| 2차년도 |
o 석유코크스 물성 분석 및 열적 반응특성 분석시험 o 2톤/일급 가스화시스템 개선 제작 및 석유 코크스 슬러리 가스화 성능특성 시험 o 20톤/일급 Test-bed 분류층 가스화기 용량증대 개선 설계/제작 o 수소생산 3톤/일급 통합플랜트 구축을 위한 Test-bed 건축물 구조검토 o 합성가스 고도정제용 고농도 H2S 제거설비, COS 가수분해설비 미량가스 (HCl, NH3 등) 제거설비 개념설계, 모사가스 이용 소규모 실험
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o 석유코크스 물성 분석 및 열적 반응특성 분석시험 - 석유코크스 원료의 공업/원소/발열량/화학적조성/융점 등 물성 분석 - TGA 등을 활용한 석유코크스 원료의 열적 거동 파악 - 가스화 시험 발생 촤 (char)/비산재의 성분/특성 분석 o 2톤/일급 가스화시스템 개선 제작 및 석유코크스 슬러리 가스화 성능특성 시험 - 기 보유 석유코크스 슬러리 제조/공급 설비 및 2톤/일급 가스화시스템 개선 제작 - 석유코크스 슬러리 분사용 버너 설계/제작 및 분사특성 시험 - 운전압력 10~15 bar 조건에서 석유코크스 슬러리의 합성가스 전환특성 시험 o 20톤/일급 Test-bed 분류층 가스화기 용량증대 개선 설계/제작 - 석유코크스 슬러리의 반응 체류시간 확보를 위한 가스화기 상부 section 추가 설계/제작 - 안정적인 산소 공급을 위한 고압가스 utility 개선 공사 ; 초저온 펌프의 운전 안정화를 위한 시스템 개선 o 수소생산 3톤/일급 통합플랜트 구축을 위한 Test-bed 건축물 구조검토 - 신규로 구축되는 가스화기, 합성가스 고도정제설비, 수성가스 전환설비, 고순도 수소추출설비 설계자료 기준 Test-bed 건축물 구조검토 - 구조검토 결과 반영 Test-bed 건축물 구조보강 실시방안 확립 o 합성가스 고도정제설비 개념설계 - 고농도 H2S 제거설비 및 COS 가수분해설비 개념설계 및 기본/상세설계 검토 - 미량가스 (HCl, NH3 등) 제거설비 개념설계 및 기본/상세설계 검토 - 모사가스 이용 소규모 고농도 H2S 제거 실험
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
○ 합성가스 생산/정제/전환/분리를 통해 수소 생산에 이르는 모듈화 플랜트 국산화 기술개발을 통한 연관 플랜트 산업기술로 적용 확대 - 기존 국내 타 부처 (산업부, 환경부 등)에서 지원한 R&D 결과물을 결집하여 상용 실증급 플랜트 기술개발 및 중소형 합성가스/수소 모듈화 플랜트 국산화 기술개발 결과가 연관된 가스/화공 플랜트 산업기술로 확대 적용이 가능함. - 석유 코크스 외에 폐기물을 대상으로 적용이 가능하며, 폐기물의 단순소각 시설을 대체할 수 있는 국내외 합성가스 플랜트 시장에 국내업계가 폐기물 기준 50∼200톤/일 규모로 합성가스 기반의 플랜트시장에 진출을 위한 기술 제공이 가능함. - 국내 고유기술로 저비용 고효율 정제기술 개발을 통해 다양한 저급연료의 고부가화 및 수소와 같은 청정연료로 용이하게 활용할 수 있는 기술기반을 확보하여 향후 수소사회에 필요한 저렴한 수소공급이 가능해질 수 있음. 특히, 폐기물은 원료가 비용 (tipping fee, 현재 한국의 경우 생활폐기물은 20만원/톤 내외, 의료폐기물은 100만원/톤을 상회)을 받고 반입됨에 따라 기술적/환경적 신뢰도가 구축되면 가장 저렴한 수소생산 방식임. - 고품질 수소 및 합성가스 생산시스템의 핵심 단위 설비 설계/제작 기술을 확보함으로써 국내 중소·중견 부품/설비 업체 supply chain 구축 및 기술 경쟁력 향상이 가능함. - 국외 선진사의 원천설계기술 국산화를 통한 핵심 단위 설비/공정 자체기술 확보로 가스화 기반의 수소생산 플랜트에 대한 핵심 기자재 국내 제작기술 확보가 가능함. ○ 저급자원인 석유 코크스 활용의 다변화 및 고부가가치화 기술을 확보 - 고유황 특성으로 인하여 단순 연소 활용에 머물고 있는 석유 코크스를 고부가가치 합성가스와 수소로 생산함으로써, 기존에 사용되고 있는 LNG 또는 산업용 보일러 연료를 대체하는 연료로서 활용과 연료전지/자동차용 수소로 고부가가치 활용이 가능함. - 기존 단순 