KR20200118066A - 바이오매스가스화 발전시스템 및 발전방법 - Google Patents

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타케시 히로카네
토모아키 키리노
류타로 키무라
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미쯔비시 가스 케미칼 컴파니, 인코포레이티드
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Abstract

바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성하는 가스생성장치와, 이 가스생성장치에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성하는 내연기관과, 이 내연기관으로 생성된 동력으로부터 전력을 생성하는 발전기를 구비한 발전시스템으로서, 상기 발전시스템이, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성하는 수전해장치를 추가로 구비하고, 상기 가스화제가, 상기 수전해장치에서 생성된 산소를 포함하고, 상기 연료가스가, 상기 수전해장치에서 생성된 수소를 포함하고, 상기 가스화제 중의 산소농도가, 22체적% 이상 40체적% 이하인, 바이오매스가스화 발전시스템.

Description

바이오매스가스화 발전시스템 및 발전방법
본 발명은, 바이오매스가스화 발전시스템 및 발전방법에 관한 것이다.
생물유래자원인 바이오매스를 가스화하여 이용하는 방법이 제안되어 있다. 보다 상세하게는, 바이오매스에, 공기, 산소 또는 수증기 등으로 이루어지는 가스화제를 가스화로(爐)에 투입하여 가스화하면, 수소, 일산화탄소 및 이산화탄소를 주성분으로서 포함하는 합성가스가 생성된다. 생성된 합성가스는, 내연기관의 연료로서 이용된다. 여기서, 상기의 가스화에 의해, 통상, 합성가스와 함께, 탄화수소인 타르 등의 부생물이 동시에 생성된다. 생성된 타르 등은, 상기의 가스화로에 있어서의 기기 및 배관의 막힘의 원인이 되는 등, 부생물이 발생하는 것에 기인하는 문제가 발생한다.
특허문헌 1에는, 바이오매스 또는 유기성 폐기물을 소정온도에서 탄화처리하여 얻은 탄화물을 얻는 탄화장치와, 이 탄화장치에 의해 얻어진 탄화물과, 수증기와, 공기를 열분해가스화로 내에 투입하여 가연성 가스를 얻는 열분해가스화 장치를 구비한 열분해가스화 시스템이 개시되어 있다. 이 문헌에는, 유기성 폐기물의 성상에 따른 탄화처리를 행하기 때문에, 타르분의 발생이 억제되고, 수율이 높은 등의 최적인 성상의 가연성 가스가 얻어지는 것, 더 나아가 이 가연성 가스는, 내연기관을 구동원으로 하여 발전기를 구동가능하며, 컴팩트하고 저렴한 장치에 의해 중소규모로 발전(發電)할 수 있는 것이 개시되어 있다. 또한, 이 문헌에는, 생성되는 가연성 가스의 농도를 높이기 위해, 공기를 대신하여, 압력스윙흡착장치(PSA)에 의해 생성된 산소부화공기를 투입할 수도 있는 것이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 간헐성 재생가능 에너지원을 이용하여, 수소 및 산소를 생산하기 위한 에너지를 발생시키는 스텝과, 에너지의 적어도 일부분을 생산시스템으로 이동시켜, 수소 및 산소를 생산하는 스텝과, 수소를 수소운반시스템으로부터 발전시스템 또는 수소저장시스템 중의 적어도 하나로 운반하도록 구성된 수소운반시스템에 대하여 수소의 적어도 일부분을 유도하는 스텝과, 산소의 적어도 일부분을, 산소를 산소운반시스템으로부터 바이오매스가스화 시스템으로 운반하도록 구성된 산소운반시스템에 유도하여, 바이오매스원료의 부분산화에 의해 합성가스를 생산하는 스텝과, 합성가스의 적어도 일부분을 발전시스템에 유도하여, 그에 따라 전력을 생산하는 스텝을 포함하는 수소와 전력의 공생산방법이 개시되어 있다.
일본특허공개 2004-035837호 공보 일본특허공표 2007-525555호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 열분해가스화 시스템에서는, 타르분의 발생을 억제하는 등의 관점에서, 바이오매스 등을 가스화에 최적인 성상으로 하기 위해 300℃이상의 고온에서 탄화처리를 할 필요가 있어, 시스템 전체에서의 에너지효율은 충분하지는 않다. 또한, 이 문헌에서는, 내연기관에 의해 생성된 가연성 가스로부터 동력을 생성하고, 생성된 동력을 이용하여 발전기를 구동하고 있는데, 발전시스템으로서 실용화하기 위해서는 한층 동력을 향상시킬 필요가 있다.
특허문헌 2에 기재된 수소와 전력의 공생산방법에 대해서는, 실시예에서 실증되어 있지 않고, 공생산방법에 이용되는 산소에 있어서의 산소농도에 대하여 검토되어 있지 않다.
이에, 본 발명은, 바이오매스로부터 가연성 가스를 생성할 때에, 가연성 가스의 수율을 향상할 수 있음과 함께, 발전기를 구동하기 위한 동력을 한층 향상가능한 발전시스템 및 발전방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 상기 과제를 해결하기 위해, 예의 연구를 진행한 결과, 바이오매스를 이용하여 전력을 생성하는 발전시스템에 있어서, 수전해에 의해 생성된 산소를, 바이오매스로부터 가연성 가스를 생성하기 위한 가스화제로서 포함시키고, 또한 수전해에 의해 생성된 수소를, 동력을 생성하기 위한 연료가스로서, 상기 가연성 가스와 함께 포함시키고, 가스화제 중의 산소농도를 소정범위 내로 하는 구성으로 하면, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
구체적으로는, 하기 수단에 의해, 달성되었다.
<1> 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성하는 가스생성장치(가스생성수단)와, 이 가스생성장치에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성하는 내연기관과, 이 내연기관에서 생성된 동력으로부터 전력을 생성하는 발전기를 구비한 발전시스템으로서, 상기 발전시스템이, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성하는 수전해장치를 추가로 구비하고, 상기 가스화제가, 상기 수전해장치에서 생성된 산소를 포함하고, 상기 연료가스가, 상기 수전해장치에서 생성된 수소를 포함하고, 상기 가스화제 중의 산소농도가, 22체적% 이상 40체적% 이하인, 바이오매스가스화 발전시스템.
<2> 상기 수전해장치에서 생성된 산소를 상기 가스생성장치에 공급하는 산소공급장치(산소공급수단)와, 상기 수전해장치에서 생성된 수소를 상기 내연기관에 공급하는 수소공급장치를 추가로 구비하는, <1>에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템.
