세계최고수준, 에너지효율40%의, SES사 보다 우수한CSP 스터링발전씨스템을 국내 최초로 개발하여, 우리나라가 세계최고수준의 태양열발전국가로 발돋음하는데 일조를 하고자 한다.

11. CSP Solar Dish System Technology Solar Dish & PCU SYSTEM (1) 태양열 집광장치 solar concentrator (2) 출력변환장치 power conversion unit (PCU) SPECIFICATION

12. R&D 연구과제 • 대체에너지 및 청정기술 연구개발 • 대체에너지기술 공정개선 • PCR • BIO Diesel • BIO Gas • 대체에너지 신기술개발 • 해조류를 이용한 BIO Diesel • Photo-Catalysis Hydrogen Generation • CSP Solar Dish System • 실용화 공정개발 해조류를 이용한 Bio DIESEL 개발에 관한 연구, [미국 DOE]