수열탄화를 통한 음식물류 폐기물 hydrochar 생성 특성

김대기(Daegi Kim) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계

음식물 폐기물의 경우 높은 유기물 함량과 높은 수분함량으로 직접적인 연료화보다는 퇴비화 및 사료화 등으로 처리하고 있으나, 악취 및 폐수 처리문제 등이 야기고 있다. 본 연구에서는 수열탄화를 이용하여 hydrochar를 생산하고, 생산한 hydrochar 특성변화를 분석하였다. 수열탄화의 온도변화에 따라서 음식물퓨 폐기물의 유기물의 특성 변화 및 연료 특성 변화에 대한 상관관계변화를 분석하였며, hydrochar의 특성분석을 통해 발열량이 증가, 탈수성 등의 특성 변화를 파악하였다. 음식물류 폐기물 중의 유기물의 용해에 의해 Product yield는 낮아지는 결과를 보였다. 화학적으로는 탄소함량의 증가를 통해 발열량이 증가하였다고 판단되며, 높은 온도에서는 분해율이 높아서 고형물 및 탄소 함량이 낮아지는 결과를 알 수 있었다. 수열탄화 처리를 생산된 hydrochar를 국내 Bio-SRF 기준에 비교결과 만족하는 결과를 얻었다. hydrothermal carbonization.

도서지역 해안폐기물의 물리·화학적 특성에 관한 연구

김대기 ( Daegi Kim ),김도용 ( Do-yong Kim ),손민우 ( Minu Son ) 한국환경기술학회 2017 한국환경기술학회지 Vol.18 No.3

본 연구에서는 전라남도 신안군 도서지역(압해도, 자은도, 임자도)의 해안 일대를 대상으로 해양 폐기물의 주요 성상을 조사하고 성상별 화학적 특성을 분석하였다. 도서지역의 해안 일대에서 조사된 폐기물은 주로 그물류, 밧줄류, 목재류, 부표, 폐스티로폼, 각종 플라스틱류, 페트 등이었으며, 특히 그물류 및 밧줄류 등과 같은 폐어구류가 많은 비중을 차지하고 있었다. 삼성분의 경우는 가연분의 함량이 평균 85% 이상으로 모든 성상에서 가장 높은 비율을 차지하였으나, 목재류 및 플라스틱 부표는 수분 및 회분함량이 비교적으로 높게 나타났다. 화학적 원소의 경우는 전반적으로 탄소성분 차지하는 비율이 평균 70% 이상으로 높게 나타났으나, 목재류, 페트, 플라스틱 부표와 같이 탄소의 비율이 다른 성상과 비교하여 상대적으로 낮고 산소의 비율이 비교적 높은 성상이 존재하였다. 본 연구를 통하여, 해안폐기물의 에너지 자원화 시스템 설계에 있어서 파쇄 및 건조과정의 중요성과 고형연료화에 있어서 잔여물 처리방안 및 에너지 효율 평가 등의 필요성이 제시되었다. The objective of this research investigated and analyzed the physical component and chemical characteristics of the coastal wastes in island areas(Aphae, Jaeun, Imja), Sinan-gun. The coastal wastes included net, rope, wood, buoy, styrofoam, plastic, and PET. The fishing wastes such as net and rope were especially the major types of coastal waste collected in the island areas. The combustibles among three component had the highest ratio in all samples with average above 85%. The relatively high composition ratios of water and ash presented for wood and plastic buoy, respectively. The carbon among chemical components had the highest ratio in all samples with average above 70%. The relatively low(high) composition ratios of carbon(oxygen) presented for wood, PET, and plastic buoy. Thus, this research suggested that suitable crush and dry process, residue disposal of solid refuse fuel, and energy efficiency assessment should be necessary for reasonable system of energy resources based on the coastal wastes.

산 촉매를 이용한 바이오매스와 폐플라스틱 필름의 혼합촉매열분해

김대기(Daegi Kim),김승도(SeungdoKim),김영민(Young-Min Kim) 한국열환경공학회 2019 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2019 No.춘계

Many researchers have investigated the catalytic fast pyrolysis (CFP) of biomass to produce a high quality bio-oil (e.g., benzene, toluene, ethylbenzene, xylenes etc.). However, the low yield of target hydrocarbons and fast deactivation of the catalyst due to the coke deposition are the limitation for the actual commercialization. Low yields of aromatic hydrocarbons obtained from CFP can be explained by the low effective hydrogen to carbon ratio (H/Ceff) of biomass below 0.3. According to previous studies, the yields of aromatic hydrocarbons from biomass can be enhanced when hydrogen-rich feedstocks such as alcohol or plastics which have high H/Ceffratio is co-fed together with biomass. Waste plastic films (WPF) which contains various kinds of plastics together with starch can be a potential co-feeding material to enhance the product yields of aromatic hydrocarbons because its H/Ceff(1.2) is high level. However, catalytic co-pyrolysis of biomass and WPF has not been reported. Therefore, Cork Oak and WPF were selected as the biomass sample and hydrogen-donor, respectively, and catalytic co-pyrolysis using zeolite catalysts (HZSM-5, HBeta, and HY) was performed using by thermogravimetric (TG) analyzer and pyrolyzer-gas chromatography/mass spectrometry (Py-GC/MS) in this research.

