• 한국농업기계학회:학술대회논문집
• /
• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
• /
• pp.127-127
• /
• 2017

우리나라 음식물 폐기물은 수분함량 및 유기물 함량이 높기 때문에 부패와 악취, 침출수의 원인이 된다. 하지만 이를 혐기 소화 처리한다면 구성성분에 따라 60-80%가 생분해되어(한국유기성폐자원학회, 2001) 친환경적으로 처리가능하고, 혐기소화 결과물로 발생한 메탄가스를 대체에너지로 사용할 수 있어 유기물을 효과적으로 처리할 수 있다. 그러나 유기성 폐기물은 계절 및 지역에 따라 구성성분의 비가 다르며, 성분 중 지방 함량이 많을 때 바이오가스 생산이 지연되어 생산효율 감소의 주된 원인이 된다(Kafle and Kim, 2013). 전국음식물 폐기물 중 지방함량이 높은 어육류의 발생량은 3차 조사(환경부, 2008)에 비해 2배 이상 증가하였고, 향후 음식 섭취의 서구화로 인한 육류 소비가 증가할 것으로 예상된다(환경부, 2013). 따라서 본 연구는 지방함량이 높은 유기물의 효율적 처리를 위해 지방산 종류에 따라 포화 불포화 지방산을 포함하는 부산물의 혐기소화 능력 및 바이오가스 생산 성능을 구명하는데 목적이 있다. 본 연구 결과, 불포화 지방산 함량이 높은 수준인 부산물의 바이오가스는 629.96-749.14 mL/g VS 이며, 포화 지방산 함량이 높은 수준의 부산물은 560.18-715.43 mL/g VS 였다. 불포화 지방산 함량이 25.31%-46.26%로 많아질수록 초기 순응기간은 13일에서 25일로 증가하였고, 총 바이오가스 생산량의 90%가 생산되는 기간인 T90은 57일에서 72일로 증가하여 바이오가스 생산 속도가 감소한 것으로 판단된다. 포화 지방산은 함량이 24.10-48.74%로 증가할수록 초기 순응기간의 변화는 없었고, T90은 69일에서 62일로 감소하였다. 또한 불포화 지방산이 많은 유기물은 모두 바이오가스 생산 과정에서 2단계의 지연현상을 보였지만, 포화지방산은 함량이 증가하여도 1단계의 지연현상을 보였다. 이러한 차이는 두 지방산에 관여하는 미생물의 차이(Diana, 2007)와 불포화 지방산의 굴곡된 형태가 지방산과 미생물이 상호 작용 방식에 악영향 미치기 때문으로 판단된다(Diana, 2013). 결론적으로, 두 지방산의 소화 방식은 차이가 있으며, 불포화 지방산 함량이 많은 유기물은 탄수화물 함량이 많은 유기물을 10% 이상 혼합하여 지연상을 감소시킬수 있다(Kim, 2017). 포화 지방산 함량이 많은 유기물은 초기 지연 현상 해결을 위한 연구가 추가적으로 요구된다.

• 공업화학전망
• /
• 제15권6호
• /
• pp.39-53
• /
• 2012

지속가능한 바이오매스 자원으로부터 열, 전력을 비롯하여 연료부터 화학원료까지 다양한 제품들을 생산하는 열화학적 전환 공정들이 높은 관심을 받고 있다. 특히 수소, 일산화탄소로 구성된 합성가스를 생산하고 이를 전력, 연료 등을 동시에 생산하는 가스화 공정에 대한 학계, 산업계, 정부의 관심이 매우 높다. 그러나 바이오매스 가스화를 통해 생산된 합성가스는 타르, 황산화물 등의 오염물질들을 함유하고 있어 후속 공정들의 이용을 위하여 정제 공정을 반드시 거쳐야 한다. 본고에서는 바이오매스 가스화 기술에 적용되는 일반적인 정제 과정에 대해서 서술하였으며 세부적으로 불순물 제거 공정, 산성가스 제거 공정, 타르 제거 공정 등의 연구 개발 동향을 살펴보았다.