<3> 상기 바이오매스가, 식물유래의 바이오매스인, <1> 또는 <2>에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템.
<4> 상기 식물유래의 바이오매스가, 목질계 바이오매스, 초본계 바이오매스, 식물잔재 및 식품잔사 중 적어도 1종을 포함하는, <1>~<3> 중 어느 하나에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템.
<5> 상기 바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상인, <1>~<4> 중 어느 하나에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템.
<6> 상기 바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상 60질량% 이하인, <1>~<4> 중 어느 하나에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템.
<7> 상기 연료가스 중의 수소농도가, 15체적% 이상 50체적% 이하인, <1>~<6> 중 어느 하나에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템.
<8> 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성하는 가스생성공정과, 이 가스생성공정에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성하는 동력생성공정과, 이 동력생성공정에 의해 생성된 동력으로부터 전력을 생성하는 전력생성공정을 포함하는 발전방법으로서, 상기 발전방법이, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성하는 수전해공정을 추가로 포함하고, 상기 가스화제가, 상기 수전해공정에 의해 생성된 산소를 포함하고, 상기 연료가스가, 상기 수전해공정에서 생성된 수소를 포함하고, 상기 가스화제 중의 산소농도가, 22체적% 이상 40체적% 이하인, 발전방법.
<9> 상기 가스생성공정이, 가스생성장치에 의해 행해지고, 상기 동력생성공정이, 내연기관에 의해 행해지고, 상기 발전방법이, 상기 수전해공정에 의해 생성된 산소를 상기 가스생성장치에 공급하는 산소공급공정과, 상기 수전해공정에 의해 생성된 수소를 상기 내연기관에 공급하는 수소공급공정을 추가로 구비하는, <8>에 기재된 발전방법.
<10> 상기 바이오매스가, 식물유래의 바이오매스인, <8> 또는 <9>에 기재된 발전방법.
<11> 상기 식물유래의 바이오매스가, 목질계 바이오매스, 초본계 바이오매스, 식물잔재 및 식품잔사 중 적어도 1종을 포함하는, <8>~<10> 중 어느 하나에 기재된 발전방법.
<12> 상기 바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상인, <8>~<11> 중 어느 하나에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템.
<13> 상기 바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상 60질량% 이하인, <8>~<11> 중 어느 하나에 기재된 발전방법.
<14> 상기 연료가스 중의 수소농도가, 15체적% 이상 50체적% 이하인, <8>~<13> 중 어느 하나에 기재된 발전방법.
<15> <1>~<7> 중 어느 하나에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템을 이용하는, <8>~<14> 중 어느 하나에 기재된 발전방법.
본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성하는 가스생성장치(가스발생수단)와, 가스생성장치에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성하는 내연기관과, 내연기관에서 생성된 동력으로부터 전력을 생성하는 발전기를 구비한 발전시스템이다. 발전시스템은, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성하는 수전해장치를 추가로 구비하고, 가스화제는, 수전해장치에서 생성된 산소를 포함하고, 연료가스는, 수전해장치에서 생성된 수소를 포함한다. 가스화제 중의 산소농도는, 22체적% 이상 40체적% 이하이다.
특허문헌 1에 기재된 열분해가스화 시스템은, 바이오매스를 가스화에 최적인 성상으로 하기 위해 300℃이상의 고온에서 탄화처리를 할 필요가 있는 점에서, 탄화장치가 필수이다. 이 때문에, 특허문헌 1에 기재된 열분해가스화 시스템에서는, 시스템 전체가 대형화되거나, 복잡화되거나 하는 것에 더하여, 바이오매스의 탄화에 에너지를 소비하기 때문에 에너지효율이 충분하지는 않다는 문제가 있다. 이에 반해, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 수전해장치에 의해 생성된 산소를, 바이오매스로부터 가연성 가스를 생성하기 위한 가스화제로서 포함시키는 구성으로 한다. 이에 따라, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 탄화장치를 필요로 하는 일 없이, 바이오매스를 안정적으로 가스화할 수 있고, 그 결과, 시스템 전체를 소형화하거나, 간략화하거나 할 수 있다. 또한, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 수전해를 이용하여 가스화제 중의 산소농도를 높임으로써, 가스화제 중의 질소농도를 낮출 수 있고, 가연성 가스의 수율을 향상할 수 있다. 또한, 특허문헌 1에 기재된 열분해가스화 시스템에서는, 생성된 가연성 가스로부터, 동력을 생성하고, 생성된 동력을 이용하여 발전기를 구동하고 있는데, 발전시스템으로서 실용화하기 위해서는 한층 동력을 향상시킬 필요가 있다. 이에 반해, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 수전해에 의해 생성된 수소를, 동력을 생성하기 위한 연료가스로서 포함시키는 구성으로 함으로써, 발전기를 구동하기 위한 동력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 수전해장치에 의해 생성된 산소를, 상기 가스화제로서 포함시킴으로써, 바이오매스로부터 가연성 가스로의 생성을 효율좋게 행할 수 있으므로, 예를 들어, 타르 등의 부생물의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 특허문헌 1에는, 생성되는 가연성 가스의 농도를 높이기 위해, 압력스윙흡착장치(PSA)에 의해 생성된 산소부화공기를 투입할 수도 있는 것이 개시되어 있다. 압력스윙흡착장치는, 고압의 조건하에 의한 흡착제의 흡착과, 저압의 조건하에 의한 탈착을 반복함으로써, 산소가스, 수소가스 등의 특정 가스의 선택적 회수를 행하는 장치이다. 이에, 특허문헌 1과 같이, 가연성 가스의 농도를 높이기 위해, 압력스윙흡착장치를 이용하는 것도 생각된다. 그러나, 압력스윙흡착장치를 이용한 시스템은, 상기의 가스의 선택적 회수를 행하기 위해 흡착조를 복수 마련하거나, 흡착조에 의해 취출된 가스를 저장하기 위한 버퍼탱크를 마련하거나 할 필요가 있으므로, 소형화에 대응하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 압력스윙흡착장치(PSA)를 이용한 시스템은, 산소가스를 선택적으로 회수하는 산소가스용의 압력스윙흡착장치와, 수소가스를 선택적으로 회수하는 수소가스용의 압력스윙흡착장치의 2종류를 준비할 필요가 있어, 소형화에 한층 대응할 수 없을 뿐만 아니라, 시스템 전체로서의 비용, 생산효율 등이 충분하지는 않다는 문제점도 생긴다. 이에 반해, 본 발명에서는, 생성되는 가연성 가스의 농도를 높이기 위해, 수전해장치를 이용하고 있으며, 수전해조의 크기를 적당히 조정함으로써 수전해장치의 소형화에 대응가능한 점에서, 바이오매스가스화 발전시스템 전체로서의 소형화가 가능하다. 또한, 본 발명에서는, 수전해장치에 의해 산소가스와 수소가스를 생성가능하며, 산소가스생성용과 수소가스생성용으로 개별로 생성장치를 준비할 필요도 없으므로, 비용, 생산효율이 우수하다는 이점도 구비한다.
