• Clean Technology
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• v.26 no.1
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• pp.72-78
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• 2020

The use of fossil fuel and biogas production causes air pollution and climate change problems. Research endeavors continue to focus on converting methane and carbon dioxide, which are the major causes of climate change, into quality energy sources. In this study, a novel plasma-carbon converter was proposed to convert biogas into high quality gas, which is linked to photovoltaic and wind power and which poses a problem on generating electric power continuously. The characteristics of conversion and gas production were investigated to find a possibility for biogas conversion, involving parametric tests according to the change in the main influence variables, such as O₂/C ratio, total gas feed rate, and CO₂/CH₄ ratio. A higher O₂/C ratio gave higher conversions of methane and carbon dioxide. Total gas feed rate showed maximum conversion at a certain specified value. When CO₂/CH₄ feed ratio was decreased, both conversions increased. As a result, the production of solar fuel by plasma oxidation destruction-carbon material gasification conversion, which was newly suggested in this study, could be known as a possibly useful technology. When O₂/C ratio was 0.8 and CO₂/CH₄ was 0.67 while the total gas supply was at 40 L min^-1 (VHSV = 1.37), the maximum conversions of carbon dioxide and methane were achieved. The results gave the highest production for hydrogen and carbon dioxide which were high-quality fuel.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.173.2-173.2
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• 2011

대체 에너지 자원 중 폐기물의 소화 가스를 이용한 바이오가스 발전은 이산화탄소에 비해 온실효과 영향력에 21배에 해당하는 메탄가스를 연료로 사용하여 환경부하를 저감시키고 에너지를 생산한다. 바이오가스에 포함된 $H_2S$는 연소 후 $SO_2$형태로 발생되는데 $SO_2$는 수분과 반응을 하게 되면 $H_2SO_4$등의 강한 산성을 띄는 물질로 생성되어 배관 및 발전기에 손상을 주고 저온부식현상을 유발하게 하며, 동물이나 인체에 노출되면 기관지 수축현상이 일어나 호흡기에 영향을 주는 질식성을 띄는 가스이다. 축산바이오가스에 포함된 $H_2S$의 함유량과 가스엔진의 연소 시 배출되는 $SO_2$ 배기가스 성분의 관련성을 검증하기 위해 60-65%의 $CH_4$와 30-35%의 $CO_2$ 성분의 바이오가스를 50kW급 발전기에서 사용하였고 연소 후 배출되는 가스 성분을 분석하였다.

• Journal of the KSME
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• v.50 no.9
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• pp.39-42
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• 2010

바이오가스는 세계적으로 풍부한 바이오매스 자원에서 발생하고 지구온난화 문제에 대응할 수 있는 탄소중립 청정에너지원이다. 이 글에서는 유럽의 바이오가스 생산 및 시작동향 중에서도 EU 생산량의 35%를 차지하는 독일의 현황에 대해 살펴보고자 한다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.110.2-110.2
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• 2011

