• 한국연소학회지
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• 제22권1호
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• pp.14-22
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• 2017

Co-firing of renewable fuel in coal fired boilers is an attractive option to mitigate $CO_2$ emissions, since it is a relatively low cost option for efficiently converting renewable fuel to electricity by adding biomass as partial substitute of coal. However, it would cause reducing plant efficiency and operational flexibility, and increasing operation and capital cost associated with handling and firing equipment of renewable fuels. The aim of this study is to investigate the effects of biomass co-firing on $CO_2$ emission and capital/operating cost. Wood pellet, PKS (palm kernel shell), EFB (empty fruit bunch) and sludge are considered as renewable fuels for co-firing with coal. Several approaches by the co-firing ratio are chosen from previous plant demonstrations and commercial co-firing operation, and they are evaluated and discussed for $CO_2$ reduction and cost estimation.

• 대한기계학회논문집B
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• 제35권7호
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• pp.693-699
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• 2011

바이오매스나 기타 유기성 폐기물로부터 가스화공정을 거쳐 얻을 수 있는 합성가스는 환경보호와 화석연료고갈 방지 측면에서 유망한 대체연료 중 하나로 여겨지고 있다. 그러나 가스화로부터 얻어지는 합성가스는 일반적인 천연가스와 같은 가스연료에 비해 발열량이 낮고 연료조성이 불균일하여 내연기관에 적용시 안정적이고 지속적인 운전이 어렵다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 저발열량과 불균일한 가스 조성의 특징을 가진 합성가스가 연소에 미치는 영향을 파악하여 고효율의 엔진을 개발하고자 연구를 수행하였다. 저발열량의 합성가스를 모사하기 위하여 천연가스에 질소를 희석한 연료를 사용하였다. 또한 체적당 발열량을 유지하면서 동일유량조건으로 합성가스에 수소 혼합비율을 10 ~ 30%로 변화시키면서 연소 특성 변화를 살펴보았다.

• 공업화학
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• 제30권6호
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• pp.712-718
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• 2019

가스화(gasification)는 바이오매스로부터 에너지를 얻을 수 있는 방법 중 하나로 열화학적 변환을 통해 수소, 일산화탄소, 메탄 등으로 조성된 가연성 가스인 'producer gas'를 생산할 수 있다. 하지만 producer gas와 함께 타르(tar)를 비롯한 ash 등의 입자상 물질이 함께 생성돼, 발전 터빈이나 연소 엔진 등에 유입되어 고장을 일으키거나 배관 등에 축적되어 막힘 현상 등을 야기하므로 제거가 필요하다. 본 연구에서는 producer gas 중 타르 및 입자 제거를 위해 오일 스크러버(oil scrubber)와 집진장치를 도입하였다. 흡수용매로써 타르를 효과적으로 제거가 가능한 대두유를 사용하였고, 스크러버의 용매 온도에 따라 제거효율이 어떻게 변화하는지 실험을 통해 관찰하였다. 집진장치에는 타르로 인한 필터 눈 막힘 현상 등의 문제를 방지하기 위해 pre-coating 기술을 도입하였다. Pre-coating에 사용할 물질로써 분말 소석회와 목탄계 활성탄(wood char)을 사용하였으며, 타르(tar)를 비롯한 입자 평균 제거 효율은 소석회를 pre-coating 물질로 사용 시 86%, 활성탄의 경우 80%로 나타났다. 스크러버와 집진장치를 동시에 사용한 경우에는 평균 제거효율이 소석회는 88%, 활성탄의 경우 83%로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제19권4호
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• pp.240-245
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• 2010

