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그린 가스 시설, 바이오 가스를 천연가스 품질 수준 연료로 전환

2035년까지 Schoteroog의 이전 쓰레기 매립지는 그린 가스 시설에 충분한 바이오 가스를 제공할 것이다. 이 시설은 시간당 최대 280m³의 가스를 흡수해서 190m³의 천연가스를 생산한다. 이는 약 500 가구에 공급하기 위해 필요한 가스 량을 충족시킨다.

Gastreatment Services가 개발해서 네덜란드 Schoteroog의 이전 쓰레기 매립지 가장자리에 설치한 그린 가스 시설은 천연가스 품질의 바이오 가스를 생산하기 위해 유기 폐기물의 분해에 의해 배출되는 가스를 처리한다.

쓰레기를 '그린' 에너지 자원으로 전환

독일 엔지니어 회사 Gastreatment Services (GtS)는 바이오 가스의 생산 및 유통을 전문으로 한다. GtS가 개발한 The Gastreatment Power Package는 쓰레기 매립지, 폐수 처리장이나 농장에서 나오는 바이오 가스를 천연가스 품질 수준의 연료로 전환시키는데 사용될 수 있다. 바이오 가스는 기계 및 자동차에 또는 환경친화적 가정용 에너지 자원으로 사용될 수 있다. 2012년 11월 1일, GtS는 네덜란드 Haarlem근처 Schoteroog에 있는 이전 쓰레기 매립 부지에서 첫 그린 가스 시설을 가동했다.

“우리는 국제적으로 그린 가스 시설을 4개나 건설했다. 그러나 HoogheemraadschapRijnland 수도청 폐수 처리장 옆에 있는 이전 Schoteroog의 쓰레기 매립 부지에 건설된 Haarlem의 시설은 우리가 네덜란드에 세운 최초의 그린 가스 시스템이다”라고 GtS의 이사이자 공동창업자인 Mathieu de Bas는 설명한다. 이 시설은 폐기된 쓰레기 매립지에서 배출되는 바이오 가스를 천연가스 품질 수준의 연료 가스와 더불어 부산물인 액체 CO2로 전환시키기 위해 복잡한 과정을 사용한다.

쓰레기 매립지에서 배출되는 가스를 천연가스 품질 수준의 연료 가스로 전환

70년 후반과 80년대에 Schoteroog에 22,000㎡의 쓰레기 처리장이 있었다. 1992년에 쓰레기 매립지가 지하수를 오염시킨다는 것이 명백해졌고, 당시의 최신 기준에 맞춰 봉해졌다. 언제나 그랬듯, 쓰레기의 생물학적 분해에 의해 배출된 메탄 및 다른 가스는 폐수 처리장의 바이오 가스와 함께 모아서 태워 없앴다. 이것은 네덜란드 북부 지방과 Haarlem의 지방자치단체에게 아주 골치 아픈문제였다. 현지 관리들은 지속 가능성 프로그램 아래에서 이 가스를 에너지 생성에 사용하길 희망했다.

2009년 GtS와 에너지 공급업체 Essent은 천연가스 품질의 바이오 가스를 생산하기 위해 네덜란드 북부 지방, Haarlem 자치단체, 쓰레기 관리 회사 Afvalzorg 및 수도청HoogheemraadschapRijnland과 함께 이전 쓰레기 매립지와 폐수 처리장에서 나오는 가스를 깨끗하고 높은 등급의 바이오 가스로 만들 수 있는 처리장 개발에 앞장서서 힘을 모았다. 이 정화된 가스는 연료뿐만 아니라 조리기구 및 난방에 사용할 수 있다. 이 과정에서 아주 큰 장점은 온실가스가 대기 중으로 빠져나가지 않는다는 것이다.

“Schoteroog의 이전 쓰레기 매립지는 2035년까지 충분한 바이오 가스를 제공할 것이다. 처음에는 매년 약 800,000m³가 제공될 것이며, 2025년 이후로는 약 600,000m³로 줄어들 것이다”라고 Mathieu de Bas가 설명한다. 시스템은 시간당 최대 280m³의 가스를 흡수해서 190m³의 천연 가스를 생산한다. 이는 약 500 가구의 천연 가스 소비량을 충족시킬 수 있다. “이 천연 가스를 에너지 공급업체 Essent에 보급하면 Essent는 이를 Haarlem 자치단체에 판매한다”라고 Mathieu de Bas이 말한다.