연소 대비 고효율 발전이 가능하여 에너지 회수율을 높일 수 있고 온실가스도 포집하는데 유리한 해외 수출용 수소 생산 플랜트 및 분산전원형 열병합 발전 플랜트 형태로 활용이 가능함. - 저부가가치 기술(단순 연소)로 활용되고 있는 석유 코크스로부터 수소를 생산하는 고부가가치화 기술 확보 및 이를 통하여 국내 및 국외에서 대용량 수소 생산기술 확보가 가능하며 합성가스를 중장기적으로 석유화학 유래 제품 생산 기술로 확대가 가능함. ○ 화석연료로부터 blue 수소 생산에 대한 산업적 의미가 있을 규모로 기술적 실증을 함으로써 화석연료도 CO2-free가 가능함을 제시 - 합성가스를 통한 화석연료 활용 방식은 기존기술 중에서 CO2를 경제적으로 포집할 수 있는 기술 중 가장 현실적인 방안 중 하나임. 합성가스를 수소로 전환하는 과정에서 순도가 70% 이상인 CO2가 발생되므로 포집에 유리하고 포집된 CO2를 고순도로 분리하면 연료전지와 자동차용 수소연료로 사용이 가능함. - 전 세계적으로 점차 문제가 되고 있는 기존 방식의 gray 수소가 아닌 발생 CO2 전체를 경제적 가치가 있는 물질로 변환함으로써 blue 수소 형태로 활용하는 실증규모 기술을 확보하여 점차 타 화석연료 분야로 확대하는 계기가 될 수 있음.
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| 사회 경제적 파급효과 |
○ 중소/중견기업의 경쟁력 확보 가능한 전후방 파급효과가 큰 플랜트 산업으로서 효과 - 고품질 합성가스/수소 생산시스템의 핵심 단위 설비 설계/제작 기술 확보로 국내 기업들의 기술 경쟁력 향상 효과가 있음. - 기존 가스 플랜트 산업은 대기업 위주로 독과점 체계였으나, 본 과제에서 추진하는 모듈형 기반의 고체원료 20∼50톤/일급 분산형 합성가스 기반 수소 생산 플랜트는 중소/중견기업의 핵심 분야로 지속 성장이 가능하고 전방/후방 연관 산업군이 많으며 spin-off 적용 대상시장도 많아 국내 중소/중견업체에 대한 산업적 효과가 큼. ○ 고체원료 20∼50톤/일급 중소형 규모 플랜트에 대한 설계, 연속 운전기술 확보와 이를 통한 시스템 신뢰성 확보, 운전제어기술 및 원격 모니터링/제어/유지보수 기술 확보 등으로 해외시장 진출시 think tank 역할을 수행할 역량을 확보 - 20톤/일급 (수소 3톤/일급) 자체기술 능력 확보 및 scale-up 설계기술 확보하여 50톤/일급(수소 7.5톤/일급) 이상 단위 패키지 모듈화로 국내외 플랜트 시장 진출이 가능함. - 에너지 다변화에 대응하는 석유 코크스 유래 합성가스 생산 및 고부가가치화 이용 시스템의 국내 고유 모델 확보로 국내시장에서 해외 기술 잠식을 대체하고 국내 실증 실적으로 track record 확보 후 해외시장 진출에 효율적 지원이 가능함. ○ 합성가스 자체로는 국내 연료시장 다변화 및 가격 안정성 확보에 기여 - 정제된 합성가스는 LNG/산업용연료 대체연료로 사용이 가능하며, 저렴한 국내 가용한 저급연료를 사용한다면 세계적 유가 변동에 영향을 받지 않고 안정적으로 저가의 대체 에너지 확보가 가능함. 이를 통해서 국내 산업단지에서 발생하는 합성가스 플랜트 시장수요를 중국에 내주지 않고 국내기술과 국내기업이 대응 가능함. ○ 친환경 에너지 플랜트 기술개발과 실용화로 유해가스/미세먼지 저감과 상대적인 사회 수용성 제고 효과 - 석유 코크스 단순 연소기술 대비 수소 및 청정 합성가스 형태로 변환 이용을 통해 환경성 제고와 이에 따른 지역의 수용성 제고 가능함. - 본 과제에서 추진하는 수소생산 기술은 중간과정인 변환과 분리 단계에서 황성분은 1 ppm 이하, 분진 등 기타 불순물이 현재의 환경오염물질 규제수준보다 훨씬 낮아야만 하기때문에, 원리적으로 초청정 기술임. - 특히, 농도 최소 99% 이상으로 99.99%나 99.999%인 수소를 생산하고 dry ice급 CO2를 분리하는 기술이 개발되면 blue 수소개념이 적용된 환경적으로도 초청정인 기술이므로 사회수용성 제고에 큰 도움이 될것임. ○ 국내 에너지 다변화 정책에 실현가능한 대안 제시 - 국내 가용한 석유 코크스 자원의 효율적 이용을 위한 기술대안 제시 및 국외에서 저렴하게 수입이 가능한 석유 코크스 자원 활용도 가능함. - 