본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템에 있어서, 가스화제 중의 산소농도는, 22체적% 이상 40체적% 이하이다. 바이오매스가스와 가스화제와의 반응은, 통상, 바이오매스가스 중의 탄화수소가, 가스화제 중의 산소에 의해 산화반응하여, 가연성 가스인 일산화탄소를 생성한다. 이 때문에, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 가스화제 중의 산소농도가, 22체적% 이상이면, 상기의 산화반응이 진행되기 쉬워져, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다. 한편, 가스화제 중의 산소농도가, 40체적% 이상이 되면 바이오매스가스 중의 탄화수소가 더욱 산화반응하여 불연성 가스인 이산화탄소를 생성하기 쉬워지고, 가연성 가스의 수율이 저하되기 쉽다. 또한, 가스화제 중의 산소농도가 40체적% 이하이면, 가스생성장치에서의 국소적인 연소가 일어나기 어려워, 안정된 가스화를 달성할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 가스화제 중의 산소농도가 상기 범위 내임으로써, 가연성 가스의 수율을 향상할 수 있음과 함께, 발전기를 구동하기 위한 동력을 한층 향상가능하다.
본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 수전해장치에서 생성된 산소를 가스생성장치에 공급하는 산소공급장치(산소공급수단)와, 수전해장치에서 생성된 수소를 내연기관에 공급하는 수소공급장치(수소공급수단)를 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 산소공급장치 및 수소공급장치를 각각 구비함으로써, 수전해장치에서 생성된 수소 및 산소를, 각각 누설이 없도록 안정적으로 가스생성장치 및 내연기관에 공급할 수 있으므로, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있음과 함께, 발전기를 구동하기 위한 동력을 한층 향상할 수 있다.
한편, 산소공급장치 및 수소공급장치를 각각 구비한다는 것은, 산소공급을 행하는 부분과, 수소공급을 행하는 부분이 독립되어 있는 것을 의미하고, 양자가 동일한 장치 중에서 독립적으로 배치되어 있는 경우도 포함하는 것은 말할 필요도 없다.
수전해장치는, 태양광발전이나 풍력발전 등의 변동전원에 의해 생성된 전력을 이용하여 수전해하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 수전해장치가 변동전원에 의해 생성된 전력을 이용하여 수전해함으로써, 수전해장치를 구동하기 위해 필요한 외부로부터의 전력소비량을 억제할 수 있으므로, 바이오매스가스화 발전시스템 전체에서의 에너지효율을 한층 향상할 수 있다. 또한, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템에서 생성되는 전력은 제어가능한 점에서, 변동전원에 의해 생성된 변동전력을 사용하여 제어전력을 생성할 수 있다.
바이오매스는, 식물유래의 바이오매스인 것이 바람직하다. 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 바이오매스로서, 식물유래의 바이오매스를 이용하면, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다.
바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 60질량% 이하인 것이 바람직하다. 물함유량이 큰 바이오매스를 이용하면, 물함유량이 큰 것에 기인하여, 예를 들어, 바이오매스 및 가스화제를 반응시키는 반응계의 온도를 한층 높일 필요가 있으며, 더 나아가 반응계에 있어서 국소적으로 온도가 저하될 우려가 있다. 이에 반해, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 바이오매스 중의 물함유량이 60질량% 이하이면, 반응계의 온도를 과도하게 높일 필요가 없고, 더 나아가 국소적으로 온도가 저하되기 어려워 원활하게 반응이 진행되기 쉬우므로, 시스템 전체에서의 에너지효율을 한층 향상할 수 있음과 함께, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다. 상기 반응을 원활하게 진행하기 쉬운 관점에서, 바이오매스 중의 물함유량이 작은 편이 바람직한데, 바이오매스 중의 물함유량을 한없이 작게 하기 위한 수분을 제거하는 처리에 번잡한 처리공정을 필요로 한다. 이에 반해, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템에서는, 바이오매스 중의 물함유량을 10질량% 이상 포함하고 있어도, 충분히 상기 반응이 원활하게 진행되고, 시스템 전체에서의 에너지효율을 한층 향상할 수 있고, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다. 따라서, 바이오매스 중의 물함유량이 10질량% 이상인 것은, 복잡한 처리공정을 필요로 하지 않고, 제조비용을 삭감할 수 있는 관점에서 유리하다.
본 명세서에 있어서, 바이오매스 중의 물함유량은, 하기 식으로 표시되는 습량 기준에 따라 산출된다.
물함유량(질량%)=X/Y×100
X: 바이오매스 중의 물의 질량
Y: 바이오매스의 질량
이 물함유량은, 가스생성장치에 투입하기 직전의 값이며, 25℃에서 측정된다.
연료가스 중의 수소농도는, 15체적% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 50체적% 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 연료가스 중의 수소농도가 15체적% 이상이면, 발전기를 구동하기 위한 동력을 한층 향상시킬 수 있다. 한편, 연료가스 중의 수소농도가 50체적% 이하이면, 내연기관에서 안정적으로 연소시킬 수 있다.
본 발명의 발전방법은, 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성하는 가스생성공정과, 가스생성공정에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성하는 동력생성공정과, 동력생성공정에 의해 생성된 동력으로부터 전력을 생성하는 전력생성공정을 포함하는 발전방법이다. 발전방법은, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성하는 수전해공정을 추가로 포함하고, 가스화제는, 수전해공정에 의해 생성된 산소를 포함하고, 연료가스는, 수전해공정에서 생성된 수소를 포함하고, 가스화제 중의 산소농도가, 22체적% 이상 40체적% 이하이다.
한편, 본 명세서에 있어서 「공정」이라는 말은, 독립된 공정뿐만 아니라, 다른 공정과 명확히 구별할 수 없는 경우여도 그 공정의 소기의 작용이 달성되면, 본 용어에 포함된다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한, 본 발명의 발전방법은, 상술한 바이오매스가스화 발전시스템과 바람직한 범위 등은 동일하다.
