• 한국응용과학기술학회지
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• 제34권1호
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• pp.1-11
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• 2017

바이오오일은 고품질 화학물질로 이용이 가능하며 차세대 탄화수소 연료와 석유정제업 공급원료로 사용할 수 있기 때문에 촉망받는 신재생에너지의 하나로 상당한 관심을 받고 있다. 또한 제올라이트는 급속열분해 과정에서 크래킹 반응을 효과적으로 촉진시켜 탈산소 반응을 증가 시키고 탄화수소가 많은 안정된 바이오오일을 만든다. 그래서 본 연구에서는 백합나무 바이오오일 품질개선을 위해 촉매열분해(Control, Blackcoal, Whitecoal, ZeoliteY 및 ZSM-5)를 적용하여 특성을 조사하였다. 바이오오일의 특성 변화를 알아보기 위하여 0.3~1.4 mm 크기의 백합나무 시료 500 g을 $465^{\circ}C$에서 1.6초 동안 촉매열분해하여 바이오오일을 제조하였다. 촉매 조건 상태에서 바이오오일의 수율은 Control(54.0%)과 비교하여 Blackcoal(56.2%)를 제외하면, Whitecoal(53.5%), ZeoliteY (51.4%), 및 ZSM-5(52.0%)로 모두 감소했다. 수분 함량이 Control(37.4%)에서 촉매 처리후 37.4~45.2%로 증가함에 따라 발열량((High heating value)은 감소했다. 그러나 다른 다른 바이오오일 특성은 개선되었다. 촉매 적용 결과 바이오오일의 회분과 전산가(TAN)가 감소했고, 특히 수송연료로 중요한 특성인 점도는 Control cP(6,933) 에서 2,578 ~ 4,627 cP로 감소했다. 또한 ZeoliteY는 방향족탄화수소를 생산하고 점도를 개선시키는데 가장 효과적이였다.

• 유기물자원화
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• 제25권3호
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• pp.55-62
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• 2017

본 연구는 해조류 첨가를 통한 음식물쓰레기의 소화효율 증대효과를 알아보기 위해 다양한 농도(2.5~10.0 g VS/L)와 혼합비율(FW:SW=100:0, 75:25, 50:50, 25:75, 0:100, VS 농도 기준)에서 회분식 실험을 수행하였다. 음식물쓰레기의 단일소화의 경우 농도가 증가함(2.5~10.0 g VS/L)에 따라 메탄전환율이 394, 377, 276, $49mL\;CH_4/g\;VS_{added}$로 감소하는 경향을 보였다. 음식물쓰레기에 해조류의 첨가 비율이 높아질수록 낮은 기질농도(2.5~5.0 g VS/L)에서는 메탄전환율이 감소하였으나(최대 15% 감소) 높은 기질농도(7.5~10.0 g VS/L)에서는 메탄전환율이 증가하였다(최대 240% 상승). 또한 음식물쓰레기와 해조류의 단일소화 시 발생된 메탄가스의 양을 기반으로 상승효과에 의한 메탄발생량을 계산한 결과, 2.5, 5.0 g VS/L에서는 상승효과가 없었고, 7.5, 10.0 g VS/L의 경우에는 해조류의 비율이 높아질수록 상승효과가 최대 25 % (= 상승효과에 의한 메탄발생량/혼합소화 시 실제 발생한 메탄발생량, 기질농도 10.0 g VS/L, 혼합비율 50:50)까지 상승하였다. 음식물쓰레기의 농도가 10.0 g VS/L로 높은 경우 단일소화 시(FW=SW=100:0) 유기산 축적량이 7,426 mg COD/L까지 증가하였고, 해조류를 첨가하면(FW:SW=50:50) 유기산 축적량이 2,346 mg COD/L로 감소하였다. 이는 비교적 생분해도가 낮은 해조류를 첨가함으로서 유기산 생산속도의 조절을 통해 유기산이 축적되는 것을 억제하여 상승효과가 발생한 것으로 판단된다.