탈원전, 재생가능 에너지 확대가 정착되기까지 요구되는 지역의 수소/청정에너지 수요를 흡수할 분산형 합성가스 기반 수소생산 플랜트 기술 제시가 가능함. - 수소경제 시대를 대비하여 수소연료전지 발전 및 수소 연료전지 자동차에 공급할 수 있는 저급자원 기반 수소 자원을 안정적으로 확보할 수 있으며, 향후 추세인 분산형 중소형 가스플랜트에 대한 국내 기술력 확보로 저렴화, 고효율화, 고이용율 추구가 가능함. ○ 2030년 이후 해외수소 도입에 대응한 자체기술력과 필요시 신속하게 대응할 능력을 보유하는 효과 - 해외 석유 코크스/석탄 보유국들과의 협조체계를 구축하여 현지에서 석유 코크스/석탄 가스화 기술 또는 장기적으로는 지중석탄가스화 기술에 의하여 고부가가치 수소 생산 및 액상 수소로 변환하여 수송하여 국내에 청정에너지인 수소공급이 가능함. ○ 환경친화적 처리를 통한 미세먼지 및 CO2 발생 저감 효과 - 미세먼지 2차 합성 원인물질인 NOx, SOx 발생을 최소화하여 기존 연소기술 대비 미세먼지 저감효과 확보가 가능함. - 공정 과정에서 연소 등 타 기술 대비해서 고농도인 CO2가 발생됨에 따라 CO2 포집이 상대적으로 용이한 플랜트로서 미래 CO2 포집이 의무화될 시점에 상당한 탄소 감축 효과가 기대되며 국제 사회 CO2 규제 강화에 현실적인 대응이 가능함. 단, 대형 발전소에서 발생하는 CO2 규모를 다 담당할 방안은 지하저장이나 해외 수송 외 방법은 현재 없는 상태로서, 본 과제에서 추진하는 수소 3∼30톤/일급 규모에서는 발생 CO2 전체를 활용이 가능함. - 화학제품에 원료로 공급되는 CO, H2의 대체하는 청정한 연료로서 합성가스 사용이 가능하고, 기존 처리기술 대비 환경친화적 기술로서 Near Zero Emission화로 환경부하 저감이 가능함. - 합성가스로 LNG를 대체하여 전력생산에 사용할 경우, LNG 발전에 근접하는 고청정 발전플랜트로서 장기적으로 기존 LNG 발전 대체가 가능함.
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| 활용방안 |
○ 국내 요소기술이나 단위공정기술 위주로 개발된 기술을 기반으로 scale-up 적용하여 실증플랜트에 대한 검증기술을 개발한 후 국내에 필요한 합성가스 활용 플랜트 또는 수소 생산 플랜트에 확대 적용 o 국내에서 실증플랜트에 대한 실적(Track record) 확보 후, 축적된 실적을 기반으로 인도, 베트남 등 국외 중소규모 시장 진출 및 사업을 확대한 후 대형 플랜트에 scale-up 적용·활용 o 개발되는 고도 정제 기술을 국내 중소규모 가스화 플랜트에 적용하여 국내 중소규모 시장 진입에 활용하여 기술실적을 축적하고 향후에는 바이오가스 정제 플랜트에도 적용·활용 o 저렴한 고체연료인 석유 코크스를 사용하여 국내 여러 산업단지의 중소？중견기업에 저렴한 청정연료가스로 활용하여 산업체 경쟁력을 강화○ 화석연료로부터 blue 수소 생산에 대한 산업적 의미가 있을 규모로 기술적 실증을 함으로써 화석연료도 CO2-free가 가능함을 제시 o 합성가스를 수소로 전환하는 과정에서 순도가 70% 이상인 CO2가 발생되므로 포집에 유리하고 포집된 CO2를 고순도로 분리하면 연료전지와 자동차용 수소연료로 사용이 가능한 개념을 실증 제시 o 화석연료를 사용할 때 문제가 되고 있는 기존 방식의 gray 수소가 아닌 발생 CO2 전체를 경제적 가치가 있는 물질로 변환함으로써 blue 수소 형태로 활용하는 실증규모 기술을 확보하여 점차 타 화석연료 분야로 확대하는 계기 제시○ 주요 단위 공정 기술(고도정제, 수성가스전환, 수소 분리 등)들과 연계하여 합성가스 플랜트 또는 수소생산 플랜트의 해외 수출 사업화 o 급부상하고 있는 중국 엔지니어링 능력에 대한 국내업계와 연계한 대응센터 역할을 제공하고 인도네시아 등 동남아, 몽골, 호주 등에 해외수출이 가능한 플랜트 기술로 활용 o 중소형 개질 및 분리 기술과 연계하여 공정의 운영 최적화 및 안정적인 운전 결과를 바탕으로 신뢰성 확보하고 각 요소기술에 대한 특허 확보를 통해 라이선스 보유 후 해외 중소형 수소 생산 프로젝트에 참여
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