화석연료는 사용 후 재생이 불가능하고 매장량이 한정되어 있으며, 연소 시 발생되는 각종 공해물질로 인해 환경문제를 야기하고 있다. 이러한 맥락에서 차세대 청정대체에너지로서 주목을 받고 있는 것이 바로 수소에너지이다. 현재 가장 경제성이 있는 수소제조방법으로 알려진 천연가스 Steam Reformig(SRM)은 천연가스의 매장량 한계성으로 인해 그 제조비용이 높아지고 있어, 바이오매스 및 유기성 폐기물의 가스화를 통한 수소생산방법이 자원의 재순환, 페기물 처리, 열원의 이용, 직접적인 $CO_2$ 삭감 등의 부수적인 효과가 높아 경제성 있는 수소제조법으로 많은 연구가 진행되고 있다. 이에 본 연구에서는 잠재적으로 고갈 염려가 있는 화석연료를 대체하고, 화석연료의 연소 시 발생되는 환경문제를 해결하고자 열분해로와 고온개질기로 구성된 Pilot-scale Two Stage Gasifier를 개발하고, 본 장치 내에서의 biomass의 가스화 특성을 평가하고자 한다. 열분 해로에서의 가스화 실험 결과, 열분해로의 전환율은 약 70%로 나타났으며, $H_2$, $CH_4$, CO, $CO_2$의 평균 생성량은 각각 16.7, 11.3, 37.2, 26.6 L/mim의 결과를 보였다. 고온개질기로부터의 생성가스 수율의 결과로부터, 고온개질기에 적용된 $1100^{\circ}C$의 초고온에서의 개질 반응에 의해 $CH_4$의 대부분이 환원됨을 확인할 수 있었다. 본 연구로부터 개발된 장치의 냉가스 효율은 53.2%로 비교적 높은 결과가 얻어졌으며, 수소에 대한 평균 생성량은 55.4 L/min의 결과를 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권1호
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• pp.127-137
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• 2021

미세먼지 전구체인 질소산화물(NOx)에 대한 대기배출부과금 제도가 2020년부터 국내에 도입 및 시행됨에 따라 이를 저감하기 위한 경제적인 연소기술 개발은 매우 시급한 실정이다. 본 연구에서는 해외 우드펠릿 대체재로서 REC(Renewable Energy Certificates) 확보가 가능한 국내 미이용 산림 바이오매스를 연료로 하여 0.1 MWth급 순환유동층 연소 설비에서 NOx 저감을 위한 air-staging 효과를 고찰하였다. 운전 변수로는 air-staging 적용 유무, 3차 공기 공급 높이(6.4 m, 8.1 m, 9.4 m) 그리고 air-staging 비율(1차 공기:2차 공기:3차 공기=91%:9%:0%, 82%:9%:9%, 73%:9%:18%) 변화이며 운전 변수에 대한 배기가스 내 NO와 CO 농도, 연소로 높이별 온도와 압력 프로파일, 포집된 비산재(fly ash) 내 미연탄소 함량과 연소효율을 분석하였다. 3차 공기를 가장 높은 9.4 m에서 공급한 air-staging 운전 시 NO 농도는 100.7 ppm으로 air-staging을 적용하지 않은 운전 조건(148.8 ppm)보다 32.3% 감소하지만 CO 농도는 오히려 52.2 ppm에서 99.8 ppm으로 91% 증가하였다. 더불어, NO 농도의 저감을 위한 환원영역과 CO 농도의 저감을 위한 산화영역 확보를 위해 3차 공기 공급 높이를 6.4 m로 유지하며 3차 공기 공급량을 늘리고 1차 공기 공급량을 낮춘 air-staging 운전 조건(73%:9%:18%)에서는 NO와 CO 농도가 각각 90.8 ppm과 66.1 ppm으로 air-staging 적용 조건 중 가장 감소되는 것을 확인하였다. 이러한 최적 운전 조건에서 연소효율 역시, air-staging을 적용하지 않은 운전 조건의 연소효율(98.3%) 보다 높은 99.3%임을 확인하였다.

• 한국기후변화학회지
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• 제4권1호
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• pp.41-49
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• 2013

기후변화를 유발하는 원인물질로는 주로 화석연료의 연소에 의해 발생하는 '온실가스'가 대표적이었으나, 최근 연구를 통해 블랙카본 또한 기후변화에 기여하는 것으로 알려지고 있다. 주로 숯가마, 화목난로, 폐기물 노천소각 등 생물성 물질의 불완전연소에 의해 발생하는 블랙카본은 눈과 얼음의 표면에 붙어 알베도를 감소시키고, 태양복사에너지 흡수율을 증가시켜 눈과 얼음이 녹는 속도를 가속화 한다. 그러나, 바이오매스 연소로 발생하는 블랙카본의 배출 특성은 아직 정확하게 밝혀진 바가 없다. 본 연구에서는 이러한 블랙카본의 배출 특성을 살펴보기 위하여 화목난로를 대상으로 연소실험을 진행하였다. 연소 실험 결과, 블랙카본은 연소 온도가 낮고, 연소용 공기 공급량이 적은 조건에서 더 많이 발생하는 것으로 나타났다. 또한, 블랙카본 배출계수는 벽난로에서 목재연료 A를 연소하였을 때가 1.01 g-BC/kg-Oak, 목재연료 B가 0.37 g-BC/kg-Oak, 목재연료 C가 0.29 g-BC/kg-Oak으로 산정되었고, 소형난로에서 목재연료 A를 연소하였을 때 0.25 g-BC/kg-Oak으로 산정되었다.