본 발명의 발전방법은, 수전해공정에 의해 생성된 산소를, 바이오매스로부터 가연성 가스를 생성하기 위한 가스화제로서 포함시키는 구성으로 함으로써, 바이오매스 등을 안정적으로 가스화할 수 있다. 또한, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 수전해를 이용하여 가스화제 중의 산소농도를 높임으로써, 가스화제 중의 질소농도를 낮출 수 있고, 가연성 가스의 수율을 향상할 수 있다. 이는, 고온에서 바이오매스 등에 탄화처리를 하는 방법과 비교하여, 에너지소비량을 억제할 수 있으므로, 시스템 전체에서의 에너지효율을 향상시킬 수 있다. 나아가, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템은, 수전해공정에 의해 생성된 수소를, 동력을 생성하기 위한 연료가스로서 포함시키는 구성으로 함으로써, 발전기를 구동하기 위한 동력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 발전방법에 있어서, 가스화제 중의 산소농도는, 22체적% 이상 40체적% 이하이다. 본 발명의 발전방법은, 가스화제 중의 산소농도가 22체적% 이상이면, 산화반응이 진행되기 쉬워지고, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다. 한편, 본 발명의 발전방법은, 가스화제 중의 산소농도가 40체적% 이하이면, 가스생성장치에서의 국소적인 연소가 일어나기 어려워, 안정된 가스화를 달성할 수 있다. 이 때문에, 본 발명의 발전방법은, 가스화제 중의 산소농도가 상기 범위 내임으로써, 가연성 가스의 수율을 향상할 수 있음과 함께, 발전기를 구동하기 위한 동력을 한층 향상가능하다.
가스생성공정은, 가스생성장치에 의해 행해지고, 동력생성공정이, 내연기관에 의해 행해지는 것이 바람직하다. 또한, 발전방법은, 수전해공정에 의해 생성된 산소를 가스생성장치에 공급하는 산소공급공정과, 수전해공정에 의해 생성된 수소를 내연기관에 공급하는 수소공급공정을 추가로 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명의 발전방법은, 산소공급공정 및 수소공급공정을 각각 구비함으로써, 수전해공정에 의해 생성된 수소 및 산소를, 각각 누설이 없도록 안정적으로 가스생성장치 및 내연기관으로 공급할 수 있으므로, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있음과 함께, 발전기를 구동하기 위한 동력을 한층 향상할 수 있다.
수전해공정은, 태양광발전이나 풍력발전 등의 변동전원에 의해 생성된 전력을 이용하여 수전해하는 것이 바람직하다. 본 발명의 발전방법은, 수전해공정이 변동전원에 의해 생성된 전력을 이용하여 수전해하면, 수전해에 필요한 외부로부터의 전력을 억제할 수 있으므로, 발전방법 전체에서의 에너지효율을 한층 향상할 수 있다. 나아가, 본 바이오매스가스화 발전시스템에서 생성되는 전력은 제어가능한 점에서, 변동전원에 의해 생성된 변동전력을 사용하여 제어전력을 생성할 수 있다.
바이오매스는, 식물유래의 바이오매스인 것이 바람직하다. 본 발명의 발전방법은, 바이오매스로서, 식물유래의 바이오매스를 이용하면, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다.
바이오매스 중의 물함유량은, 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 60질량% 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 발전방법은, 바이오매스 중의 물함유량이 60질량% 이하이면, 반응계의 온도를 과도하게 높일 필요가 없고, 더 나아가 국소적으로 온도가 저하되기 어려워 원활하게 반응이 진행되기 쉬우므로, 발전방법 전체에서의 에너지효율을 한층 향상할 수 있음과 함께, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다. 상기 반응을 원활하게 진행하기 쉬운 관점에서, 바이오매스 중의 물함유량이 작은 편이 바람직한데, 바이오매스 중의 물함유량을 한없이 작게 하기 위한 수분을 제거하는 처리에 번잡한 처리공정을 필요로 한다. 이에 반해, 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템에서는, 바이오매스 중의 물함유량을 10질량% 이상 포함하고 있어도, 충분히 상기 반응이 원활하게 진행되고, 시스템 전체에서의 에너지효율을 한층 향상할 수 있어, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다. 따라서, 바이오매스 중의 물함유량이 10질량% 이상인 것은, 복잡한 처리공정을 필요로 하지 않고, 제조비용을 삭감할 수 있는 관점에서 유리하다.
연료가스 중의 수소농도는, 15체적% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 50체적% 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 발전방법은, 연료가스 중의 수소농도가 15체적% 이상이면, 전력생성공정을 위한 동력을 한층 향상시킬 수 있다. 한편, 본 발명의 발전방법은, 연료가스 중의 수소농도가 50체적% 이하이면, 내연기관에서 안정적으로 연소시킬 수 있다.
발전방법은, 본 발명의 발전시스템을 이용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 바이오매스로부터 가연성 가스를 생성할 때에, 가연성 가스의 수율을 향상할 수 있음과 함께, 발전기를 구동하기 위한 동력을 한층 향상가능한 발전시스템 및 발전방법을 제공가능하다.
도 1은 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 간단히 「본 실시형태」라고 한다.)에 대하여 설명한다. 한편, 이하의 본 실시형태는, 본 발명을 설명하기 위한 예시이며, 본 발명은 본 실시형태만으로 한정되지 않는다.
[바이오매스가스화 발전시스템(1)]
도 1은, 본 실시형태의 바이오매스가스화 발전시스템의 구성의 일례를 나타내는 모식도이다. 도 1에 나타내는 바이오매스가스화 발전시스템(1)은, 가스생성장치(2)와, 내연기관(3)과, 발전기(4)와, 수전해장치(5)와, 산소공급장치(6)와, 수소공급장치(7)를 구비하고 있다. 가스생성장치(2)는, 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성한다. 내연기관(3)은, 가스생성장치(2)에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성한다. 발전기(4)는, 내연기관(3)에서 생성된 동력으로부터 전력을 생성한다. 수전해장치(5)는, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성한다. 산소공급장치(6)는, 수전해장치(5)에서 생성된 산소를 가스생성장치(2)에 공급한다. 수소공급장치(7)는, 수전해장치(5)에서 생성된 수소를 내연기관(3)에 공급한다. 한편, 본 실시형태에 있어서, 산소공급장치(6) 및 수소공급장치(7)는, 임의의 구성요소이다.
(가스생성장치(2))
가스생성장치(2)로는, 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성가능하면 특별히 한정되지 않는다. 가스생성장치(2)의 구체예로는, 가스화로인 것이 바람직하다. 가스화로의 형식으로는, 고정상(床)형식, 유동상형식, 분류(噴流)상형식, 로터리킬른식 등을 들 수 있고, 가스화로의 형식은, 장치비용 및 소형화의 관점에서, 고정상형식인 것이 바람직하다. 고정상형식은, 통상, 바이오매스 및 가스화제가 동일방향으로 흐르는 다운드래프트식과, 바이오매스 및 가스화제가 역방향으로 흐르는 업드래프트식으로 분류되고, 고정상형식은, 가연성 가스 중에 타르 등의 부생물을 생성하기 어려운 관점에서, 다운드래프트식인 것이 바람직하다.