바이오가스 생산은 현재 정부에서 추진하고 있는 저탄소 녹색성장으로 인해 더욱 그 가치의 중요성이 부각되고 있다. 스웨덴 Scandinavian Biogas Fuel AB(SBF) 사의 바이오 가스 생산 기술을 이용함으로 소화효율을 개선하고 바이오가스 발생량을 극대화하였다. 전국 403개 공공하수처리시설 중 소화조가 설치된 처리시설은 65 개소이며 이중 57 개소에서 총 64개 소화조를 운영 중이다. 하지만 국내 소화조의 효율은 유입수질 저하, 운영, 관리 미숙으로 인해 전진국의 1/4 수준으로 에너지 이용률이 미미한 편이다. 환경부는 2010년부터 에너지 이용, 생산사용 확대, 추진을 위해 하수처리시설별 이용 가능한 에너지 잠재력의 종류, 양, 지역 내 수요자, 공급자 의 현황 규모 등을 정리해 2012년부터 에너지 이용사업 확대를 추진한다. SBF의 기술을 바탕으로 하수처리시설에서 들어오는 하루 슬러지 $1370m^3$와 음식물쓰레기 180t을 함께 처리하며 바이오가스 생산량을 더욱 늘렸다. 각 $7,000m^3$의 달걀모양(egg shape) 소화조 2개를 운영하며 생 슬러지와 음식물 쓰레기 처리 후 바로 소화조로 투입, 혐기 소화하는 방식이며 슬러지 최종처분방법은 탈수 후 소각된다. 반입되는 생 슬러지의 평균 TS 1.7%, VS 63% 이며 농축 후에는 평균 TS 9%, VS 75% 이다. 또 소화조로 들어가는 음식물 쓰레기는 평균 TS 8%, VS 85% 이며 소화 후 평균 TS 3.6% VS 59% 이다. 그리고 소화조의 pH는 7.3~7.8,유기산의 농도는 150mg/L~350mg/L, 가스발생량은 하루 평균 $26,500Nm^3$이며 소화효율은 평균 67%이다. 혐기성소화는 산소가 없는 무 산소 상태 에서 분해 가능한 유기물을 분해시켜 메탄으로 전환시키고 우리는 현재 이 가스를 소화조 가온에 사용하고, 판매하고 있다. 소화효율을 높이기 위하여 가온과 교반이 행해지는데 가온방식은 직접가온방식(증기주입식)과 간접가온방식(열교환방식)이 있다. 그중 우리는 간접가온방식을 채택하여 소화효율을 높였고 일반중온 혐기소화온도보다 약간 높은 $38^{\circ}C$로 운전한다. 그리고 일반적으로 알려진 교반방식인 가스교반, 기계교반, 이 둘은 병행한 교반이 아닌 독자적인 방법을 이용, 소화조 내의 슬러지가 정체되어 교반되지 않는 부분을 최소화 하였다. 이때 미생물이 투입되기 힘든 소화조 아래 쪽 으로도 고루분포 되어 슬러지를 이용 하게 되고 소화조 상하부의 온도차가 $1^{\circ}C$ 이하로 거의 완벽한 교반상태를 보여 줌 으로써 소화효율을 최대한으로 한다. 더욱이 소화일수 부족으로 인한 전반적 소화효율 저하가 발생하지 않도록 input과 output 조절을 통한 적정소화일수 20~25일을 최대한 맞추어 운전하여 소화조 설계용량의 평균 90%를 활용하고 있다.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.23 no.6
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• pp.594-598
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• 2012

In the present study, biogas was produced from the anaerobic digestion of marine macroalgae (Laminaria japonica) biomass. The optimal anaerobic condition for producing the sludge was the freeze treatment at $-70^{\circ}C$ for 20 min. Total amounts of hydrogen and methane gas produced were 667.28 mL/L and 3420.24 mL/L, respectively, which were 2.7 and 3.4 times greater than that in the control group. Freeze treatment of sludge produced the maximum biogas under an initial optimum pH of 7.0 and the maximum biomass at an initial optimum pH of 8.0. We confirmed that biogas production was greatly reduced under acidic conditions compared to that under alkaline conditions. Sludge was freeze treated, and the biomass and sludge production was optimal the total amounts of hydrogen and methane gas produced were 643.73 mL/L and 4291.6 mL/L, respectively, which were 2.6 and 4.3 times greater than in the control group. Also the results showed that under optimal conditions in a 5-L bioreactor, a maximum of 1605.03 mL/L of hydrogen and 4593.71 mL/L of methane gas could be produced by the substrate contained in the marine macroalgae biomass.

• Clean Technology
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• v.16 no.1
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• pp.51-58
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• 2010

Methane was produced from the anaerobic digestion of marine macro-algae. Elemental analysis was first performed to estimate the theoretical methane production of three macro-algae (Undaria pinnatifida, Laminaria japonica, Hizikia fusiformis). Three algae were found to contain C 34 ~ 36%, H 5%, O 37 ~ 43%, N 2 ~ 4%, S 0.4 ~ 0.7%, and ash 14~21%, and the theoretical methane content was in the range of 56 ~ 60%, which can produce 442 ~ 568 mL $CH_4$ per g of volatile solid (VS). Using the biological methane potential (BMP) test, we found that L. japonica resulted in the highest yield of methane (52%). Moreover, various operational conditions, such as algae amount, pH, salinity, particle size, and pre-treatment, were investigated in order to find an optimal condition of anaerobic digestion. At pH 8.0, the autoclaved L. japonica (5g VS/200 mL), when used without washing salt, produced 268.5 mL/g VS which is 65% of the theoretical methane productions. Furthermore, using a CSTR (with the working volume of 7 L out of the total volume of 10 L), we have successfully operated the reactor for 65 days and obtained maximum methane production rate of 1.4 L/day with purity of 70%.

