초임계수 당화를 이용한 목질계 당 생산 공정의 에너지 소비량 분석

정한섭1*, 장석윤1, 주영민1, 김석주1, 이수민1

(1국립산림과학원 목재이용연구부 목재화학연구과)

Energy consumption analysis of the production process of lignocellulosic sugar using supercritical water hydrolysis

Hanseob Jeong1*, Seokyoon Jang1, Young Min Ju1, Seokju Kim1, Soo Min Lee1

(1Wood Chemistry Division, Forest Products Department, National Institute of Forest Science)

요약: 본 연구에서는 초임계 당화를 이용한 실증규모 목질계 당 생산 공정의 경제성을 평가하고자 각 세부 공정들의 에너지 소비량을 분석하였다. 에너지 소비량 측정을 위해 선정한 공정들은 5가지로서, 바이오매스의 분쇄, 전처리, 초임계수 당화, 정제, 농축 공정이었다. 우선 각 공정에 해당되는 장비가 가동되는 중에 전력량 측정계로 전력량을 측정하였고, 이를 처리량(바이오매스 또는 당화액 양)에 따라 소요되는 에너지로 환산하였다. 실험 결과, 분쇄 공정에서 소요되는 에너지는 72.3 kWh/년(바이오매스 처리량 30톤/년 기준)이었으며, 전처리 공정에서 소요되는 에너지는 15.6 MWh/년(바이오매스 처리량, 24톤/년 기준(분쇄 공정 중 발생되는 손실 고려))이었다. 또한, 실증규모 초임계수 당화 공정은 22 MWh/년(연중 상시 운전 기준)이었으며, 정제 및 농축 공정에서는 약 700 MWh/년(액상 가수분해물 처리량 1,400톤/년 기준) 이상으로 가장 높은 에너지 소비량을 나타냈다.

Abstract: In this study, energy consumption of each sub-process was analyzed to evaluate the economic feasibility of the pilot-scale process of lignocellulosic sugar production using supercritical water hydrolysis. The five processes selected for energy consumption measurement were biomass pulverization, pretreatment, supercritical water hydrolysis, purification, and concentration. First, while the equipment for each process was in operation, power consumption was measured with a power clamp meter, and this was converted into energy consumed according to the throughput (amount of biomass or liquid hydrolyzate). As a result of the experiment, the energy required in the pulverization process was 72.3 kWh/year (based on 30 tons of biomass/year), and the energy consumed in the pretreatment process was 15.6 MWh/year(based on 24 tons of biomass/year (considering losses during the pulverization process)). In addition, the energy consumption of the pilot-scale supercritical water hydrolysis process was 22 MWh/year (based on year-round operation), and the purification-concentration process showed the highest energy consumption, over about 700 MWh/year (based on 1,400 tons of liquid hydrolyzate/year).