기계연, 급속 열분해로 커피 찌꺼기 바이오 원유 만드는 상용 플랜트 개발 정하나 기자입력2019-06-07 09:23:12

경사하강식 급속 열분해 반응기

(사진. 한국기계연구원)

 

카페에서 커피를 내리고 남은 커피 찌꺼기를 급속 열분해해 친환경 신재생에너지로 바꾸는 기술이 개발됐다. 국내 커피 소비가 꾸준히 증가하면서  커피 찌꺼기 발생량도 많이 증가하고 있어 생활 쓰레기를 줄일 수 있는 친환경 기술로 기대를 모은다.

 

한국기계연구원(이하 기계연) 환경시스템연구본부 청정연료발전연구실 최연석 책임연구원은 하루에 커피숍 약 1,000곳에서 배출하는 커피 찌꺼기를 모두 바이오 원유로 바꿀 수 있는 ‘경사 하강식 급속 열분해 반응기(Tilted-Slide Fast Pyrolyzer)’를 개발했다.

 

연구팀은 공기가 없는 상태에서 커피 찌꺼기를 약 500℃까지 급속히 가열해 수증기처럼 증발시키는 급속 열분해 방식으로 커피 찌꺼기에서 바이오 원유를 얻는 데 성공했다.

 

반응기 상단부에서 건조된 커피 찌꺼기가 경사로를 따라 중력에 의해 떨어지면 약 500℃로 가열된 모래와 마찰하면서 증기 상태로 변한다. 이 증기를 모아서 냉각시키면 바이오 원유가 된다.

 

연구팀은 반응기를 경사 하강식 구조로 만들어 커피 찌꺼기가 떨어지면서 가열 매체인 고온의 모래와 더 효율적으로 접촉할 수 있도록 설계했다. 또 반응과정에서 부산물로 발생한 숯가루를 태워 모래를 가열하는 에너지로 재사용해 폐기물이 발생하지 않는 것도 장점이다.


이렇게 만든 바이오 원유의 에너지는 나무로 만든 것보다 열량이 훨씬 뛰어나다.  커피 찌꺼기로 만든 바이오 원유의 발열량은 1㎏당 약 6,000㎉, 나무로 만든 바이오 원유는 약 4,000㎉ 수준이다. 개발된 반응기의 처리용량은 카페 1,000곳에서 하루 동안 발생한 커피 찌꺼기 전량을 바이오 원유로 전환할 수 있는 수준이다.

 

바이오 원유는 나무 톱밥이나 풀 같은 바이오매스를 공기가 없는 상태에서 급속 열분해하여 증기로 만들고 이를 냉각시켜 만든 액체연료를 일컫는다. 액체연료인 만큼 저장과 운반이 편리하고 환경오염이 적어 신재생 에너지원으로 주목받고 있지만, 원료가 되는 톱밥의 가격이 비싸고 반응기 성능이 상용화 수준에 못 미치는 실정이다.

 

비슷한 방식의 기존 유동층 반응기는 모래를 위에서 낙하시키는 것이 아니라 아래에서 강한 공기로 불어 올리는 방법을 사용하는데 공기량이 많기 때문에 부피가 매우 크다는 단점이 있었다. 또 발생하는 숯가루를 모래와 분리해 별도로 처리해야 했다.

 

최연석 책임연구원은 “이 기술은 바이오 원유 생산의 효율성을 크게 개선해 친환경 신재생에너지 활용률을 높이는 데 크게 기여할 수 있다”며 “향후 브라질이나 베트남 등 커피콩의 주 생산국에서 상품성이 없어서 버려지는 커피콩을 바이오 원유로 제조하여 쓰레기 문제와 신재생에너지 확대 환경문제 해결에 기여하고 싶다”고 말했다.

 

이번 연구는 과학기술정보통신부의 ‘창의형융합연구사업’ 지원을 받아 수행됐다. 연구에 활용된 커피 찌꺼기는 전량 스타벅스커피 코리아에서 기부받았다.

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