• 한국작물학회지
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• 제60권3호
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• pp.374-380
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• 2015

본 연구는 매립예정 유휴간척지 토양에 하수슬러지 고화물을 처리한 시험구 및 간척지 토양에서 적응성이 높은 바이오에너지작물을 선발하여 간척지 토양을 활용한 바이오 에너지 원료작물의 재배와 바이오매스 생산 가능성에 대한 기초자료를 얻고자 5년간 재배시험을 수행하였으며 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 매립예정 간척지 토양에 하수슬러지 고화물 처리는 바이오에너지작물의 생육에 있어서 토양양분 공급과 토양표면의 염류집적을 저해하며 토양복토재로서 효과적인 것으로 나타났다. 2. 3년간의 에너지작물 재배결과, 각 하수슬러지 고화물을 처리한 시험구 및 간척지 원지반토에서 가장 월등한 생육을 보이는 에너지작물은 거대 1호 이었다. 3. 각 시험구에서 가장 우수한 적응력을 나타내는 거대 1호의 생육은 재배 5년간 지속적으로 증가하는 경향을 보였다. 4. 정식 5년차에 하수슬러지 고화물을 처리한 시험구에서 거대 1호의 바이오매스 수량은 27.5~32.7 ton/ha 이었으며, 간척지 원지반토에서 바이오매스 수량은 18.9ton/ha로 나타나 바이오에너지작물 재배면적 확대측면에서 간척지 등의 유휴지에서도 약 15 ton/ha 이상의 바이오매스 생산 가능성이 있음을 시사한다. 5. 하수슬러지 고화물을 처리한 토양에서 거대 1호의 생육은 과영양상태를 보이며 바이오에너지 원료로서는 이용가치가 낮은 것으로 나타나, 향후 매립예정 유휴 간척지토양에서 하수슬러지 고화물을 에너지작물 재배를 위한 토양복토재로서 이용할 시에 적정 처리범위 및 배비관리에 대한 고려가 절실히 요구될 것으로 사료된다.

• 한국작물학회지
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• 제56권4호
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• pp.299-307
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• 2011

본 연구는 수도권 매립예정 간척지 중 대규모의 유휴지에 농촌진흥청 국립식량과학원에서 특허 출원한 물억새의 일종인 거대억새1호, 간척지 자생 물억새 및 자생 갈대의 에너지 작물을 바이오에너지 생산 목적으로 쓰레기 매립 예정지에서 재배한 최초의 연구로서 매립예정 간척지의 적응성 및 활용가치가 높은 에너지 작물을 선정함과 동시에 간척지 토양의 하수슬러지 고화물 처리로 인한 에너지 작물의 생육 상태 모니터링 및 토양화학성의 변화를 조사하였다. 1. 각 시험구의 토양 pH범위는 6.7~8.3이었으며 하수슬러지 고화물을 처리한 시험구는 원지반토보다 낮은 pH를 나타내었다. 원지반토의 염농도는 하수슬러지 고화물을 처리한 시험구에 비해 높은 치환성 나트륨 함량을 보이며 높은 염농도를 나타내었다. 2. 하수슬러지 고화물 처리구의 토양 유기물 함량은 재식 초기에는 원지반토에 비해 4배와 7배 높았고, 생육후기에도 2.9~5.6%로 원지반토의 0.75%에 비해 많았다. 3. 각 시험구의 에너지 작물 생육조사결과 거대억새1호가 다른 에너지 작물에 비해 간척지 토양에 하수슬러지 고화물을 투입한 시험구에 대한 적응력이 우수한 것으로 판단되었다. 4. 간척지에 하수슬러지 고화물의 투입으로 인하여 염해 완충능이 향상되는 등 토양이화학성이 개선되었으며, 에너지 작물의 생육이 원지반토에 비해 양호했던 점을 보아 매립예정 간척지의 토양 복토제로서 활용 가능성을 확인하였다. 5. 각 시험구의 에너지 작물 수확 후 마른줄기 수량을 조사한 결과 거대억새1호는 타 에너지 작물에 비해 가장 높은 바이오매스량을 나타내며, 거대억새1호는 바이오에너지 생산을 위한 최적의 에너지 작물임을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.762-767
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• 2009

