‘Power-to-Gas’공정에서의 호열성 생물학적 메탄화 향상을 위한 액체상으로의 수소 전달 개선

Abstract

In recent years, as global warming has become more serious, the use of renewable energy is increasing to reduce greenhouse gas. In the case of power generation using renewable energy such as solar and wind power generation, there is a problem that electric power production is not constant depending on weather and seasonal changes. As a solution to the problem of renewable power, interest in power-to-gas, is increasing. Power-to-gas is a strategy for converting electricity to hydrogen and methane for storage and use. The advantage of power-to-gas is that energy storage and transportation becomes easy and when converted to methane, the energy density is increased and can be directly connected to the current natural gas grid. In this study, biological methanation that can react at low temperature and low pressure compared with chemical methanation was used. A problem in the biological methanation is the low solubility of hydrogen. In order to improve the hydrogen gas-liquid mass transfer, the bubble size was reduced, and the pressure was increased. The biological methanation process was carried out using a 10 L CSTR reactor and a 500 mL CSTR reactor. As the bubble size decreased, the hydrogen solubility increased by 11% and the hydrogen conversion and methane production increased in the methanation process. When the pressure of the methanation process is increased, the hydrogen conversion rate is 1.56 times and the methane production was increased by 1.79 times.; 최근 지구온난화가 심각해지면서 온실가스를 줄이기 위해 신재생에너지 사용량이 증가하고있다. 태양광과 풍력발전과 같은 신재생에너지를 이용한 발전의 경우, 날씨와 계절의 변화에 따라 전력생산이 일정하지 않은 문제점을 가진다. 이러한 재생 전력의 간혈성을 극복하기 위한 방안으로 전기를 이용하여 가스를 생산하고 이를 에너지로 활용하는 power-to-gas에 대한 관심이 증가하고있다. Power-to-gas는 전력을 수소와 메탄으로 전환하여 저장 및 사용하는 전략이다. Power-to-gas는 전기를 가스로 전환함으로써 에너지의 저장 및 운송이 용이 해지며 메탄으로 전환하여 저장할 경우, 에너지 밀도가 높아지고 현재 사용하는 천연가스 배관망에 바로 연결할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 화학적 메탄화 공정에 비해 낮은 온도와 낮은 압력에서 반응이 가능한 생물학적 공정을 사용하였다. 생물학적 메탄화 공정에서 문제가 되는 것은 수소의 낮은 용해도이다. 따라서 수소의 기-액 물질전달을 향상시키고자 기포 크기를 줄이는 방법과 압력을 높이는 방법을 사용하였다. 생물학적 메탄화 공정은 10 L의 CSTR 반응기와 500 ml의 CSTR 반응기를 사용하였다. 기포 크기를 감소 시킨 결과, 수소 용해도가 11% 증가하였으며 메탄화 공정에서 수소 전환율 및 메탄 생산량이 증가하였다. 메탄화 공정의 압력을 높일 경우 수소 전환율은 1.56배 메탄 생산량은 1. 79배 상승하였다.