대한민국은 에너지 분야에서는 ‘고립된 섬’이다. 우리가 사용하는 에너지의 90% 이상을 해외에 의존하고 있으며, 그 비율은 1990년 88.7%에서 2024년 93.7%까지 증가했다. 중동 정세가 불안해지고 국제 지형이 요동칠 때마다 우리 산업과 민생이 함께 출렁이는 이유다. 우리는 에너지라고 하면 대체로 ‘전기’와 ‘석유’를 떠올린다. 그래서 ‘에너지 절약’이라고 하면 불 끄기와 차량 2부제를 떠올린다. 하지만 우리의 실제 에너지 소비 구조는 다르다. 우리나라 최종에너지 소비에서 열에너지가 48%를 차지한다. 또한 가정에서 사용하는 에너지의 약 65%는 난방과 온수, 취사 등에 쓰이는 ‘열(Heat)’이다. 가정용 도시가스 소비의 약 88%가 난방에 쓰인다는 점을 고려하면 우리는 열에너지를 가장 많이 사용하고 있는 셈이다. 문제는 이렇게 많이 쓰는 열에너지를 거의 전적으로 수입 화석연료에 의존하고 있다는 점이다. 가장 많이 사용하는 에너지를 가장 취약한 방식으로 조달하는 구조다. 이 구조를 벗어날 방법은 무엇인가? 가장 손쉬운 방법은 우리가 일상에서 무심코 지나치는 다양한 열원을 잘 확보해 사용하는 것이다. <출처: 오마이뉴>

<강의 운영 정보>

공과대학 환경공학과 3학년 2학기 전공선택

본 강의는 주 교재 없이 자료실에 올려주시는 PPT를 가지고 교수님이 내용을 설명해 주는 대면 수업이다. 교수님 설명이 시험으로 출제되는 경우가 있어 필기를 성실히 하는 것을 추천한다. 출결은 수업 시작 시 직접 호명하신다.

강의는 폐기물을 에너지, 특히 기체 연료와 액체 연료로 전환하는 공정을 다루는 수업이다. 강의 초반에는 기존의 폐기물 처리 방식인 매립과 소각에서 에너지를 어떻게 회수했는지 학습한다. 후반에는 폐기물로부터 수소(기체 연료)와 바이오알코올 및 바이오디젤(액체 연료)을 회수하는 방법을 배운다.

평가방법: 중간고사(30%), 기말고사(30%), 과제(10%), 퀴즈(20%), 출석(10%)

<강의정보>

<중간고사 범위>

– Basic concepts of Waste-to-Energy & Waste: 폐기물을 왜 에너지로 전환해야 하는지, 연료로 바로 전환하기 힘든 이유가 무엇인지 기본 배경지식을 배운다.

– Thermal energy recovery from waste (소각): 소각을 통해 열에너지를 회수하며, 원료의 원소 성분에 따라 얻을 수 있는 발열량을 계산해본다. 이후 발생할 수 있는 대기오염물질의 양도 계산하고, 대기오염물질인 CO2, NOx, SOx, PAH, 중금속을 처리하는 방법을 배운다.

– Methane recovery (매립): 매립지에서 매립가스가 생성되는 과정과 회수할 수 있는 메탄의 양을 계산하고, 문제가 되는 매립가스와 침출수의 이동속도를 예측하여 처리하는 방법을 학습한다.

– Pyrolysis: 폐기물의 연료 전환 공정인 열분해 과정과 생성물을 배운다. 이때 생성물인 열분해 오일은 바로 연료로 사용할 수 없기 때문에 업그레이딩하는 추가 공정도 함께 학습한다.

<기말고사 범위>

– Hydrothermal liquefaction: 음식물쓰레기, 가축분뇨 등 수분이 다량 함유된 폐기물을 수열 액화 반응을 통해 바이오 오일같은 액체연료로 전환하는 방법을 학습한다.

– Solovlysis: 폐플라스틱을 해중합 반응을 통해 작은 단위로 분해하고, 플라스틱을 재중합하는 방법을 익힌다.

– Hydrogen production: 수소를 생성하는 생물학적 반응인 biophotolysis과 dark fermentation, 열화학적 반응인 steam reforming, partial oxidation, dry reforming, gasification 학습한다.

– Bio-alcohol: sugarcane과 lignocellulose로부터 바이오에탄올을 생성하는 공정을 비교하고, 3세대 biomass인 미세조류로 바이오에탄올을 생성할 때 문제점을 배운다.