• 한국농공학회논문집
• /
• 제55권4호
• /
• pp.107-119
• /
• 2013

바이오매스 가스화는 세계적인 증가 추세에 있는 에너지 수요를 충족할 수 있는 기술 중의 하나이다. 바이오매스 가스화를 통해서 농업 폐기물 등 다양한 바이오매스 자원을 에너지로 전환할 수 있고 $CO_2$ 배출량 또한 줄일 수 있다. 본 연구에서는 COMSOL$^{(R)}$ 3.4 소프트웨어를 이용하여 바이오매스 원료와 운전 조건에 따른 가스화 효율 및 합성가스 조성의 변화를 분석하였다. 원료와 구동조건을 최적화하기 위해 가스화 모델을 세우고 원료와 구동조건을 달리하여 합성가스의 성분을 분석 및 예측하였다. 이 모델은 물리적인 실험을 통해 알고 있는 조건을 통해서 합성가스 성분을 시간에 따라 예측할 수 있다. 모델을 이용하여 함수비 5~30 %, 공기중 산소함량 5~50 %, 공기공급 유량 5~45 L/min, 온도 973~1273 K의 조건에서 합성가스의 성분을 예측한 결과 실제 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있다. 모델링 결과 양질의 합성가스를 생산하려면 원료의 회분함량이 적어야 하고 수소 함량이 높은 합성가스를 생산하려면 반응 온도가 높게 유지되고 원료의 함수비가 높아야 한다. 가스화장치의 온도를 높이면 합성가스의 성분 중 CO의 함량이 많아지고, CO의 함량이 많아지면 가스의 발열량이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한 CO의 농도가 높고 발열량이 높은 합성가스를 생산하기 위해서는 ER값은 작아야 한다.

• 한국미생물·생명공학회지
• /
• 제40권3호
• /
• pp.282-285
• /
• 2012

본 연구는 혐기성 소화조에서 바이오 가스 생산을 위한 바이오매스 자원으로서 Chlorella vulagaris와 Dunaliella salina의 이용능력을 확인하였다. 세포벽의 구조에 따라 전처리 후 용해성 물질의 수율이 영향을 받았는데, 이는 D. salina가 바이오 가스 생산 측면에서 C. vulgaris보다 좋은 후보라는 것을 보여준다. 혐기성 소화조에서 얻은 접종원으로부터 전처리하거나 전처리하지 않은 D. salina를 기질로서 메탄가스를 생산하는데 이용하였을 때 메탄 수율 측면에서 큰 차이가 없었다. 그러므로 D. salina는 높은 바이오매스 생산성, 단순한 전처리 필요성, 쉬운 바이오 가스전환 때문에 바이오 가스 생산을 위한 적합한 해조류 바이오매스이다.

• 청정기술
• /
• 제24권4호
• /
• pp.357-364
• /
• 2018

미세조류 및 거대조류 등 3세대 바이오매스로부터 바이오가스를 생산하는 연구는 다양한 규모의 실험을 통해 수행된 바 있다. 이 논문에서는 3세대 바이오매스 중 거대조류, 즉 해조류 바이오매스로부터 유래된 바이오가스를 이용하는 복합 열병합 발전의 상용화 가능성을 살펴보았다. 이를 위해 고체산화물 연료전지와 가스터빈, 그리고 유기랭킨사이클로 이루어진 산업 스케일의 통합 열병합발전을 상용 공정모사기를 이용하여 설계, 모사하였고, 계산된 열 및 물질수지를 통해 장치의 가격을 추정하고 경제성을 분석하였다. 모사 결과 설계된 열병합발전 공정은 시간당 62.5톤의 건조 갈조류 원료로부터 생산된 36톤의 바이오가스를 이용하여 68.4 MW의 전력을 생산한다. 이 결과를 토대로 다양한 시나리오에 대해 경제적으로 평가하고 균둥화 발전비용(levelized electricity cost, LEC)을 계산하였는데, SOFC의 수명이 5년, 스택 가격이 $$225kW^{-1}$일 때 LEC는 12.26 ¢ $kWh^{-1}$로 기존의 고정 발전과 동등한 수준으로 나타났다.

• 한국가스학회지
• /
• 제28권1호
• /
• pp.44-52
• /
• 2024

본 연구에서는 유기성 폐기물로부터 생산되는 바이오가스를 이산화탄소 제거 없이 직접 이용하여 바이오가스 전처리 및 정제 공정 비용을 절감하여 수소를 생산하는 공정의 모델을 구축하고 열교환망 최적화를 통해 공정비용 최소화, 수소 생산량 및 최종 배가스 온도 최대화를 목표로 공정 모사를 진행하였다. 공정 최적화 결과 열교환기 개수 제한조건을 충족하면서 최종 배가스 온도를 최대화하는 공정모델이 가장 효율적임을 확인하였다. 본 연구의 결과는 바이오가스 직접 이용 수소 생산 공정의 상용개념설계에 활용되어 바이오가스의 청정수소 에너지 전환기술 확대에 기여 가능할 것으로 판단된다.