해외 열대작물 씨앗에서 추출한 식물성 오일을 이용하여 바이오디젤을 생산하고 물성분석을 통해 차량연료로서의 사용가능성을 검토하는 연구를 수행하였다. 유리지방산 함량이 높은 열대작물 오일의 효율적인 바이오디젤 생산을 위해서는 유리지방산을 산촉매로 에스테르화한 후 전이에스테르화 반응하는 2단계 반응공정의 적용이 필요하였다. 전처리(에스테르화) 반응에 적합한 촉매를 선정하기 위해 3가지 산 촉매의 비교실험 수행 결과 황산이 최적 촉매임을 확인하였고, 반응표면분석법(response surface method, RSM)에 의해 도출한 최적 반응조건은 황산 촉매 0.982%와 메탄올 26.7%로 나타났다. 전이에스테르화 반응에 대한 최적화 실험을 반응표면분석법에 근거하여 수행하고, 결과로 KOH 촉매 1.24%, 메탄올 22.76%로 확인되었지만 본 연구팀의 선행 실험의 반응조건(KOH 0.8%)보다 과량의 촉매가 투입된 것으로 나타났다. 이에 대한 확인실험으로 메탄올과 촉매 투입량에 대한 추가 실험을 수행하였으며, 그 결과로서 최적 반응조건으로 KOH 촉매 0.8%와 메탄올:오일 몰비 6.2:1로 도출하였으며 반응생성물의 분석결과 지방산 메틸에스테르(fatty acid methyl ester, FAME) 100.8%, 산가 0.45 mgKOH/g, 수분 0.00%, 산화안정성 0.70 h, 총 글리세롤 함량 0.04%, Mono-glyceride 함량 0.04%, Di-glyceride 함량 0.01%, Tri-glyceride 함량 0.00%, 동점도($40^{\circ}C$에서) $4.041mm^2/s$, 저온필터막힘점 $1.0^{\circ}C$로 주요 바이오디젤 품질규격을 만족하는 것으로 나타났다.

• 한국잡초학회지
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• 제30권4호
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• pp.340-360
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• 2010

이제 바야흐로 21세기 탈석유 시대에 대비하기 위해서는 범국가적 차원의 새로운 산업전략이 필요하게 되었다. "바이오리파이너리"란 원유로부터 각종 화학제품을 생산하는 기존의 기술과 달리 석유대신 나무나 볏짚 등과 같은 식물을 원료로 해서 바이오화학제품이나 바이오연료 등을 생산하는 기술을 총칭한다. 바이오리파이너리를 통한 바이오매스 기반의 화학산업은 석유로부터 생성되는 많은 역기능적인 문제점들을 해결할 수 있다. 바이오리파이너리 기술을 이용해서 생산할 수 있는 제품을 특성별로 분류하면, 바이오 연료, 대체원료, 특수 기능물질, 바이오폴리머 등이 있으며, 이러한 공정기술 개발이 미래지속 성장 화학기술의 중심기술이 될 것이다. 바이오 연료에는 에탄올, 디젤, 수소 등이 있고, 대체원료(chemical feedstock)로서는 글리세롤, 젖산, 아세톤, 부탄올, 프로피온산, 부틸산, 부탄디올, 프로판디올, 구연산, 숙신산, 각종 아미노산 등이 해당된다. 특수기능물질 중에는 항생제, 다당류, 미생물농약, 생리활성물질 등과 각종 생촉매 전환반응 생산제품, 바이오 식품소재 등이 있고, 바이오 폴리머는 미생물 대사산물 유기산을 원료로 하는 고분자와 미생물이 직접 생산하는 바이오 폴리머 등이 있다. 이러한 공정기술 개발이 미래 지속 성장 화학기술의 중심기술이 될 것이며, 공정기술 중에서 가장 핵심이 되는 것은 충분한 양의 바이오매스 확보 및 생화학적/열화학적 전환기술이다. 바이오매스 확보를 위하여 환경적응성이 큰 잡초의 이용이 기대된다. 바이오리파이너리는 농업으로 시작되며, 농업과 화학산업의 다리역할을 하는 기술이 바로 바이오리파이너리인 것이다.