– Bio-diesel: biomass에서 지질을 추출해서 바이오디젤을 생성하는 과정, 추출한 지질에서 자유지방산이 많을 때 전처리하는 방법을 학습한다.

<과제 정보>

• 개인과제
  
•  총 4개의 보고서를 제출하며, 각 보고서는 자유양식, A4 반 페이지 분량으로 조사하여 플라토에 제출한다. 제출기간은 중간고사가 끝난 후부터 매주 1개씩.
• 주제
  • (1) 플라스틱 재활용에서 Hydrothermal Liquefaction을 사용하는 이유
  • (2) 수소 생성 공정에서 사용되는 촉매 종류
  • (3) 미세조류를 바이오알코올로 만드는 과정에서의 문제점
  • (4) 식용유지류의 산가 및 자유지방산 조성논문을 찾아보면 과제를 수월하게 해결할 수 있으며, 내용의 우수성보다는 제출하기만 하면 점수를 주신다.
•  퀴즈: 중간고사와 기말고사 전 주에 각 1회, 총 2회 퀴즈가 있다. 범위는 각각 중간고사 범위 및 기말고사 범위와 동일하였고 시험 시간은 30분이다. 중간고사는 객관식 20문제, 기말고사는 객관식 10문제 주관식 5문제로 구성되었고, 계산 문제는 출제되지 않았다.- 중간고사 퀴즈 예시combustion의 목적은?/유해폐기물의 종류/no-ferrous waste 분리 방법/침출수의 이동속도 식/매립가스 생성 순서/열분해 조건/열분해 오일의 특징/열분해 오일 많이 만드는 조건 등

  – 기말고사 퀴즈 예시

  ATR의 개념/butanol의 장점/미세조류 기반 에탄올 생성의 기술적 장벽/바이오디젤의 NOx 증가 요인/해중합의 용매별 반응 이름/수열 액화의 장점/steam reforming의 온도와 압력 변화에 대한 효율 변화/photolysis와 dark fermentation의 원료 및 반응기작 비교 등

<시험 정보>

• 계산 문제는 식이 다 주어지기 때문에 식에서의 인자가 무엇인지 알고 계산 실수만 하지 않으면 쉽게 풀 수 있다.
• 퀴즈 문제를 서술형으로 변경한 경우도 있기 때문에 퀴즈에서 틀렸던 문제는 복습하는 것이 좋다.
• 같은 교수님이 진행하시는 ‘자원재생공학’과 ‘소각 및 열분해공학’과 겹치는 내용이 있기 때문에 동시 수강 시, 내용 이해에 도움이 된다.
• PPT가 친절한 편은 아니며, 구두로만 전달하신 내용도 출제되기 때문에 강의 흐름이나 자세한 내용은 필기를 추천한다.

• 서술형 10문제, 시험시간 1시간 15분
• 중간고사 시험 문제 예시
  • 도시 고형폐기물(MSW) 분류공정 및 목적
  • 소각 계산 문제(원소분석→발열량, 이론 공기량, 실제공기량, 배출가스량 등10문제, 시험시간 1시간 15분
  • 중간고사 시험 문제 예시
  • 도시 고형폐기물(MSW) 분류공정 및 목적
  • 소각 계산 문제(원소분석→발열량, 이론 공기량, 실제공기량, 배출가스량 등)
  • 매립 구조 요소(lift/cell/cover 단어정의, 구조적 역할)
  • 매립 단계별 변화 그래프(COD, pH, VFA)
  • Darcy 법칙 계산(유체역학 기본 공식 적용)
  • 오염물질 flux 계산
  • 열분해 개념(온도, 산화제여부, 생성물 중심)
  • 열분해 오일 생산 조건
  • 바이오 오일 문제점/해결기술
  • 플라스틱별 열분해 오일 주성분

• 서술형 5문제, 시험시간 1시간 15분
• 기말고사 시험 문제 예시
  • 수열 액화 반응 종류, 공정 조건의 이유
  • 생물학적 수소 생산 → 공정 선택 + 반응식 + 화학 공정과 비교
  • PET 해중합(용매+반응 이름)
  • 천연가스(CH4 99%) → 수소 생산 공정 흐름도 설계
  • 리그노셀룰로스 → 에탄올 생산 공정도+미세조류 비교
  • 바이오디젤+산가(반응식 기반 설명, 산가허용치에 따른 구분)