• 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.

• 임산에너지
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• 제20권1호
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• pp.53-61
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• 2001

본 논문에서는 토지이용 및 임업부문에서의 온실가스 배출통계에 있어 국제기준이 되는 수정된 IPCC 가이드라인을 토대로 우리에게 적합한 산출방법을 개발하고, 이에 의해 1998US도 기준 온실가스 흡수/배출 현황을 제시하였다. 먼저 산림 및 목질계 바이오매스 변화 범주에 있어 생장에 의한 이산화탄소 흡수량은 11,911×10³탄소톤이고 벌채에 의한 배출량은 824×10³탄소톤으로서 순흡수량은 11,087×10³탄소톤었다. 두 번째로 산림의 타용도 전용시 목재를 반출하고 현지에 남아 썩게되는 바이오매스에 의한 온실가스 순배출은 82×10³탄소톤으로 미미한 수준이다. 마지막으로 토지이용변화 및 토지관리에 따른 토양에서의 총 순배출량은 1,057×10³탄소톤이며, 그 중 토지이용체계변화에 따른 무기토양의 순탄소량 변화가 1,025×10³탄소톤으로 대부분을 차지하고, 나머지 32×10³탄소톤만이 농경지에서의 석회시용에 따른 배출이었다. 결과적으로 1998년도 토지이용변화 및 임업부문의 온실가스 수지는 흡수 11,911×10³탄소톤, 배출 1,963×10³탄소톤로서 순흡수 9,948×10³탄소톤이었으며, 이는 같은 해 우리나라의 에너지 연소에 따른 배출량 103,601×10³탄소톤의 9.6%에 해당한다.

• 한국대기환경학회지
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• 제21권4호
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• pp.459-469
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• 2005

In recent years, concerns have been growing globally regarding greenhouse gases. Open burning of biomass causes emission of a number of greenhouse and other gases and substances. This paper studied an analysis on the characteristics of four types of biomass using duel type cone calorimeter. Cone calorimeter is widely used for assessing combustibility of materials in Europe. As a result, we evaluated several characteristics of biomass, such as heat released rate, smoke production rate, CO, $CO_2$ production and mass loss rate, and so on. $CO_2$ is currently responsible for over $60\%$ of the enhanced greenhouse effect, and may be the most important contributor to future. $CO_2$ production for biomass in the range of $1.74\~1.99kg/kg$ is similar to previous research conducted by Bhattacharya et al. (2002a).

• 청정기술
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• 제22권4호
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• pp.286-291
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• 2016

본 연구는 억새 바이오매스로 성형한 연료펠릿의 실용화를 앞당기기 위해 소나무 톱밥 펠릿과 비교한 성형 단계별 물리적 특성 변화, 소요 전력 그리고 성형된 펠릿의 품질을 조사하고, 연소 특성 개선을 위해 석회혼합 비율별로 펠릿을 성형하여 회분 함량 등 연소특성을 조사하였다. 겉보기 밀도는 억새가 원료단계와 분쇄 후에 소나무 톱밥에 비해 낮았으나 펠릿 성형 후에는 소나무 톱밥과 비슷하였다. 수분함량은 억새가 원료 단계에서 소나무 톱밥에 비해 높았으나 분쇄 후에는 비슷하였고, 펠릿 성형 후에는 낮아졌다. 억새는 소나무 톱밥 펠릿성형 공정에 없는 밀도증가 단계가 있지만 총 소요 전력이 비슷하였고, 성형된 펠릿의 내구성과 성형율도 소나무 톱밥과 차이가 없었다. 억새 펠릿은 석회혼합 비율이 증가함에 따라 회분함량이 증가하고 고위 발열량이 다소 낮아졌으나, 회분 용융점이 높아지고 clinker 발생률은 감소하는 경향이었다.