다운드래프트식의 가스화로는, 예를 들어, 노내 최상부에 형성된 열분해층과, 열분해층 하에 형성된 연소층과, 연소층 하에 형성된 환원층을 포함한다. 열분해층에서는, 200~600℃의 온도에서, 바이오매스가 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 수소, 물, 차(char), 타르, 회분 등으로 열분해된다. 연소층에서는, 600~1300℃의 온도에서, 차, 타르, 수소, 일산화탄소 등이, 일산화탄소, 이산화탄소, 물 등으로 산화된다. 환원층에서는, 600~800℃의 온도에서, 차가 이산화탄소나 물과 반응하거나, 메탄이 물과 반응하거나 함으로써, 일산화탄소 및 수소 등의 가연성 가스가 생성된다.
(내연기관(3))
내연기관(3)으로는, 가스생성장치(2)에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성가능하면 특별히 한정되지 않는다. 내연기관(3)의 구체예로는, 가스엔진, 가솔린엔진, 디젤엔진, 가스터빈 등을 들 수 있다. 내연기관(3)은, 예를 들어, 발전기(4)에 접속한 회전부와, 회전부를 회전시키기 위한 구동축을 구비하고 있다. 내연기관(3)이, 연료가스를 연소시켜 발생한 에너지를 구동축의 회전에너지로 변환하고, 회전부가 회전함으로써, 발전기(4)가 발전한다. 또한, 내연기관(3)은, 예를 들어, 배기가스라인을 구비하고 있으며, 내연기관(3)은, 연료가스를 연소하여 생성되는 배기가스를 배기가스라인으로부터 배출한다.
(발전기(4))
발전기(4)로는, 내연기관(3)에서 생성된 동력으로부터 전력을 생성가능하면 특별히 한정되지 않는다. 발전기(4)는, 예를 들어, 내연기관(3)의 회전부와 접속하고 있으며, 내연기관(3)에서 발생한 회전에너지에 의해 회전부가 회전함으로써 발전한다.
(수전해장치(5))
수전해장치(5)로는, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성가능한 장치이면 특별히 한정되지 않는다. 수전해장치(5)는, 예를 들어, 알칼리수용액을 전해질로서 수전해를 행하는 알칼리수전해장치, 이온교환막을 전해질로서 수전해를 행하는 고체고분자 수전해장치 등을 들 수 있고, 이들 장치는, 예를 들어, 시판의 장치가 이용된다. 이들 중에서도, 생성효율의 관점에서, 고체고분자 수전해장치인 것이 바람직하다. 고체고분자 수전해장치는, 예를 들어, 수전해조와, 물공급장치(물공급수단)와, 전력공급장치(전력공급수단)와, 제1의 기액분리장치(제1의 기액분리수단)와, 제2의 기액분리장치(제2의 기액분리수단)를 구비하고 있을 수도 있다. 수전해조는, 예를 들어, 고체고분자 전해질막과, 고체고분자 전해질막의 양면에 형성된 금속전극을 갖는 수전해막, 그리고 수전해막에 의해 가로막힌 양극실 및 음극실을 구비하고 있을 수도 있다. 물공급장치는, 예를 들어, 수전해조에 물을 공급한다. 전력공급장치는, 예를 들어, 수전해조 내의 수전해막의 금속전극에 전력을 공급한다. 제1의 기액분리장치는, 예를 들어, 수전해조의 양극실에 있어서 물의 전기분해에 의해 발생한 산소와 물의 혼합물을, 산소가스와 물로 분리한다. 제2의 기액분리장치는, 예를 들어, 수전해조의 음극실에 있어서 물의 전기분해에 의해 발생한 수소와 물의 혼합물을, 수소가스와 순수로 분리한다. 고체고분자 수전해장치가 상기의 구성인 경우, 수전해조의 양극실에서 생성된 산소가스는, 물과 함께 제1의 기액분리장치에 유입되고, 제1의 기액분리장치의 분리실 내에 있어서 산소가스가 물로부터 분리되어 분리실의 상부에 머문다. 한편, 수전해조의 음극실에서 생성된 수소가스는, 물과 함께 제2의 기액분리장치에 유입되고, 제2의 기액분리장치의 분리실 내에 있어서 수소가스가 물로부터 분리되어 분리실의 상부에 머문다. 여기서, 각 기액분리장치에서 산소가스 또는 수소가스와 분리된 물은, 각 분리실의 바닥부측에 머무르고, 배출밸브를 개재하여 배출된다. 상기의 고체고분자 수전해장치는, 이와 같이 하여, 물로부터 산소 및 수소를 고순도로 취출할 수 있다.
(산소공급장치(6))
산소공급장치(6)로는, 수전해장치(5)에서 생성된 산소를 가스생성장치(2)에 공급가능하면 특별히 한정되지 않는다. 산소공급장치(6)는, 예를 들어, 수전해장치(5)와 가스생성장치(2)를 연결하고, 수전해장치(5)에서 생성된 산소를 공급하는 공급관을 구비할 수도 있다. 산소공급장치(6)는 상기 공급관과 수전해장치의 사이에 산소를 저장하기 위한 탱크를 구비하고 있을 수도 있다. 산소공급장치(6)는, 필요에 따라, 상기의 공급관의 도중에 마련되고, 산소의 공급을 시동 또는 정지하기 위한 개폐밸브와, 상기의 공급관의 도중에 마련되고, 산소의 유량을 계측하기 위한 유량계와, 이 유량계의 계측값에 기초하여 산소의 유량을 제어하기 위한 제어장치를 구비할 수도 있다.
(수소공급장치(7))
수소공급장치(7)로는, 수전해장치(5)에서 생성된 산소를 내연기관(3)에 공급가능하면 특별히 한정되지 않는다. 수소공급장치(7)는, 예를 들어, 수전해장치(5)와 내연기관(3)을 연결하고, 수전해장치(5)에서 생성된 수소를 공급하는 공급관을 구비할 수도 있다. 수소공급장치(7)는, 상기 공급관과 수전해장치와의 사이에 수소를 저장하기 위한 탱크를 구비하고 있을 수도 있다. 수소공급장치(7)는, 필요에 따라, 상기의 공급관의 도중에 마련되고, 수소의 공급을 시동 또는 정지하기 위한 개폐밸브와, 상기의 공급관의 도중에 마련되고, 수소의 유량을 계측하기 위한 유량계와, 이 유량계의 계측값에 기초하여 수소의 유량을 제어하기 위한 제어장치를 구비할 수도 있다.