목포시 음식물류폐기물의 질적 특성 및 바이오가스화 잠재량 평가

김대기 ( Daegi Kim ),김도용 ( Do-yong Kim ) 한국환경기술학회 2020 한국환경기술학회지 Vol.21 No.4

In this study, the characteristics and biogas production potential were analyzed and estimated for the food wastes in Mokpo city. The physical composition ratios of the food wastes were 93.6±3.5 % for foods, 1.6±0.9 % for vinyls, 0.6±0.4 % for metals and 4.2±2.7 % for the others. The total apparent density was 0.8297±0.0283 ton/m3(Metals > Foods > Others > Vinyls). The composition ratios of water, VS and FS were 79.8±1.2 %, 12.8±0.8 % and 7.4±0.5 %, respectively. The food waste was acidic with pH 4.6±0.3. Cl and SS concentrations were represented as 3,513±462 mg/L and 46,856±6,562 mg/L, respectively. The oxygen demand was 152,917±4,999 mg/L for BOD and 224,000±7,720 mg/L for COD. T-N and T-P concentrations were 4,402±811 mg/L and 713±65 mg/L, respectively. The results of organic content as COD were predictable the methane production potential which was 90±3 L-CH4/L-Food waste.

열수 효과를 활용한 슬러지로부터 지질추출 연구

김대기 ( Daegi Kim ),오두영 ( Dooyoung Oh ),이종근 ( Jongkeun Lee ),박기영 ( Ki Young Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2020 No.-

하수슬러지는 평균 10~15%의 지질성분을 함유하고 있으며, 슬러지로부터 활용 가능한 지질의 회수율은 1차 슬러지의 경우 약 10%, 2차 슬러지의 경우 약 7%를 나타낸다. 지질 회수효율 향상을 위한 전처리를 활용하여 미회수 지질회수 효율을 증대시킬수 있다고 판단된다. 열수처리는 온도 조건에 따른 내부 물의 용해도가 상승하며, 적용 온도에 따라 아세톤 등의 용해도와 비슷한 성질을 보인다. 열수처리의 용해도 변화의 특성을 활용하여 슬러지 내 존재하는 지질의 회수 효율 향상하고자 하였다. 수열반응 전처리의 온도 조건별 실험을 실시하였고, 200℃에서의 지질 회수효율은 하수 슬러지에 따라 2차 슬러지는 225%, 소화 슬러지는 235% 증가하였다. 본 연구를 통해 얻어진 지질을 통해 바이오디젤 전환을 하였을 경우, Fatty Acid Methyl Ester (FAMEs)의 특성이 C16과 C18의 FAMEs 성분이 주를 이루고 있으며, 이 결과는 일반적으로 바이오디젤합성에 활용하는 팜유의 결과와 유사하였다.

해안폐기물의 고형연료 펠렛 성형 및 연료 특성

김대기 ( Daegi Kim ),정철진 ( Cheol-jin Jeong ),송형운 ( Hyoungwoon Song ),김도용 ( Do-yong Kim ) 한국환경기술학회 2017 한국환경기술학회지 Vol.18 No.4

본 연구는 수거된 해안폐기물로부터 고형연료 생산을 위한 연료평가 및 고형연료 활용 보관 및 이동성을 확보하기 위한 펠렛 성형 조건을 분석하였다. 해안폐기물은 높은 가연성 물질로 고에너지 고형연료 가능성이 높으며, 주성분은 그물류 및 로프 등 플라스틱류이다. 해안폐기물의 높은 Carbon 함량 및 휘발분 함량으로 발열량은 7,300 kcal/kg이었다. 압축 성형을 통한 고형연료 생산을 위한 압축강도별 성형 가능성을 평가하였으며, PE계 해안폐기물은 형태의 유지 등의 평가를 통해 성형 가능성이 높은 반면 Nylon계 해안폐기물은 성형에 어려움이 있다고 판단된다. PE계 해안폐기물이 고형연료 성형시 바인더 역할을 수행하였으며, 압축 강도는 300 kg/㎠ 이상에서 성형이 이루어 졌다. 이를 통해 고발열량 재생에너지를 생산하고 에너지 해외 의존도가 높은 국내 사업에 하나의 해결책으로 제시하고자 한다. This study is the solid refuse fuel (SRF) production and pelletizing performance from coastal wastes. The coastal wastes have high combustible materials as 95%, which main materials are fishing net and rope as 60%. The SRF of coastal waste have been high energy resource as 7,300 kcal/kg of calorific value. Pelletization of low bulky coastal waste facilitates transporting and store. Main substances of fishing net and rope are polyethylene (PE) and nylon. The PE of fishing net in coastal waste has played a role as a binder to hold the pellet on 300 kg/㎠ of compression strength. The recycling coastal waste is effective energy production and disposal processes.