• Journal of Energy Engineering
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• v.25 no.4
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• pp.214-225
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• 2016

Gasification is one of the important contribution to resource recycling by conversion of biomass to a variety of energy sources such as alcohol, SNG etc., and to global warming prevention by reduction of green house gases such as $CO_2$. The aim of this study is to draw the optimal operation condition of dual fluidized-bed gasifier with biomass fuel, to verify SNG production efficiency and to establish the basis for the domestic commercialization of dual fluidized bed gasification. As a result, dual fluidized-bed gasifier has the optimal conditions at $826^{\circ}C$ with steam input 1,334 g/hr, air input 5.56 L/min. The carbon conversion is 81% and SNG production efficiency was $CH_4$ 92%.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.174.2-174.2
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• 2011

최근 유가상승과 석유, 천연가스의 가채 매장량의 한계등과 함께 온실가스에 의한 지구온난화 방지를 위하여 미국, 유럽국가 및 캐나다 등에서는 바이오매스를 이용한 에너지 회수 기술개발에 많은 관심과 연구를 수행하고 있다. 바이오 매스는 에너지 밀도 대비 존재하는 지역이 광범위하여 발생, 수집, 수송에 따른 비용이 많이 소요되는 특성이 있어 산지에서 직접처리하거나 수집하여 대규모처리등과 같이 여러 가지 현장상황에 따라 적정한 플랜트 운용의 유연성을 갖추고 있어야 한다. 일반적으로 바이오매스로부터 중소형으로 분산형 발전이나 수소제조를 위해서는 직접 연소법 보다는 가스화 방식을 이용하고 있는데, 연소에 의해 열을 생산하여 전기를 생산하는 방식은 스팀터빈을 이용하는 것이며, 스팀터빈은 소형 운용이 어렵기 때문이다. 본 연구에서는 폐목재로부터 합성가스제조를 위하여 5톤/일 규모 가스화기를 제작하였으며, 타르 및 수트와 같은 미반응 물질을 제거할 수 있는 집진, 세정장치를 설계 및 제작하였다. 또한 합성가스에 함유된 현열로부터 열회수를 위하여 열교환기를 설치하였으며, 정제된 합성가스를 이용하는 가스엔진을 통하여 열병합 발전시스템 연계운전을 수행하였다. 운전 실험을 폐목재 가스화 3톤/일 규모로 수행하였으며, 평균 1,500kcal/$Nm^3$의 발열량을 갖는 합성가스를 생성시킬 수 있었다. 사이클론, 스크러버 및 기수분리 장치를 이용하여 정제된 합성가스는 합성가스 엔진을 통하여 72kW 이상의 전력생산이 가능하였다. 열교환기를 통하여 평균 15,000kcal/h의 배열 회수가 가능하였으며, 바이오매스 가스화 합성가스를 이용한 열병합 발전이 가능함을 입증하였다.

• Clean Technology
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• v.24 no.3
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• pp.233-238
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• 2018

Bio-oil is produced by the fast quenching of hot vapor produced by fast pyrolysis of biomass in an inert atmosphere. Nitrogen is used as carrier gas to control the concentration of oxygen less than 3%. The consumption of nitrogen should be increased with increasing process size, and leading to increasing of facility and operating costs due to nitrogen charge. The effects of the recycling of non-condensable gases on the fast pyrolysis, bio-oil yield and quality, and nitrogen consumption have systematically investigated to see the possibility of these results in fast pyrolysis process of palm residue.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.102.1-102.1
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• 2010

바이오매스(Biomass)는 지구상에서 에너지원으로 이용될 수 있는 모든 식물과 미생물을 총칭하는 의미로 사용된다. 최근 바이오매스를 에너지자원화 시키는 방법으로 주목받는 열화학적 전환(Thermo-chemical conversion) 반응은 산소가 없이 혹은 희박한 조건에서 바이오매스에 열과 압력을 가하거나 공기나 수증기 등의 가스화제와 반응하여 바이오오일(Bio-oil) 및 합성가스(Syngas)로 변화하는 프로세스를 의미한다. 바이오매스로부터 바이오 DME(Di-Methyl Ether) 생산을 위한 합성가스를 제조하기 위해서 국내 산림자원을 대상으로 열분해반응 특성연구를 수행하였다. 또한 이들 물질로부터 바이오 DME 합성을 위해 최적의 합성가스 제조를 위한 타당성 연구를 수행하였다. 반응온도 $800{\sim}900^{\circ}C$에서 가스화 수율은 78~80%, 촤 수율은 17~20%, 타르 수율은 4~10%였고, 합성가스($H_2$/CO)비는 0.9~1.6였다.