[발전방법]
본 실시형태의 발전방법은, 예를 들어, 도 1에 나타낸 바이오매스가스화 발전시스템(바이오매스가스화 발전장치)(1)을 이용하여 행해진다. 단, 본 실시형태의 발전방법은, 도 1에 나타낸 바이오매스가스화 발전시스템(바이오매스가스화 발전장치)(1)을 이용하는 것에 한정되지 않는다. 본 실시형태의 발전방법은, 가스생성공정과, 동력생성공정과, 전력생성공정과, 수전해공정과, 산소공급공정과, 수소공급공정을 포함한다. 가스생성공정은, 예를 들어, 가스생성장치(2)에 의해, 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성한다. 동력생성공정은, 예를 들어, 내연기관(3)을 이용하여, 가스생성공정에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성한다. 전력생성공정은, 예를 들어, 발전기(4)를 이용하여, 동력생성공정에 의해 생성된 동력으로부터 전력을 생성한다. 수전해공정은, 예를 들어, 수전해장치(5)를 이용하여, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성한다. 산소공급공정은, 예를 들어, 산소공급수단(6)을 이용하여, 수전해공정에 의해 생성된 산소를 가스생성장치(2)에 공급한다. 수소공급공정은, 예를 들어, 수소공급장치(7)를 이용하여, 수전해공정에 의해 생성된 수소를 내연기관(3)에 공급한다. 한편, 본 실시형태에 있어서, 산소공급공정 및 수소공급공정은, 임의의 구성요소이다.
본 실시형태의 발전방법은, 우선, 수전해공정에 있어서, 수전해장치(5)를 이용하여 산소 및 수소를 생성한다. 다음에, 산소공급공정에 있어서, 생성된 산소를, 산소공급장치(6)를 개재하여 가스생성장치(2)에 공급함으로써, 생성된 산소가, 바이오매스로부터 가연성 가스를 생성하기 위한 가스화제에 포함된다. 다음에, 가스생성공정에 있어서, 가스생성장치(2)에 의해, 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성한다. 다음에, 수소공급공정에 있어서, 생성된 수소를, 수소공급장치(7)를 개재하여 내연기관(3)에 공급함으로써, 생성된 수소가, 가스생성공정에 의해 생성된 가연성 가스와 함께 연료가스에 포함된다. 다음에, 동력생성공정에 있어서, 내연기관(3)에 의해, 연료가스로부터 동력을 생성한다. 다음에, 전력생성공정에 있어서, 발전기(4)에 의해, 동력생성공정에 의해 생성된 동력을 전력으로 생성한다.
본 실시형태의 발전시스템 및 발전방법은, 가스화제에, 수전해장치(5)(수전해공정)에 의해 생성된 산소가 포함되는 구성으로 함으로써, 가스생성장치(2)(가스생성공정)에 의해 생성된 가연성 가스의 수율을 향상할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 발전시스템 및 발전방법은, 수전해를 이용하여 가스화제 중의 산소농도를 높임으로써, 바이오매스 등을 가스화에 최적인 성상으로 하고 있으며, 고온에서 바이오매스 등에 탄화처리를 하는 방법과 비교하여, 에너지소비량을 억제할 수 있으므로, 시스템 전체에서의 에너지효율을 향상할 수 있다. 나아가, 본 실시형태의 발전시스템 및 발전방법은, 연료가스에, 수전해장치(5)(수전해공정)에 의해 생성된 수소가 포함되는 구성으로 함으로써, 발전기(4)를 구동하기 위한 동력을 향상할 수 있다.
(바이오매스)
본 실시형태의 바이오매스가스화 발전시스템에 이용되는 바이오매스로는, 재생가능한, 생물유래의 유기성 자원으로 화석자원을 제외한 것을 널리 채용할 수 있고, 식물유래의 바이오매스일 수도 있고, 동물유래의 바이오매스일 수도 있는데, 가연성 가스의 수율을 한층 향상시키는 관점에서, 식물유래의 바이오매스인 것이 바람직하다. 식물유래의 바이오매스로는, 예를 들어, 삼목(杉)칩, 삼목바크, 화이트펠릿 등의 목질계 바이오매스, 대나무, 겉겨, 버개스, 비트펄프, 밀짚, 콘스토버, 볏짚, 카사바 찌꺼기 등의 초본계 바이오매스, 과실피 등의 식물잔재, 커피볶은 찌꺼기, 차 찌꺼기, 소맥밀기울 등의 식품잔사 등을 들 수 있다.
또한, 바이오매스는, 폐기물계 바이오매스, 미이용 바이오매스 및 자원작물 등으로 분류할 수도 있다. 폐기물계 바이오매스에는, 폐기되는 종이, 가축배설물, 식품폐기물, 건설발생목재, 제재공장잔재, 하수오니 등이 포함되고, 미이용 바이오매스에는, 볏짚·밀짚·겉겨 등이, 자원작물에는, 사탕수수나 옥수수 등, 에너지나 제품의 제조를 목적으로 재배되는 식물이 포함된다.
이들 바이오매스는, 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 조합하여 이용된다.
바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 60질량% 이하인 것이 바람직하다. 본 실시형태의 바이오매스가스화 발전시스템 및 발전방법은, 바이오매스 중의 물함유량이 60질량% 이하이면, 반응계의 온도를 과도하게 높일 필요가 없고, 더 나아가 국소적으로 온도가 저하되기 어려워 원활하게 반응이 진행되기 쉬우므로, 시스템 전체 또는 공정 전체에서의 에너지효율을 한층 향상할 수 있음과 함께, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다. 동일한 관점에서, 바이오매스 중의 물함유량은, 13질량% 이상인 것이 보다 바람직하고, 15질량% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 바이오매스 중의 물함유량은, 또한, 50질량% 이하인 것이 보다 바람직하고, 40질량% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
(가스화제)
본 실시형태의 가스화제는, 수전해장치에서 생성된 산소를 포함하고, 필요에 따라, 외부로부터의 산소함유가스를 포함할 수도 있다. 산소함유가스로는, 공기, 산소부화공기, 순산소 등을 들 수 있다. 가스화제는, 바이오매스를 가스화하기 위한 제이며, 예를 들어, 산소, 공기, 혹은 이들의 혼합물, 또는 산소, 공기, 혹은 이들의 혼합물에 수증기를 첨가한 것을 들 수 있다. 특히, 가스화제는, 산소, 공기 및 수증기의 합계가 가스화제의 99체적% 이상을 차지하는 것이 바람직하다.