해안폐기물 연료화를 위한 풍력 선별시스템 전산유동해석(CFD) 연구

김대기 ( Daegi Kim ),윤종혁 ( Jonghyuk Yoon ),장은석 ( Eun-suk Jang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

우리나라와 같이 삼면이 바다인 지역은 연안 해역에서의 대규모 어업활동 및 산업화로 인하여 해상 및 해저의 침적 폐기물, 패각류, 퇴적 오염물 등 해양폐기물 발생량의 증가하고 있다. 이로 인해 인류의 정화조라 표현되던 해양은 오염이 날로 심각한 상태에 이르고 있다. 수집된 해안폐기물 중 그물류, 목재류 등은 가연성이 높은 물질로 고에너지 고형연료화로 재사용될 가능성이 높으며, 추 등의 금속물질과 굴껍질 및 모래 등의 협잡물은 연료화되기 쉽지 않다. 본 연구에서는 수거된 해안폐기물을 일정하게 파쇄 후 가연물인 그물류를 분리수거 할 수 있는 풍력선별기 설계를 위한 파쇄된 해안폐기물의 거동을 수치해석적인 방법을 통해 분석하였다. 풍력선별기 내 공기 유동 및 파쇄된 입자 거동 특성을 예측하기 위해 RANS 기반의 지배방정식 및 라그랑지안 입자추적 기법을 사용하였다. 본 연구에서는 해안폐기물 풍력선별기 설계를 위해 수치해석방법을 이용하여 입자 거동특성을 분석하였다.

축산폐기물의 수열탄화에 의한 무기물 특성 변화 및 연료고품질화

김대기(Daegi Kim),장은석(Eun Suk Jang) 한국열환경공학회 2020 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2020 No.추계

해안폐기물 중 플라스틱 종류에 따른 고형연료 (SRF) 성형 특성

김대기 ( Daegi Kim ),정철진 ( Cheol-jin Jeong ),송형운 ( Hyoung-woon Song ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2017 No.-

우리나와 같이 삼면이 바다인 지역은 연안 해역에서의 대규모 어업활동 및 산업화로 인하여 해상 및 해저의 침적 폐기물, 패각류, 퇴적 오염물 등 해양폐기물 발생량의 증가로 인하여 인류의 정화조라 표현되던 해양은 오염이 날로 심각한 상태에 이르고 있다. 본 연구는 해변에 밀려온 해안폐기물을 대상으로 고형연료 활용 가능성 및 활용 보관, 이동성을 확보하기 위한 펠렛 성형 조건을 분석하였다. 해안폐기물은 그물류, 목재류 등 높은 가연성 물질로 고에너지 고형연료 가능성이 높다. 이를 압축성형을 통한 펠렛 고형연료 생산을 위한 강도별 성형 특성을 분석하였으며, 특히, Polyethylene계 해안폐기물은 펠렛 성형, 형태의 유지 등의 평가를 통해 성형 가능성이 높은 반면 Nylon계 해안폐기물은 성형 형태 유지의 어려움이 있다고 판단된다. 해안폐기물이 고형연료 성형시, Polyethylene는 성형 바인더 역할을 수행하여, 압축강도는 350 kg/㎠ 이상에서 성형 및 형태 유지가 용이한 조건을 나타냈다. 이렇게 생산된 해안폐기물 고형연료는 높은 Carbon 함량 및 휘발분 함량 등으로 저위발열량은 7,000 kcal/kg이상을 나타냈다.

해안폐기물의 염분 영향에 따른 열분해 특성 변화 분석

김대기 ( Daegi Kim ),정철진 ( Cheol-jin Jeong ),송은혜 ( Eunhye Song ),김은주 ( Eun-ju Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-

최근 연안 해역에서의 대규모 어업활동과 산업화로 인하여 해상 부유 폐기물 및 해저면의 침적 폐기물, 패각류, 퇴적 오염물 등 해양 폐기물 발생량의 증가로 인하여 해양 오염은 날로 심각한 상태에 이르고 있다. 해양폐기물은 해안으로 밀려오는 해안폐기물, 해수면에 떠다니는 부유폐기물, 바닥에 침적된 침적폐기물, 이렇게 세종류로 분류할 수 있으며, 이들 해양폐기물은 약 60 %이상은 육상 등 해변에서 발생되어지는 해안폐기물이며, 그물류를 포함한 플라스틱이 대부분을 차지한다. 본 연구에서는 해양폐기물을 고형연료 및 에너지원으로 활용하기 위하여 열분해 특성을 분석하였으며, 열중량(Thermogravimetric analysis, TGA) 분석을 통해 열분해 특성 변화를 분석하였다. 해안폐기물을 고형연료를 포함한 에너지원으로 활용하기 위해 염분의 제거 필요성 및 염분 제어의 한계점을 확인할 수 있었으며, 해변에서 오래 유지됨에 따른 플라스틱류 폐기물 열분해 특성 변화를 분석하였다. 사사: 본 연구는 산업통상자원부(MOTIE)와 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니다(No. 20163030106670).