열광전-SOFC 통합 다중생산 시스템

기존 고체산화물 연료전지(SOFC) 시스템은 복사열 미활용 및 CO2 포집 부재 등의 한계가 있었습니다. 본 연구는 바이오매스 기반의 새로운 다중생산 시스템을 제안하며, 소화조, SOFC, 열광전(TPV) 장치, 밀폐형 브레이턴 사이클, 염화바나듐 수소 생산 사이클, 그리고 CO2 액화 모듈을 통합합니다. 주요 혁신은 SOFC의 복사 폐열을 TPV 장치로 회수하여 총 전력 생산량을 크게 늘리고 전반적인 지속가능성을 향상시키는 데 있습니다. 바이오가스와 공기는 전기화학 및 연소 공정에 각각 사용되며, 폐열은 브레이턴 사이클 구동, 수소 생산 지원, 그리고 LNG 기반 냉각을 통한 CO2 액화에 활용됩니다. 이는 화석 연료 의존도와 온실가스 배출을 줄이는 통합적 접근 방식입니다. 에너지, 엑서지, 기술경제 및 환경 분석이 수행되었으며, 두 가지 시나리오에서 그레이 울프 최적화 알고리즘을 사용한 다목적 최적화가 진행되었습니다. 매개변수 연구를 통해 연소실 온도가 핵심 성능 동인임을 확인했습니다. TPV와 극저온 CO2 포집의 통합은 에너지 활용 효율과 환경 영향을 개선합니다. 최적화된 시스템은 2,798 kW의 순 전력 출력, 35.44%의 엑서지 효율, 0.6353 kg/kWh의 CO2 배출 지수를 달성했습니다. 또한 0.01285 kg/s의 수소 생산율을 보였으며, 전기 가격과 운영 수명에 따라 4년 미만에서 7년 미만의 투자 회수 기간을 가집니다. 이 결과는 분산형 청정 에너지 및 연료 생산을 위한 고효율, 저배출 솔루션으로서 제안된 시스템의 잠재력을 확인시켜 줍니다.