상술한 산소공급공정에 있어서, 수전해에 의해 생성된 산소를 가스생성장치에 공급하는 방법으로는, 예를 들어, 외부로부터의 산소함유가스와 동시에, 수전해에 의해 생성된 산소를 가스생성장치에 공급할 수도 있고, 외부로부터의 산소함유가스를 가스생성장치에 공급하고, 산소농도가 소정농도가 되도록 조정하고 나서 수전해에 의해 생성된 산소를 가스생성장치에 공급할 수도 있다.
가스화제 중의 산소농도는, 22체적% 이상 40체적% 이하이다. 본 실시형태의 바이오매스가스화 발전시스템 및 발전방법은, 가스화제 중의 산소농도가, 22체적% 이상이면, 타르 등의 부생물이 생성되기 어려워, 상기의 산화반응이 진행되기 쉬워지고, 가연성 가스의 수율을 한층 향상할 수 있다. 한편, 가스화제 중의 산소농도가, 40체적% 이하이면, 가스생성장치에서의 국소적인 연소가 일어나기 어려워, 안정된 가스화를 달성할 수 있다. 동일한 관점에서, 가스화제 중의 산소농도는, 24체적% 이상인 것이 바람직하고, 26체적% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 가스화제 중의 산소농도는, 35체적% 이하인 것이 바람직하고, 30체적% 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 가스화제의 질소농도는, 76체적% 이하인 것이 바람직하고, 74체적% 이하인 것이 보다 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 가연성 가스의 수율을 향상할 수 있다. 또한, 하한값으로는, 65체적% 이상인 것이 바람직하고, 70체적% 이상인 것이 보다 바람직하다. 이러한 구성으로 함으로써, 안정된 가스화를 달성할 수 있다.
(연료가스)
본 실시형태의 연료가스는, 가스생성장치에 의해 생성된 가연성 가스와, 수전해장치에서 생성된 수소를 포함한다. 연료가스는, 필요에 따라, 외부로부터의 가연성 가스를 공급할 수도 있다. 본 명세서에 있어서, 가연성 가스란, 산소의 존재 하에 의해 가연성을 갖는 가스를 말하고, 일산화탄소 및 수소를 들 수 있다.
연료가스 중의 수소농도는, 15체적% 이상인 것이 바람직하고, 또한, 50체적% 이하인 것이 바람직하다. 본 발명의 바이오매스가스화 발전시스템 및 발전방법은, 연료가스 중의 수소농도가 15체적% 이상이면, 발전기를 구동하기 위한 동력을 한층 향상시킬 수 있다. 한편, 연료가스 중의 수소농도가 50체적% 이하이면, 내연기관에서 안정되게 연소시킬 수 있다. 동일한 관점에서, 연료가스 중의 수소농도는, 17체적% 이상인 것이 보다 바람직하고, 19체적% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 연료가스 중의 수소농도는, 40체적% 이하인 것이 보다 바람직하고, 30체적% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에서는, 연료가스 중의 가연성 가스의 함유량(일산화탄소 및 수소의 합계량)을 32체적% 이상으로 할 수 있고, 33체적% 이상으로 할 수 있다. 상한으로는, 예를 들어, 50체적% 이하이며, 더 나아가 40체적% 이하이다.
(변형예)
본 실시형태의 바이오매스가스화 발전시스템에 있어서, 수전해장치가, 태양광발전이나 풍력발전 등의 변동전원에 의해 생성된 전력을 이용하여 수전해하는 것이 바람직하다. 이 경우, 본 실시형태의 발전방법은, 수전해공정에 있어서, 태양광발전이나 풍력발전 등의 변동전원에 의해 생성된 전력을 이용하여 수전해하는 것이 바람직하다. 본 실시형태의 바이오매스가스화 발전시스템 및 발전방법은, 수전해장치(수전해공정)가 태양광발전이나 풍력발전 등의 변동전원에 의해 생성된 전력을 이용하여 수전해함으로써, 수전해에 필요한 외부로부터의 전력의 소비량을 억제할 수 있으므로, 바이오매스가스화 발전시스템 전체 또는 공정 전체에서의 에너지효율을 한층 향상할 수 있다.
실시예
이하에 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세히 설명하는데, 본 발명은 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[바이오매스가스화 발전시스템의 구성]
본 실시예에서는, 도 1의 모식도에서 나타나는 바이오매스가스화 발전시스템(1)을 이용하였다. 수전해장치로는, 시판품(주식회사신코환경솔루션제품의 「H2BOX」)을 이용하였다.
[참고예 1]
10cm의 외경 및 60cm의 높이를 갖는 다운드래프트형 가스화로에 습량기준으로 13질량%의 물함유량을 갖는 삼목칩을 공급하였다. 그 후, 공기를 가스화제로 하여, 80L/분의 공급속도로 상기 가스화로에 공급하고, 가연성 가스인 일산화탄소 및 수소를 생성하였다. 가스화제 중의 산소농도는, 21체적%였다. 생성된 일산화탄소의 생성량, 수소의 생성량 및 이산화탄소의 생성량은, 각각, 가스 전체(가스화제와 가연성 가스의 합계)에 대하여, 18.0체적%, 13.0체적% 및 13.0체적%이며, 가연성 가스의 생성량(일산화탄소 및 수소의 생성량의 합계)은, 31.0체적%였다. 한편 가스화로의 온도는 400~900℃였다. 가스조성은, GC(가스크로마토그래피)로 측정하였다.
[실시예 1]
수전해장치(주식회사신코환경솔루션제품의 「H2BOX」)에서 생성된 산소를 4L/분의 공급속도에 대하여, 공기를 80L/분의 공급속도로 공급한 것을 가스화제로 하여, 상기 가스화로에 공급한 것 이외는 참고예 1과 동일하게 하여 가연성 가스인 일산화탄소 및 수소를 생성하였다. 가스화제 중의 산소농도는, 24.8체적%였다. 생성된 일산화탄소의 생성량, 수소의 생성량 및 이산화탄소의 생성량은, 각각, 가스화로 내의 가스 전체에 대하여, 21.8체적%, 13.3체적% 및 13.6체적%이며, 가연성 가스의 생성량(일산화탄소 및 수소의 생성량의 합계)은, 35.1체적%였다.