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

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제44권5호
• /
• pp.528-534
• /
• 2006

고온 플라즈마가 적용된 플라즈마트론을 이용하여 바이오가스 개질을 통해 수소를 생산하는데 있어서 최적 운전 조건에 대해 연구하였다. 음식물 쓰레기의 혐기성 발효조에서 생성된 바이오가스 구성비($CH_4/CO_2$)가 1.03, 1.28, 2.12인 바이오가스로 개질실험을 수행하고, 수소 생산과 메탄 전환율을 향상시키기 위해 바이오가스 유량비, 수증기 유량비, 입력전력 변화와 같은 변수별 연구를 수행하였다. 바이오가스 유량비(biogas/TFR : total flow rate), 수증기 유량비($H_2O/TFR$: total flow rate), 입력전력이 각각 0.32~0.37, 0.36~0.42, 8 kW일 때 메탄의 전환율이 81.3~89.6％인 최적운전조건을 보였다. 이때 합성가스 중의 수소와 일산화탄소의 농도는 27.11~40.23％, 14.31~18.61％이며, 수소 수율은 40.6~61％, 에너지 전환율은 30.5~54.4％, $H_2/CO$ 비는 1.89~2.16이다.

• 한국가스학회지
• /
• 제21권4호
• /
• pp.76-83
• /
• 2017

국내의 늘어나는 천연가스의 수요를 충족시키면서 지구온난화에 대한 대안으로 바이오가스를 도시가스로 활용하는 방안이 자연스럽게 주목받고 있다. 도시가스사업법의 개정을 통해 바이오가스의 생산 및 공급의 제도적인 기반을 구축했지만, 바이오가스내의 불순물을 제거하고 이산화탄소를 분리하여 고순도의 메탄을 제조하는 국내 기술이 부족하여 실질적인 활용이 어려운 상황이다. 따라서 본 연구에서는 고순도의 바이오메탄 농축을 위하여 멤브레인(Membrane)법, 물흡수법(Water absorption), 화학흡수법(Chemical absorption), 흡착법 4가지의 공법을 적용하여 각 시스템별 운전시나리오를 작성하고 비교하여 최적공법을 도출하였으며, 시스템별 케이스 연구를 통해 최적의 시스템을 구축할 수 있었다. 이를 이용하여 순도 97%이상의 바이오메탄을 생산하여 도시가스로 이용하기에 충분하였으며, 회수율이 98%를 넘어 그간 경제성이 없어 버려지던 소량의 바이오 가스도 회수하여 활용 할 수 있게 되었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
• /
• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
• /
• pp.474-477
• /
• 2006

유동형 급속열분해기((fluidized bed type fast pyrolyzer, 용량 300g/h)를 이용하여 너도밤나무와 침엽수 흔합재(독일가문비나무/전나무, 50:50)로부터 바이오오일을 생산하였다. 목질바이오매스의 열분해는 약 $470{\pm}5^{\circ}C$에서 1-2초 간 진행되었다. 목질바이오매스의 열분해 생성물의 조성을 살펴보면, 너도밤나무는 바이오오일이 약 60%, 탄이 약 9% 피리 고 가스가 31% 가량 생산되었으며, 침엽수 혼합재는 49%의 바이오오일, 9%의 탄, 그리고 42% 가량의 가스가 생성되었다. 두 종류의 목질바이오매스에서 생산된 바이오오일에는 약 17-22% 가량의 수분이 포함되어 있었으며, 비중은 약 1.2kg/L 이었다. 바이오오일의 원소 조성은 탄소가 45%, 산소가 47% 수소가 7%, 그리 고 질소가 1% 로서 일반적 인 목질바이오매스와 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나 화석자원에서 생산되는 오일류와 비교하여 산소함량은 매우 높았으나 황은 전혀 포함하고 있지 않았다. 바이오오일의 GC분석 결과 총 90여종의 고리형, 또는 비고리형 저분자량 화합물이 검출되었으며 이들의 함량은 바이오오일 전건중량의 31-33% 정도로 측정되었다.