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.

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.

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.

축산폐기물의 수열탄화에 의한 무기물 특성 변화 및 연료고품질화

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

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.

해안폐기물 성상에 따른 염분 함량 및 연료평가 연구

김대기 ( Daegi Kim ),정철진 ( Cheol-jin Jeong ),장은석 ( Eun-suk Jang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2019 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2019 No.-

대규모 어업 활동과 경제개발로 인한 산업현장의 확대, 생활 수준의 향상에 따른 여가활동의 증가로 해상에 버려진 해양폐기물은 심각한 오염원으로 작용하고 있으며, 이러한 해양폐기물은 해양동물의 생태 및 해양 지역의 경제활동과 같은 해양 환경에 심각한 문제를 일으키고 있다. 해양폐기물은 해변에 방치된 해안폐기물, 떠다니는 부유성 폐기물, 침적된 침적성 폐기물로 분리할 수 있다. 해안폐기물의 특성은 밧줄류, 폐그물, 플라스틱병 등의 플라스틱류, 목재류, 섬유/고무류, 불연성(금속 및 유리 등), 스티로폼, 기타류로 분류하며, 플라스틱류가 높은 비율을 차지하고 있어, 높은 발열량의 특성을 갖는다. 높은 발열량의 특성을 갖지만, 해수 염분 등에 의한 피해 우려에 따라 적용은 미비한 상태이다. 본 연구에서는 해안폐기물의 성상별 염분의 농도를 파악하고, 고형연료(SRF)로 활용 가능성을 평가하였다. 해안폐기물의 성상에 따른 염소(Cl-)의 농도는 0.23-2.49%의 범위를 나타냈으며, 특히 목재의 경우가 가장 높은 2.49%를 나타냈다. 해안폐기물 구성비에 따른 고형연료를 제작하여 발열량을 측정한 결과 플라스틱류가 높은 함량을 나타내고 있어 5,500kcal/kg 이상의 발열량을 나타낸다. 우려했던 고형연료 염소의 기준 농도(0.5%) 이하로 나타났다.

해안 폐기물의 염분 제거 특성 분석

김대기 ( Daegi Kim ),정철진 ( Cheol-jin Jeong ),김도용 ( Do-yong Kim ),김은주 ( Eun-ju Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 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 차지하며, 기후 및 지역의 특성에 따라 생활폐기물과 하수, 산업 및 연안의 영향을 받아서 발생하는 폐기물의 특성이 크게 변화한다. 본 연구에서는 해양폐기물을 재생에너지 (SRF) 자원으로의 활용을 위한 물리화학적 분석을 실시하였고, 연료로써 활용하기 위하여 해안폐기물의 염분의 함량 분석 및 제거 특성에 대해서 연구를 실시하였다. 해수 염분에 의한 해안폐기물의 염분 및 염소의 특성을 분석하였으며, 이에 따른 상관관계를 분석하였다. 물리적 제거특성을 통한 2차오염원을 최소로 하는 물리적 염분 제거 특성에 대한 연구를 실시하였다.

가연성 해안폐기물의 연료특성 평가에 관한 연구

김대기 ( Daegi Kim ),김도용 ( Do-yong Kim ) 한국환경기술학회 2018 한국환경기술학회지 Vol.19 No.3

본 연구에서는 가연성 해안폐기물을 대상으로 고형연료화 및 재생에너지 자원으로써의 연료특성을 평가하였다. 도서지역에서 조사된 해안폐기물은 어업 및 수산양식업 등에서 발생하는 폐어구류가 가장 많은 비중을 차지하고 있었으며, 가연성 폐어구류의 대표적인 성상으로는 그물류, 밧줄류, 부표, 목재류, 기타 플라스틱류 등이었다. 가연성 해안폐기물의 가연분 및 탄소의 조성비는 각각 평균 80.97 % 및 69.41 %로 높은 함량을 나타내었다. 또한, 발열량은 평균적으로 화학적 원소의 조성비를 이용한 경우가 고위발열량 9,085 kcal/kg 및 저위발열량 8,416 kcal/kg로 산출되었으며, 자동열량계의 경우가 고위발열량 8,737 kcal/kg 및 저위발열량 8,100 kcal/kg로 분석되었다. 이를 통해, 가연성 해안폐기물은 고에너지 고형연료로써의 활용 가능성이 높은 것으로 평가되었다. This study evaluated the fuel properties of combustible coastal wastes for solid refuse fuel and energy resources. The wastes from fishing and aquaculture were the dominant coastal wastes in island areas, which main combustible wastes were fishing net, rope, buoy, wood, and other plastics. The coastal wastes had high combustible materials and carbon content as the average values of 80.97 % and 69.41 %, respectively. The high calorific values on average of all objected materials were evaluated as 9,085 kcal/kg of higher heating value and 8,416 kcal/kg of lower heating value based on the chemical composition ratio, and also 8,737 kcal/kg of higher heating value and 8,100 kcal/kg of lower heating value based on the calorimeter. Thus, this research suggested that the recycling combustible coastal wastes may have played a role as solid refuse fuel and effective energy production.

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).