[실시예 2]
산소의 공급속도를 4L/분을 대신하여, 8L/분으로 한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 가연성 가스인 일산화탄소 및 수소를 생성하였다. 가스화제 중의 산소농도는, 28.2체적%였다. 생성된 일산화탄소의 생성량, 수소의 생성량 및 이산화탄소의 생성량은, 각각, 가스화로 내의 가스 전체에 대하여, 24.8체적%, 13.6체적% 및 14.6체적%이며, 가연성 가스의 생성량(일산화탄소 및 수소의 생성량의 합계)은, 38.4체적%였다.
[실시예 3]
참고예 1의 삼목칩을 대신하여, 습량기준으로 40질량%의 물함유량을 갖는 삼목칩을 공급하고, 가스화제로서 공기 72L/분, 산소 8L/분을 공급한 것 이외는 실시예 1과 동일하게 하여 가연성 가스인 일산화탄소 및 수소를 생성하였다. 가스화제 중의 산소농도는, 27.9체적%였다. 생성된 일산화탄소의 생성량, 수소의 생성량 및 이산화탄소의 생성량은, 각각, 가스화로 내의 가스 전체에 대하여, 18.4체적%, 18.3체적% 및 17.1체적%이며, 가연성 가스의 생성량(일산화탄소 및 수소의 생성량의 합계)은, 36.7체적%였다.
[비교예 1]
습량기준으로 40질량%의 물함유량을 갖는 삼목칩을 공급한 것 이외는 참고예 1과 동일하게 하여 가연성 가스인 일산화탄소 및 수소를 생성하려고 하였으나, 실화(失火)에 의해 가스화를 계속할 수는 없었다.
[참고예 2]
10cm의 외경 및 60cm의 높이를 갖는 다운드래프트형 가스화로에 습량기준으로 8질량%의 물함유량을 갖는 목질펠릿(화이트펠릿)을 공급하였다. 그 후, 공기를 가스화제로 하여, 80L/분의 공급속도로 상기 가스화로에 공급하고, 가연성 가스인 일산화탄소 및 수소를 생성하였다. 생성된 가연성 가스의 생성속도는, 120L/분이며, 생성된 일산화탄소의 생성량 및 수소의 생성량은, 각각, 가스화로 내의 가스 전체에 대하여, 18.0체적% 및 13체적%였다. 한편, 가스화로의 온도는 400~900℃였다.
상기 가연성 가스를 연료가스로 하여, 290cc의 배기량을 갖는 가스엔진에 공급하여 동력을 생성하였다. 이때의 연료화제 중의 수소농도는, 13체적%였다. 그 결과, 회전수가 1806rpm이며, 토크가 8.97Nm이며, 동력(2π×토크×회전수/60))이 1.7kW였다.
[실시예 4]
참고예 2와 동일하게 얻은 가연성 가스(120L/분, 일산화탄소 18.0체적%, 수소 13체적%)에, 수전해장치(신코환경솔루션주식회사제품의 「H2BOX」)로 생성된 수소를 수소공급장치를 개재하여, 13L/분의 공급속도로 첨가한 연료가스(133L/분, 일산화탄소 13.5체적%, 수소 19.5체적%)를 상기 가스엔진에 공급한 것 이외는 참고예 2와 동일하게 하여 동력을 생성하였다. 그 결과, 회전수가 1819rpm이며, 토크가 10.45Nm이며, 동력이 2.0kW였다.
1: 바이오매스가스화 발전시스템, 2: 가스생성장치, 3: 내연기관, 4: 발전기, 5: 수전해장치, 6: 산소공급장치, 7: 수소공급장치

Claims (15)

  1. 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성하는 가스생성장치와, 이 가스생성장치에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성하는 내연기관과, 이 내연기관에서 생성된 동력으로부터 전력을 생성하는 발전기를 구비한 발전시스템으로서,
    상기 발전시스템이, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성하는 수전해장치를 추가로 구비하고, 상기 가스화제가, 상기 수전해장치에서 생성된 산소를 포함하고, 상기 연료가스가, 상기 수전해장치에서 생성된 수소를 포함하고,
    상기 가스화제 중의 산소농도가, 22체적% 이상 40체적% 이하인, 바이오매스가스화 발전시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수전해장치에서 생성된 산소를 상기 가스생성장치에 공급하는 산소공급장치와, 상기 수전해장치에서 생성된 수소를 상기 내연기관에 공급하는 수소공급장치를 추가로 구비하는, 바이오매스가스화 발전시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 바이오매스가, 식물유래의 바이오매스인, 바이오매스가스화 발전시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식물유래의 바이오매스가, 목질계 바이오매스, 초본계 바이오매스, 식물잔재 및 식품잔사 중 적어도 1종을 포함하는, 바이오매스가스화 발전시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상인, 바이오매스가스화 발전시스템.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상 60질량% 이하인, 바이오매스가스화 발전시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료가스 중의 수소농도가, 15체적% 이상 50체적% 이하인, 바이오매스가스화 발전시스템.
  8. 바이오매스 및 가스화제로부터 가연성 가스를 생성하는 가스생성공정과, 이 가스생성공정에 의해 생성된 가연성 가스를 포함하는 연료가스로부터 동력을 생성하는 동력생성공정과, 이 동력생성공정에 의해 생성된 동력으로부터 전력을 생성하는 전력생성공정을 포함하는 발전방법으로서,
    상기 발전방법이, 수전해에 의해 산소 및 수소를 생성하는 수전해공정을 추가로 포함하고, 상기 가스화제가, 상기 수전해공정에 의해 생성된 산소를 포함하고, 상기 연료가스가, 상기 수전해공정에서 생성된 수소를 포함하고, 상기 가스화제 중의 산소농도가, 22체적% 이상 40체적% 이하인, 발전방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가스생성공정이, 가스생성장치에 의해 행해지고, 상기 동력생성공정이, 내연기관에 의해 행해지고,
    상기 발전방법이, 상기 수전해공정에 의해 생성된 산소를 상기 가스생성장치에 공급하는 산소공급공정과, 상기 수전해공정에 의해 생성된 수소를 상기 내연기관에 공급하는 수소공급공정을 추가로 구비하는, 발전방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 바이오매스가, 식물유래의 바이오매스인, 발전방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 식물유래의 바이오매스가, 목질계 바이오매스, 초본계 바이오매스, 식물잔재 및 식품잔사 중 적어도 1종을 포함하는, 발전방법.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상인, 바이오매스가스화 발전시스템.
  13. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 바이오매스 중의 물함유량이, 10질량% 이상 60질량% 이하인, 발전방법.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료가스 중의 수소농도가, 15체적% 이상 50체적% 이하인, 발전방법.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 바이오매스가스화 발전시스템을 이용하는, 발전방법.
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