[바이오매스] 바이오매스에너지의 종류와 장단점

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[바이오매스] 바이오매스에너지의 종류와 장단점에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 바이오매스에너지란?
2. 바이오매스의 구성 성분
　1) Cellulose
　2) Hemicellulose
　3) Lignin
3. 바이오매스의 장단점
4. 바이오매스의 종류
5. 바이오매스의 에너지 변환 방법
　1) 직접연소
　2) 바이오매스의 열화학적 변환을 통한 에너지 기술
　3) 바이오매스의 생물학적 변환을 통한 에너지 기술
6. 바이오매스 에너지 자원의 확대 방안
　1) 직접연소 발전방식
　2) 혼소 발전 방식
　3) 가스터빈발전
　4) 가스화 엔진발전
　5) 바이오매스발전(Bio Power)

참고자료

본문내용

고 있어 관련 산업이 빠르게 성장하고 있다(환경부, 2008). 하지만 바이오매스의 특성상 화석연료에 비해 이용에 많은 제한이 따른다. 석탄과 달리 바이오매스는 대부분 높은 함수율과 미분화가 힘들기 때문에, 이를 원활하게 이용하기 위해서는 가스상이나 액체상 연료로의 전환공정이 필수적이다. 바이오매스의 에너지 전환공정은 크게 열화학적 공정과 생물학적 공정으로 나눌 수 있으며, 다양한 에너지로의 전환이 가능한 열화학적 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있는 상황이다.
2. 바이오매스의 구성 성분
바이오매스의 물리 화학적 특성은 향후 바이오매스의 에너지 또한 화학물질로의 이용에 있어서 매우 중요한 요소를 차지한다. 식물 바이오매스의 주성분은 거대 고분자인 다당류(Polysaccharides))와 리그닌(Lignin)이며, 이외에 저분자 유기화합물 혼합체인 추출물 성분과 회분이 소량 포함되어 있다. 다당류는 전섬유소(holocellulose)라고도 하며, 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로 세분될 수 있다(배윤주, 2012).
1) Cellulose
셀룰로오스는 식물의 세포막을 이루는 기본적인 물질로서 β-D-glucopyranose 단위분자들이 1→4 글루코시드 결합을 하여 생성되는 선상구조를 갖는다. 셀룰로오스는 그 중합도(重合度)가 10,000～15,000 이며 원소조성은 탄소가 44.2%,수소가 6.3%,그리고 산소가 49.5%이므로 분자식이 (C6H10O5)n 으로 표시되며, 분자량은 162 로, 1 개의 글루코오스(glucose)잔기(殘基)1 번 탄소에 다른 글루코오스 잔기의 4번 탄소가 결합되어 이루어진 것이다. 결합을 이루는 셀룰로오스는 긴 사슬모양의 구조를 나타낸다. 목재조직내의 세포막에서 셀룰로오스 분자가 집합하여 결정구조를 형성하고 있으며, 형태학적으로는 셀룰로오스가 세포막의 골격물질 역할을 한다.
β-D-glucopyranose(셀룰로오스)의 분자 구조
2) Hemicellulose
세포막을 구성하고 있는 성분 가운데는 셀룰로오스 이외에도 여러 종류의 다당류가 존재하고 있는데, 물에는 추출되지 않으나 약알칼리에 용해되는 다당류를 통틀어 헤미셀룰로오스라고 한다. 헤미셀룰로오스는 D-xylose, D-mannose, Dgalactose등의 6탄당과 D-xylose, L-arabinose등과 같은 (C5H8O4)n의 5탄당이 서로 결합하여 만들어진 불균일 다당류로 정의되며 구성되어 있는 단당류에 따라 글루코만난(glucomannan), 자일란(xylan), 아라비갈락탄(arabigalactane)등으로 불린다. 