• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.34-34
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• 2017

목질계바이오매스 중 목재펠릿은 '탄소중립(Carbon Neutral)' 연료로써 온실가스 감축 의무에 대응 가능한 에너지원이다. 하지만 목질계바이오매스 연소 시 발생되는 타르는 보일러 내부에 누적되어 효율을 감소시킨다. 타르 및 연소 불꽃에 의한 효율 감소를 최소화하기 위해 반대측면에 내화재(Castable)를 적용하여 실험하였으며 시뮬레이션을 이용하여 구조변경 분석이 실시되었다. 적용된 내화재는 비중이 낮고 단열성이 우수하여 열손실을 막아 연료비 절감의 효과를 가져 오며, 연소실 내부 청소 면적 감소로 인한 경제적 효과도 기대 할 수 있다. 분석결과를 이용하여 최적화된 펠릿보일러가 제작되었으며, 실험을 통하여 200시간 가동 후 열효율 감소량이 나타났다. 단위시간별 동일한 외부환경(산화제량, 부하, 주변 온도, 펠릿소비량)에서 실험이 진행 되었으며, 타르생성이전(Non-tar), 이후(Tar-existence) 보일러의 열효율 성능 비교실험이 실시되었다. 실험결과 타르생성이전 조건에서 구조변경 전 후 보일러의 열효율은 각각 91.87%, 90.73%로 확인되었으며, 타르생성이후 조건에서 각각 82.68%, 83.27%의 열효율을 확인하였다. 타르생성이전 대비 이후 조건에서 열효율 감소량은 각각 9.19%p, 7.46%p로 구조변경 전 대비 변경 후 보일러의 열효율이 약 1.73%p 더 적게 감소됨을 확인되었으며, 시뮬레이션 결과 타르생성이전 조건에서 구조변경 전 후 보일러의 효율은 각각 91.83%, 92.05%로 확인되었으며 타르 생성이후 조건에서 각각 85.25%, 87.43%의 열효율을 확인하였다. 타르생성이전 대비 이후 조건에서 열효율 감소량은 각각 6.58%, 4.62%로 구조변경 전 대비 변경 후 보일러의 열효율이 약 1.96%p 더 적게 감소됨을 확인하였다.

• 한국농공학회논문집
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• 제57권5호
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• pp.81-88
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• 2015

바이오매스는 유망한 신재생 에너지이다. 바이오매스는 액체 및 기체 연료로 전 환 할 수 있고, 다양한 공정을 통해 열 및 전력을 생산시키는데 사용된다. 바이오매스 가스화 공정은 바이오매스를 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 메탄으로 이루어진 합성 가스로 전환시키는 기술이다. 바이오매스를 이용한 합성 가스 생산 및 활용은 세계적으로 늘어나는 에너지 필요성을 충족시킬 수 있는 대체에너지이다. 현재, 바이오매스 가스화의 주요 원료는 목질계 우드 칩을 주로 사용하고 있지만, 일반적으로 우드칩의 경우 수분을 다량 함유하고 있기 때문에 가스화 공정을 위해서는 별도의 건조처리를 필요로 한다. 우드칩의 건조에는 많은 에너지가 소요되고, 다량의 우드칩 건조에는 시간과 기상 및 공간적인 환경에 영향을 받는다. 본 연구에서는 미건조 우드칩의 가스화 공정을 위하여 미건조 우드칩에 숯을 각각 10, 30, 50 % 비율로 혼합하여 실험을 수행하였고, 실험결과 생산된 합성가스의 CO 농도 는 숯의 비율에 따라 14.9 ~ 25.6 % 증가되는 경향을 나타내었지만, 반대로 $CO_2$ 및 $CH_4$ 농도는 감소하였다. 이에 따라 합성가스 생산을 위한 미건조 우드칩과 숯의 최적혼합비율은 약 30 %로 판단되며, 발열량은 $1285.7kcal/Nm^3$, Gas yield는 $2.3Nm^3/kg$ 로 나타났다. 이에 적절한 숯의 혼합사용은 미건조 우드칩의 직접적인 가스화에 도움이 될 것으로 사료되며, 바이오매스 건조 공정에 필요한 에너지를 절약할 수 있을 것으로 판단된다.

• 청정기술
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• 제18권1호
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• pp.31-37
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• 2012

바이오매스가 가진 재생 가능성과 환경적인 장점으로 인해 바이오매스는 바이오에너지와 다른 제품의 주요 원료가 되었다. 바이오매스의 중요 성질을 예측하기 위해 분광학 데이터를 이용하는 연구를 포함한 많은 연구가 수행되었는데 근적외선 분광학은 빠르고 신뢰성 있는 결과를 저비용으로 제공하는 비파괴 방법이기 때문에 널리 사용되었다. 이 연구에서는 서로 다른 여섯가지의 목질계 바이오매스의 근적외선 스펙트럼 데이터를 기반으로 질량 손실 프로파일을 예측하는 다변량 통계기법을 개발하였으며, 상관없는 잡음을 제거하고 근적외선 데이터를 잘 설명하는 파장대역을 선택하기 위해 웨이블릿 분석이 사용되었다. 실제 근적외선 데이터를 가지고 개발된 방법을 예시하였는데 이 때 여러가지 예측모델이 예측 성능을 기준으로 평가되었고 적절한 근적외선 스펙트럼 전처리법의 장점 또한 설명되었다. 웨이블릿으로 압축된 근적외선 스펙트럼을 이용한 부분최소자승법 예측모델이 가장 좋은 성능을 보였으며 개발된 방법은 바이오매스의 빠른 분석에 쉽게 적용될 수 있음 또한 증명되었다.