• 한국작물학회지
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• 제59권3호
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• pp.369-374
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• 2014

본 연구는 바이오에너지 원료생산을 위해 대규모로 억새를 재배할 시에 억새의 생육 및 수량감소에 영향을 미치는 잠재적 유해요인을 사전에 대비하며 효과적으로 억제할 수 있는 방법 개발을 위한 기초자료로 활용하고자 수행하였다. 전남 무안의 억새 재배지에서 2012년 10월부터 이듬해 3월까지 이화명나방 유충의 월동양상 및 밀도를 조사하기 위해 월별로 유충의 출현 위치, 가해 피해양상을 조사하였으며 주요 결과를 요약하면 다음과 같다. 섬유질계 바이오에너지 작물인 거대억새에 기주하는 이화명나방 유충밀도를 2화기 이후인 2012년 10월에서 2013년 3월까지 조사한 결과, 월평균 기온이 내려갈수록 유충의 출현위치가 점차 지상부의 아래부위 또는 줄기기부로 이동하는 양상을 확인하였으며 월평균 기온이 $10^{\circ}C$이하로 내려가는 11월 및 12월경에는 지하경(뿌리) 부위에서 가장 많은 이화명나방 유충 밀도를 나타내는 것으로 조사되었다. 억새밭에서 이화명나방 피해는 줄기 침입구멍 존재여부와 부러진 줄기로 판단하였는데 전체 줄기 중 구멍이 뚫린 줄기 비율이 28.6%이었으며, 부러진 줄기수는 전체의 12.4%이었으나 심한 곳은 구멍뚫린 줄기비율이 46.8%, 부러진 줄기비율도 36.9%로 나타났다. 억새밭에 기생하는 이화명나방 유충의 경우, 지하 5cm 이하의 줄기기부 심지어는 뿌리내부에서 월동을 한다는 것을 확인하였으며 이로 인해 일반적인 방제방법으로는 이화명 나방 유충의 밀도를 감소시킬 수 없을 것으로 판단되어 지속적으로 억새밭 이화명나방 방제방법의 개발이 개발되어야 한다.

• 청정기술
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• 제25권2호
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• pp.129-139
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• 2019

대나무는 지구상에 존재하는 식물 중 적절한 기후와 토양조건에서 생산성이 가장 높고, 성장속도가 가장 빠른 다년생 식물로 알려져 있다. 전통적으로 아시아에서 대나무는 음식, 건축 및 다양한 재료로 활용되고 있다. 바이오매스 자원으로 대나무는 열분해과정을 거쳐 활성탄으로 제조될 수 있다. 본 연구에서는 탄화온도, 활성화 온도, 시간, 수증기의 양, 그리고 인산의 양 등을 변화에 따른 최적의 대나무 활성탄 제조 연구를 수행하였다. 대나무 탄화 후 수증기 활성화를 위해 $700{\sim}900^{\circ}C$의 온도, $0.8{\sim}1.8mL-H_2O\;g-char^{-1}\;h^{-1}$ 수증기 유량 범위에서 1 ~ 3 h 동안 활성화를 진행하였다. 수증기 유량을 $1.4mL-H_2O\;g-char^{-1}\;h^{-1}$으로 2 h 동안 실험한 결과 활성탄 수율과 비표면적은 각각 2.04 ~ 20.59 wt%, $499.17{\sim}1074.04m^2\;g^{-1}$의 값이 나왔다. 대나무와 인산의 질량비를 1:1로 혼합한 후 $700^{\circ}C$에서 유량 $1.4mL-H_2O\;g-char^{-1}\;h^{-1}$ 속도로 2 h 동안 활성화를 진행한 결과 활성탄 수율과 비표면적은 각각 24.67 wt%, $1389.59m^2\;g^{-1}$의 값이 나타냈다. 제조된 대나무 활성탄을 대상으로 메틸렌블루 흡착 실험을 통해 유사 1차, 2차 속도식 모델을 적용하였으며, 화학적 흡착을 의미하는 유사 2차 속도식에 따랐다.

