인간에게 돌려주는 ‘미래형 플랜트’ 친환경 프로젝트

산업용 PC의 토털 제어로 ‘그린-바이오’ 에너지 시뮬레이션 가동

목초지에 대한 수요가 감소한다는 것은 원자재로서 잔디에 대한 다른 사용을 부추긴다. 오스트리아 북부에 있는 언덕을 올라가면, 유지 가능한 제품들을 생산하기 위한 잔디 사일리지(가축의 겨울 먹이로 말리지 않은 채 저장하는 풀)를 이용하는 그린 바이오-리파이너리(Biorefinery)을 위한 실험 공장이 있다. 미래의 큰 스케일 시스템을 시뮬레이션 하기 위해 디자인된 실험 공간은 그 버전에도 사용될 수 있는 APROL 프로세스 제어와 X20 I/O 시스템을 통해 자동화로 구축됐다.

 

발밑의 잔디들은 사람들을 위해 2가지의 중요한 기능을 제공한다. 첫째는, 목초지 동물들을 우리 다이어트의 큰 부분을 차지하는 우유 및 고기로 변환해준다. 둘째, 표면 부식을 방지하고 생활환경을 향상시키는 콤팩트한 초목 커버를 제공한다. 중부 유럽이 가축을 위해 점점 적은 영구 목초지가 필요함에 따라 환경 보존이 크게 중요해졌다. 게다가 지난 몇 년 동안 대게 바이오 가스를 형성하는 에너지를 발생시키는 잔디를 활용하는 데에 사람들의 관심이 높아지고 있다.

개별 프로세스 유닛. 제조업체로부터 해당 컨트롤러에 미리 장착돼 들어온다.

애플리케이션 잠재력 통해 수익 증가

전기 및 열 파워만을 위해 바이오매스를 사용하는 것은 판매량을 줄이는 것과 같다. 에너지 제공 기관의 극심한 경쟁으로, 바이오 가스 플랜트는 수익성이 없다. 또한, 목초지 잔디는 제약 및 화장 산업에 사용될 수 있는 가치 있는 원자재를 가지고 있다. 잔디를 가스로 변경하기 전 이것들을 추출하는 것은 그것들을 가치 있게 만드는 바이오 가스 플랜트의 수익을 증가시킨다.

 

추출될 수 있는 2개의 주요 원자재들은 고품질의 아미노산과 과거에 대부분 수입했던 젖산이다. 무취, 무맛인 젖산은 주로 음식 방부제로 쓰이며, 아미노산은 식품 및 애견 사료에서 화장품 및 의료까지 모든 것을 생산하는데 쓰인다. 다중젖당을 분비하고 자연분해 가능한 플라스틱뿐만 아니라 음식 공급까지, 미래 시장은 더욱 확대될 것이다.

 

실험실 사이즈로 축소된 산업 방식

유전적으로 수정되지 않은 일반 잔디에서 이런 산들을 추출하기 위해 최신 분리 기술을 사용하는 것은 북부 오스트리아에 있는 Utzenaich의 그린 바이오-리파이너리 실험 공장의 목표다. 신선한 잔디는 1년에 몇 개월만 추출 가능하기 때문에, 그린 바이오-리파이너리는 1년 내내 저장 가능한 잔디 사일리지로 진행한다. 작업은 지난 2009년 5월에 시작했으며, 올해 봄에는 대규모 공장 건설 관련 데이터를 생산하고 있다.

 

이 공장은 컨테이너 마을에 설치됐지만 미래 공장의 축소 버전이다. 용량은 단지 실험실 크기 정도다. 이 공장은 전체 작업 중에 주스에서 이물질을 분리하면서 시간당 4톤의 잔디 사일리지를 생산한다. 1톤의 사일리지는 대략 400리터의 주스를 생산한다. 25kg 분량의 아미노산과 젖산이 각각 한외 거르기, 연화, 나노 필터, 전기 투석, 역삼투 및 이온 교환을 통해 추출되며, 그 고체 이물질은 바이오 가스 플랜트에서 계속 처리된다. 남은 액체는 바이오매스로 돌려지며 바이오 가스를 생산하기 위해 사용된다.