• 자원환경지질
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• 제53권6호
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• pp.793-807
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• 2020

그린뉴딜정책의 실현은 석탄을 연료에서 원료로 활용분야로의 전환을 촉진시킬 것이다. 석탄은 수소의 생산, 인조 흑연 및 활성탄의 제조 원료로 활용될 수 있다. 석탄은 Steam carbon(SC) 반응과 Water-Gas Shift(WGS) 반응 및 탄산화 반응을 통하여 수소를 생산할 수 있으며, CO2격리기술과 연동되어 사용되어야 한다. 인조흑연은 실리콘이나 철 등의 무기촉매의 존재하에서 탄화도가 높은 무연탄 등을 2400~2800℃의 흑연화 온도까지 열처리함으로서 제조될 수 있기 때문에 무연탄은 석유계 피치에 비해 원료 가격경쟁력 측면에서 잠재성이 있다. 한편, 최근 목질기원의 활성탄에 필적하는 넓은 비표면적 혹은 많은 양의 미세기공을 가진 석탄기원의 활성탄이 제조될 수 있음을 여러 연구를 통해 확인되었다. 따라서 석탄기원의 활성탄은 목질기원의 활성탄을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

• 에너지공학
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• 제19권4호
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• pp.215-220
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• 2010

근래의 무분별한 화석연료의 사용은 에너지자원의 고갈과 환경오염의 문제를 야기하여 이의 해결을 위한 청정신에너지에 대한 연구가 전 세계적으로 집중되고 있다. 이 중 바이오매스는 화석연료보다 비교적 높은 H/C비를 갖기 때문에 신에너지인 수소 또는 Syngas를 생산하기 위한 가스화 특성이 우수한 특징을 가지고 있으며, 구성성분 내 중금속, 타르 질소를 거의 함유하지 않는 점에서 환경오염 저감과 동시에 대체 신에너지로써 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 목질계 바이오매스인 Wood pellet에 대하여 고정층 반응기를 이용하여 질소 분위기하에서 온도 및 Steam/Biomass Ratio(SBR)조건 변화에 따른 가스화 특성으로 고찰하는데 그 목적을 둔다. 온도의 영향에 대하여, 높은 온도 범위에서 수소 수율이 증가함을 알 수 있었다. SBR에 대한 영향으로서, 상대적 저온 조건에서는 SBR이 1 이상인 조건에서는 수소 수율이 거의 일정한 경향을 보였고, $900^{\circ}C$의 고온에서는 SBR 증가에 따라 증가하는 결과를 얻었다. 또한 $H_2$/CO ratio에 비하여 $H_2/CH_4$ ratio의 변화가 더 큰 결과로부터, 본 실험 조건에서의 반응은 Steam reforming이 Water gas shift reaction 보다 더욱 지배적임을 확인하였다. 최적의 $H_2$ 수율 생산 조건은 열분해의 경우 $800^{\circ}C$이며, 저온 스팀가스화의 경우에는 SBR=1, $900^{\circ}C$의 고온인 경우에는 SBR=3 이었으며, 최대 수소 수율은 $900^{\circ}C$, SBR=3의 조건에서 38.5 vol.%(56.01 L/min kg) 이었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제41권4호
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• pp.358-373
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• 2013

본 연구에서는 산 및 알칼리 처리가 목질계 바이오매스의 주요 화학조성 변화에 미치는 영향을 확인하기 위해 $H_2SO_4$와 NaOH를 각각 1.0 wt%와 2.0 wt% 수용액으로 제조한 후 국내 주요 수종인 백합나무와 낙엽송에 상온에서 72시간 침지 처리하였다. 리그닌, 주요 구성당, 원소분석 등 화학적 특성 분석을 수행하고 그 결과를 통계프로그램을 이용하여 분석하였다. 그 결과 동일한 화학적 처리에도 수종에 따라 95% 유의수준에서 유의한 결과를 확인하였다. 백합나무는 산 처리에 민감한 변화를 보이는 반면에 낙엽송에서는 알칼리 처리에서 유의한 결과를 얻을 수 있었다. 두 수종 모두에서 glucose보다는 헤미셀룰로오스에 미치는 영향이 큰 것으로 분석되었으며, 바이오매스의 에너지량과 밀접한 관계가 있는 H/C와 O/C 비율을 이용한 Van Krevelen 다이어그램에서는 산 또는 알칼리 처리 종류에 관계없이 수종에 따라 상반된 결과를 확인하였다. 이러한 결과는 바이오매스 종류에 따라 각기 다른 최적화된 바이오에너지 생산 공정이 필요함을 의미하며, 목재펠릿과 같은 고형 바이오연료 생산의 경우 바이오매스 내 헤미셀룰로오스 및 리그닌 함량 변화로 인하여 내구성에 영향을 미칠 것으로 분석되었다.