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바이오매스 및 폐 플라스틱 혼합시료의 열적분해특성과 혼합가스화 반응 특성 연구
동종인,현승민,박풍모,이경원,신수정 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2014 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2014 No.-
국내에서의 바이오매스를 이용한 에너지원 개발은 공급측면에서 한계를 가지고 있다. 이를 극복하기 위한 다양한 방법 중 바이오매스와 플라스틱을 혼합한 연료를 이용한 가스화 공정에 대한 분해 특성을 살펴보고자 하였다. 실험에 사용된 바이오매스는 라디에타 소나무 톱밥을 사용하였고 플라스틱 시료로는 6대 범용수지 중 많은 비중을 차지하는 폴리프로필렌을 사용하였다. 먼저 바이오매스와 폐 플라스틱을 혼합할 경우 상호간의 영향과 열적 분해특성을 파악하고자 공기분위기에서 승온 속도를 달리하여 단일시료 및 혼합시료에 대한 열중량분석을 실시하고 열적 분해 특성을 파악하였다. 톱밥의 분석결과 280~400℃범위에서 열적 분해가 진행이 되었으며 폴리프로필렌의 경우 350~390℃부근에서 분해되기 시작하여 500~530℃부근에서 더 이상 중량감소가 일어나지 않는 것으로 나타났다. 한편, 혼합시료의 상호간 영향을 비교해 보고자 바이오매스와 폴리프로필렌을 각각 1:1로 혼합하여 열중량 분석을 실시한 결과와 단일 시료에 대한 분석결과를 평균하여 이론적으로 도출한 열중량 분석값을 비교해 본 결과 실제 혼합한 시료의 DTG peak가 더 높은 온도로 이동하는 것을 확인하였다. 이는 바이오매스가 비교적 저온에서 분해되어 이때 생성된 char 및 가스생성물 등이 플라스틱의 열적 안정화를 일으켜 분해온도를 고온으로 이동시키기 때문인 것으로 판단된다. 바이오매스와 폐 플라스틱의 혼합 가스화 특성을 살펴보기 위해 배치반응기를 이용하여 실험을 수행하였다. 반응온도는 700~900℃, 바이오매스에 대한 플라스틱의 혼합비는 20%, 40%로 하였고, 몇 가지 촉매를 이용하여 최적의 반응조건을 도출하였다. 실험결과 바이오매스와 폐 폴리프로필렌 혼합시료는 반응온도가 증가할수록 Boudouard reaction, Water gas reaction 등의 영향으로 H<sub>2</sub>, CO, CH<sub>4</sub> 등의 조성비가 증가하여 가스의 발열량이 증가하였다. 또한 각 혼합시료의 가스화반응에서의 촉매영향을 분석하고자 활성탄, 돌로마이트, 올리빈을 이용하여 실험을 수행한 결과 돌로마이트를 사용할 경우 H2의 비율이 증가하고 가스발열량 또한 증가하는 것으로 나타났는데 이는 플라스틱을 구성하고 있는 고분자의 탄화수소 결합이 돌로마이트에 의해 더욱 활발히 분해되기 때문인 것으로 사료된다.