소화가스 에너지화

정의와 원리

소화가스 에너지화는 혐기성 소화로 생긴 메탄 함량이 높은 가스를 모아 쓰는 기술이다.

포집하고 정제한 가스는 발전, 열 회수, 연료로 이용한다.

소화가스의 주성분은 메탄과 이산화탄소이며, 메탄 농도는 약 60~65% 수준이다.

메탄이 많을수록 발열량이 커서 에너지로서 가치가 높다.

설비 흐름: 가스 정제

하수처리장에서는 포집, 탈황, 저장, 발전·열회수 순으로 설비를 구성한다.

포집 단계에서는 누출을 막고, 탈황 단계에서는 황화수소를 낮춰 설비를 보호한다.

정제된 가스는 저장 설비에서 발생량 변동을 완충한 뒤 발전에 공급한다.

발전과 열 회수

열병합발전은 메탄 연소로 전기를 만들고, 엔진 냉각수와 배기가스의 열도 함께 회수한다.

전기만 쓰면 연소 에너지의 상당 부분이 버려지므로 열을 함께 쓰는 것이 효율을 높인다.

회수한 열은 소화조 가온에 먼저 쓰고, 남는 열은 건물 난방이나 온수에 쓴다.

전기 생산량 산정

전기 생산량은 메탄 발생량, 메탄 저위발열량, 발전 효율을 곱해 구한다.

예를 들어 메탄 발생량 2,000㎥/d, 저위발열량 35.8MJ/㎥(가정값), 발전 효율 0.35라 하자.

대입하면 25,060MJ/d가 된다. 1kWh는 3.6MJ이므로 kWh로 환산해야 한다.

발열량은 저위발열량 기준으로 둔다. 고위발열량을 쓰면 값이 실제보다 커진다.

이용 방식 비교

소화가스 이용 방식은 회수한 가스를 어떤 에너지로 바꾸느냐에 따라 나뉜다.

열병합발전은 전기와 열을 함께 얻어 종합 효율을 높이고, 하수처리장에서 가장 널리 쓰인다.

바이오메탄 업그레이드는 정제 가스를 공급하지만 설비비와 운전비가 크다.

단독 발전은 폐열이 버려지므로 열병합 방식을 기본으로 검토한다.

헷갈리는 점

가장 흔한 실수는 발열량 기준을 밝히지 않는 것이다.

열 이용률을 100%로 가정하거나 전기만 계산하는 것도 흔한 실수다.

채점에서는 총 에너지를 전기와 회수 열로 구분해 쓰는지가 중요하다.

순 생산량은 총 생산량에서 자가 소비량을 뺀 값이다.

마지막으로 단위 환산을 생략하면 감점되므로 1kWh = 3.6MJ을 명시한다.

정리

소화가스 에너지화는 메탄이 많은 소화가스를 전기, 열, 연료로 회수하는 기술이다.

대표 방식은 열병합발전과 바이오메탄 업그레이드이며, 탈황이 필수 전처리다.

계산할 때는 저위발열량 기준과 단위 환산을 함께 적는다.