압축기는 쓰레기 매립지의 가스가 대기 중으로 빠져나가는 것을 막기 위해 2mbar의 낮은 압력을 유지한다. 그 지역에 분포해 있는 16개의 가스정(gas well)에서 나온 가스는 밸브로 조절되며 파이프를 통해 그린 가스 시설로 전송된다.

바이오 가스 시설은 분리과정에 기초하여 설계되었다. 과량의 CO2가 가스 혼합물에서 제거되어 액체 상태로 수많은 고객들에게 보급되거나 GtS의 처리 시설에서 냉각제로 사용된다. 바이오 가스는 수증기, CO2, 질소, 메탄 및 다양한 불순물들을 포함하고 있다. 시설은 먼저 수증기를 제거하기 위해 가스를 30 mbar의 압력에서 5℃로 냉각한다. 그 물은 응축되어 인접 폐수 처리장으로 배수된다. 가스 혼합물의 압축과 영하 25℃의 냉각은 휘발성 유기 화합물(VOC)와 실록산을 제거한다. 마지막으로 가스는 남아있는 불순물을 제거하기 위해 여과되고 다음 촉매제를 통과한다.

다음 단계에서 가스는 액체 CO2를 분리하기 위해 영하 60℃로 냉각된다. 영하 80℃까지의 추가 냉각은 고체 CO2를 생산하는데, 이것을 다시 녹여서 냉각탱크(20 bar, 30℃)에 액체상태로 저장된다. 액체 CO2는 최종적으로 운송 회사의 냉동트럭 및 용접이나 수축 접합을 위해 금속 처리 공장 등에서 사용된다. 생산된 그린 가스는 천연가스 유통 네트워크에 공급되거나 추가적인 액화 처리를 실시해서 저장한다. 이는 시스템 오류가 발생할 경우 GtS가 추가로 14일 동안 지속적으로 가스를 공급할 수 있다는 의미이다.

Gastreatment Services의 프로젝트 매니저이자 공동창업자인 Mathieu de Bas.그린 가스 시설의 제어 캐비닛 앞에 선 모습

PC 기반 제어 시스템이 높은 컴퓨팅 능력 요건 충족

GtS는 그린 가스 시설을 제어하기 위해 산업용 PC인 C6930, 실시간 TwinCAT PLC 소프트웨어 및 Bus Terminal I/O 모듈로 구성된 Beckhoff의 PC 기반 제어 플랫폼을 선택했다. “C6930의 큰 장점은 냉각과 재 가온, 압력의 증가와 감소, 압력 드럼 교체의 조절, 압력과 온도의 연속 측정 및 전 과정의 제어를 위한 정교한 제어에 필요한 높은 수준의 CPU 능력을 제공한다는 것이다”라고 Haarlem에 본사를 둔 네덜란드 유통 파트너 Beckhoff 산업 자동화 링크의 사무실 및 마케팅 매니저인 JurjenVerhoeff는 말한다. “C6930의 컴퓨팅 성능으로 경향 분석 및 이력 데이터의 저장을 위한 SCADA 소프트웨어 패키지를 지원이 충분하며 오퍼레이터에게 더 나은 개요 및 더 편리한 운영을 제공한다”라고 JurjenVerhoeff는 덧붙인다.

“사용할 수 있는 Beckhoff I/O 모듈의 폭넓은 범위는 처리과정과 관련된 모든 유형의 센서와 통신할 수 있는 맞춤형 솔루션을 보장해주었다”라고 Mathieu de Bas는 설명한다. 모든 온도가 KL3314 측정 단말기로 측정되고 압력은 KM3702로 측정된다. 온도는 총 162개의 포인트에서 기록되고, 압력과 유동 율은 추가로 67개의 포인트에서 기록된다. “I/O 모듈의 다른 장점은 우리가 최대 Zone 2 폭발 위험을 받기 쉬운 공간에서 모듈을 사용할 수 있도록 해주는 이전 인증(Ex certification)입니다”라고 GtS의 전무이사는 말을 끝낸다.

www.gtsbv.com

www.beckhoff.nl