• 식품과학과 산업
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• 제55권2호
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• pp.188-202
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• 2022

최근 곤충산업은 애완곤충, 천적 등 산업에서 사료, 식용, 약용곤충으로 그 활용범위가 확대되면서 곤충 원료의 품질관리에 대한 요구가 커지고 곤충 제품의 안전성 확보에 관심이 높아지고 있다. 전세계 곤충산업 시장은 많은 소규모 농가형 기업과 소수의 대기업으로 구성되어 있으며 전통적인 수작업 사육에서 고도로 자동화되고 기술적으로 진보된 플랜트형 사육 등 다양한 기술 수준의 사육형태가 존재한다. 산업규모가 확대되는 과정에서 사육환경의 설계는 온습도, 공기질 조절과 병원체 및 기타 오염 물질의 전파를 방지하는 것은 중요한 성공 요인이 되며 사육에서 부화, 사육, 가공에 이르기까지 생산의 안전성을 유지하기 위해서 통일된 운영시스템 아래 통제된 환경이 필요하다. 따라서 곤충의 생육과 사육환경의 빅데이터화 된 데이터베이스를 기반으로 외부 환경 변화에도 안정적인 사육환경 유지가 가능하고 곤충성장에 맞추어 사육환경을 제어하며 노동력 감소와 생산성 향상을 이루기 위한 ICT 기반 곤충 스마트팩토리팜의 설계 및 운용알고리즘을 개발하는 것은 곤충산업 발전의 필수 선결조건이 되고 있다. 특히 유럽 상업용 곤충사육시설은 상당한 투자자의 관심을 받아 곤충 회사가 대규모 생산시설로 건설하고 있는데 이는 EU가 2017년 7월 물고기양식 사료원료로 곤충 단백질의 사용을 승인한 후 가능해졌으며 이를 기반으로 곤충산업의 식용, 의료 등 다른 분야도 첨단기술을 접목하는 현상이 가속화되었다. 외국 곤충산업은 주로 전세계 식품 생산량의 30%에 이르는 소비 전 폐기물이라고 불리는 식품회사의 생산과잉 원료 등을 업사이클링을 통해 재활용생태계를 형성하는데 반해 우리나라는 가정 및 가게에서 발생하는 음식물폐기물 또는 농산물 가공부산물을 주로 이용한다는 점에서 사료 수집과 영양성분 유지, 위생 등 지속가능한 산업생태계를 이루는 데 어려움을 겪고 있다. 또한, 각 곤충 종은 고유하고 특정 사육기술을 요구하고 있다는 점을 감안할 때 곤충사육자는 각기 다른 종별 접근 방식을 채택해야 하는데 대부분의 곤충기업은 여전히 소규모로 운영되며 특히 농가형 기업의 경우 지식과 경험이 도제식으로 전승되는 경우가 많아 표준화되고 규격화된 사육기술이 유지되기 어려운 반면, 일부 곤충 기업은 대규모 사육시설에 스마트 통합 제어시스템을 도입하여 먹이주기, 물주기, 취급, 수확, 청소 시스템, 가공, 품질관리, 포장 및 보관과 같은 곤충 생산과 관련된 요소가 최적화된 사육 환경과 사육프로세스로 표준화되어가는 모습을 보이고 있으며 심지어 일부 유럽기업은 AI기술로 구동되는 완전 자율 모듈식 곤충시스템으로 사육 유지관리를 하고 있는 사례도 등장하기 시작하였다. 향후 전세계 곤충산업은 공급업체로부터 알이나 작은 유충을 구입하고 곤충을 성숙시키기까지 애벌레의 비육 즉 생산원료에 중점을 두는 시스템과 알을 낳고 수확하고 유충의 초기 전처리에 이르기까지 전체 생산 과정을 다루는 시스템, 곤충 유충 생산의 모든 단계와 제분, 지방 제거 및 단백질 또는 지방 분획 등 추가 가공 단계를 다루는 대규모 생산시스템 등으로 점점 세분화할 것으로 본다. 우리나라에서도 인공지능 및 ICT 첨단기술을 활용한 곤충스마트팩토리팜 연구 및 개발 등이 가속화되고 있어 곤충이 기존 사료, 식품 뿐만 아니라 천연 플라스틱 또는 천연성형소재 등 2차산업의 탄소제로 소재로 활용할 수 있도록 특정 종 육종과정 단축이나 기능성 강화를 위한 사육제어가 가능하도록 곧 곤충 스마트팩토리팜 한국형 맞춤사육시스템이 등장할 수 있을 것으로 보이며, 특히 곤충 제품의 지속 가능성을 높이기 위해 사료 및 자원 사용에 대한 통합 소프트웨어 접근 방식을 개발하는 것에 중점을 두고 진행되고 있다.