분리된 유닛들의 제어. B&R의 APROL 프로세스 컨트롤 시스템에 의해 집중 관리되며, B&R의 X20 I/O 컨트롤 시스템에 의해 전체 솔루션으로 통일시킨다.

APROL 프로세스 컨트롤 시스템 APC810. 팬프리(Fan -Free) 설계의 강건한 산업용 PC.

다양한 구성장치 통합한 단일 자동화 시스템

개별 프로세스 스텝은 기존의 닫힌 유닛에서 발생한다. 이들 중 각각은 해당 컨트롤러에 의해 제어되며, 제조업체에 의해 설치된다. 이 중 빠져 있던 것은 프로세스 스테이션 사이의 많은 구성 장치들을 제어 및 통합할 뿐만 아니라 전체적으로 시스템 자동화를 다루는 균일한 시스템이었다. 제지 산업 분야에서 비슷한 프로세스를 다룬 경험이 있는 B&R은 Utzen aich의 실험 플랜트를 위해 프로세스 제어와 전체 제어 시스템을 제공하기 위해 초대됐다.

 

지난 2009년 2월, Eggelsberg로부터의 자동화 전문가들과 함께 작업을 수행한다는 중대한 결정이 내려졌다. “우리들은 B&R의 능력뿐만 아니라 촉박한 통보에도 불구하고 프로젝트를 수행해 준 그의 파트너 Finze & Wagner Ingenieurge sellschaft UDI에 매우 좋은 인상을 받았다. 또한, B&R은 기존 표준 생산 시설과 좀 다른 리서치 센터의 필요에 대한 깊은 이해를 보여줬다”라고 Linz, Johannes Kepler 대학 에너지 협회에 있는 Horst Steinmuller 박사가 말했다. 그는 이 플랜트의 기술 자문이며 CEO다.

 

이 플랜트는 디스플레이되는 프로세스의 스케일 감소 덕분에 단일 PC에서도 돌아가는 APROL 프로세스 컨트롤 시스템으로 제어된다. 온도 변동이 큰 난방이 되지 않는 컨테이너에 위치한 장치의 가동 환경 때문에, 강건하면서 팬프리(Fan-Free) 설계의 APC810 산업용 PC가 사용되고 있다. APROL PC에서 24포트 스위치는 다양한 제조사의 개별 프로세스 유닛의 6개 컨트롤러에 대한 직접적인 연결을 제공한다. 그것들은 전체 자동화 시스템에 대해 블랙 박스처럼 실행된다. 또한, APROL 시스템에 의해 제어되는 것은 닫힌 프로세스 스텝 사이의 영역을 조작하는 X20 시스템을 기반으로 한 솔루션이다. 이 솔루션은 X20 I/O 모듈의 250개 디지털 입력과 출력을 포함한다.

작업과정. 잔디를 정제된 화학, 아미노산, 젖산, 그리고 섬유로 분리하는 작업 및 리파이너리와 바이오 가스 플랜트를 결합시키는 작업은, 환경을 파괴하지 않고 지속적 및 경제적으로 잔디를 사용하는 것을 가능하게 한다.

기록적인 구현 시간

실제 구현 작업의 4주 후에 전체 자동화 및 프로세스 제어 솔루션은 준비돼 있었고, 지난 2009년 5월 27일 최소 650명의 사람들이 플랜트의 공식 오프닝을 보기 위해 Utzenaich에 도착했다. APROL의 확장성은 향후 대규모 플랜트 건설을 위한 실제 시뮬레이션을 가능하게 하며, 실험 공장에서의 연구 결과들은 나중에 1대1로 실제 생산에 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 원격 유지보수를 포함한 서포트 콘셉트는 플랜트가 안정성있게 계속 돌아간다는 사실을 과학자들에게 확신시킨다. ‘미래의 플랜트’ 프로젝트가 이미 진행 중이므로, 오퍼레이터들은 프로젝트 시작 이후로 계속해 발생하게 될 새로운 요구사항들을 수행할 때 제공되는 그 서포트를 특별히 가치 있게 생각한다.