일반적으로 셀룰로오스에 비하여 낮은 고분자도를 갖는다. 침엽수의 헤미셀룰로오스는 주로 자일란만을 내포하고 있다. 헤미셀룰로오스의 분자구조는 셀룰로오스와 유사한 것으로 수산기(水酸基)및 카르복실(carboxyl)기 등의 친수성기를 많이 가지고 있으나 중합도가 500이하로서, 작은 편이며 또 자일란에서는 셀룰로오스의 CH2OH 부분이 수소로 되어 있다. 또 셀룰로오스는 결정과 비결정의 2가지 상태로 되어 있는데 반하여 헤미셀룰로오스는 보통 비결정의 상태로만 이루어져 있다. 헤미셀룰로오스는 수산기와 카르복실기로 인하여 셀룰로오스와 함께 소수성(疏水性)의 아세틸(acetyl)기 등에 의하여 리그닌과는 소수 성인 친화력을 가지고 있다고 여겨진다.
자일란(헤미셀룰로오스)의 분자 구조
3) Lignin
셀룰로오스 및 헤미셀룰로오스는 다당류로 구성되어 있지만 리그닌은 페닐프로판(phenylpropane)을 기본물질로 하여 구성되어 있으며, 세부구조는 식물종마다 달라진다. 리그닌은 목본 및 초본 식물의 세포막에 주로 분포되어 있으며 보통 침엽수, 활엽수, 초본 식물의 세 등급으로 넓게 분류될 수 있다. 침엽수 리그닌은 대체로 구아이아실리그닌(guaiacyllignin)으로 구성되어 있고, 활엽수 리그닌은 구아이아 실리그닌과 시린길리그닌(syringyllignin)의 두 가지로 구성되어 있다. 한편 초본식물의 리그닌은 구아이아실리그닌과 시린길리그닌, 그리고 p-하이드록시 페닐리그닌(p-hydroxy phenyllignin)으로 구성되어 있다. 이러한 리그닌은 양균식물, 종자식물 및 이끼류의 세포막에서만 형성되어 있으며 세포막과 세포막을 서로 접착시켜 주거나 세포막의 강도를 높여주는 역할을 한다.
3. 바이오매스의 장단점
바이오매스는 다음과 같은 장단점을 갖고 있다. 첫째, 바이오매스를 이용한 에너지는 연소 시 발생하는 CO2가 광합성으로 바이오매스로 재생, 흡수되어 CO2의 증감(增減)이 없기 때문에 대기 중의 온실가스 증가를 해결할 수 있고, 황이나 질소 함량이 적어 대기 중에 2차 오염물질의 발생을 피할 수 있어 친환경적 에너지이다. 둘째, 화석연료에 비해 지역적으로 널리 분포해 있다. 셋째, 식물의 재배에 의해 재생가능하고 화석연료를 대체할 잠재성을 갖고 있다. 그러나 계절에 따라 공급이 불안정하고 식량과의 경합(競合)성을 갖고 있어 수급에 한계를 지닌다. 그리고 과도한 벌채는 바이오매스 에너지의 친환경적인 측면에도 불구하고 자연생태계를 파괴시킬 우려가 있다. 하지만 무엇보다 바이오매스의 낮은 에너지 밀도와 높은 수분함량으로 인한 낮은 발열량은 에너지로서의 이용을 어렵게 하는 원인이다.
바이오에너지의 장단점
장점
단점
- 자원이 풍부
- 파급효과가 큼
- 환경 친화적 생산
- 생성된 에너지의 형태가 다양함
- 발전에 필요한 연료비 절감
- 온실가스 및 대기환경 오염 저감
- 매립지의 환경 개선 및 부가가치 증대
- 에너지활용 자원이 산재되어 있어 수집 및 수송이 불편
- 과다 이용시 환경파괴를 유발할 수 있음
- 바이오가스 공급이 안정적이지 못함
- 바이오가스 인입가스에 불순물이 많아 발전설비 주기가 짧고 유지보수비가 큼
- 단위 공정의 대규모 설비 투자
4. 바이오매스의 종류
바이오매스는 다양한 용도만큼이나 분류 또한 다양하다. 원료의 종류에 따라 ① 전분질계 자원 : 곡물, 감자류 등, ② 셀룰로스계 자원 : 초본, 임목과 볏짚, 왕겨 등 농부산물, ③ 당질계 자원 : 사탕수수, 사탕무 등, ④ 동물단백질계 자원 : 가축분뇨, 사체, 미생물 균체 등으로 분류할 수 이

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