시료 조건에 따른 굴참나무 바이오오일의 특성

채광석,조태수,최석환,이수민,황혜원,최준원,Chea, Kwang-Seok,Jo, Tae-Su,Choi, Seok-Hwan,Lee, Soo-Min,Hwang, Hye-Won,Choi, Joon-Weon 한국응용과학기술학회 2015 한국응용과학기술학회지 Vol.32 No.1

시료의 입경 및 투입량 차이에 따른 바이오오일의 특성변화를 알아보기 위하여 0.5~2.0 mm 크기의 굴참나무(Quercus variabilis) 시료 300~900 g을 $465^{\circ}C$에서 1.6초 동안 급속열 분해하여 바이오오일을 제조하였다. 입경 및 투입량 차이에 따른 열분해 생성물의 수율변화에는 눈에 띠는 경향은 없었지만, 바이오오일 수율이 가장 많아 약 60.3~62.1%를 차지하였고, 미응축가스, 바이오차 순이었다. 바이오오일을 냉각관으로 응축하여 얻은 1차 바이오오일과 전기집진장치로 얻은 2차 바이오오일로 구분하여 수율을 측정한 결과, 1차 바이오오일의 수율이 2차 바이오오일 수율의 약 2배 이상을 나타내었다. 그러나 발열량은 2차 바이오오일이 1차 바이오오일 보다 약 2배 이상 높았으며, 최대 5,602 kcal/kg을 나타내었다. 1차 바이오오일의 수분함량이 20%이상으로 2차 바이오오일의 수분함량 10% 이하였다. 또한 2차 바이오오일의 원소분석 결과, 1차 바이오오일보다 탄소함량이 높고, 산소함량이 낮았기 때문에 수분함량과 원소조성 특성도 발열량에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 바이오오일의 저장온도가 높을수록 또는 저장기간이 길수록 점도가 증가하며, 2차 바이오오일의 점도 증가 정도가 1차 바이오오일보다 컸는데, 저장기간 중에 바이오오일 성분 간의 화학적 결합에 의한 바이오오일의 고분자화가 진행되는 것으로 판단된다. In this study the differences in the sample size and sample input changes as characteristics of bio-oil oak(Quercus variabilis), the oak 0.5~2.0 mm of the oak weighing 300~900g was processed into bio-oil via fast pyrolysis for 1.64 seconds. In this study, the physico-chemical properties of biooil using oak were investigated. Fast pyrolysis was adopted to increase the bio-oil yield from raw material. Although the differences in sample size and sample input changes in the yield of pyrolysis products were not significantly noticeable, increases in the yield of bio-oil accounted for approximately 60.3 to 62.1%, in the order of non-condensed gas, and biochar. When the primary bio-oil obtained by the condensation of the cooling tube and the seconary bio-oil obtained from the electric dust collector were measured separately, the yield of primary bio-oil was twice as higher than that of the secondary bio-oil. However, HHV (Higher Heating Value) of the secondary bio-oil was approximately twice as higher than that of the primary bio-oil by up to 5,602 kcal/kg. The water content of the primary bio-oil was more than 20% of the moisture content of the secondary bio-oil, which was 10% or less. In addition, the result of the elemental analysis regarding the secondary bio-oil, its primary carbon content was higher than that of the primary bio-oil, and since the oxygen content is low, the water content as well as elemental composition are believed to have an effect on the calorific value. The higher the storage temperature or the longer the storage period, the degree of the viscosity of the secondary bio-oil was higher than that of the primary bio-oil. This can be the attributed to the chemical bond between the polymeric bio-oil that forms during the storage period.

석재 수출 및 수입 현황 연구

채광석(Kwang-Seok Chea),이영근(Lee Young Geun),윤호중(Hojoong Youn),구남인(Namin Koo),임종환(Lim, Jong-Hwan) 한국암석학회 2021 한국암석학회 학술발표회 논문집 Vol.2021 No.8

촉매열분해를 이용한 백합나무 바이오오일의 연료 특성

채광석(Kwang Seok Chea),정한섭(Han Seob Jeong),안병준(Byoung Jun Ahn),이재정(Jae Jung Lee),주영민(Young Min Ju),이수민(Soo Min Lee) 한국유화학회 2017 한국응용과학기술학회지 Vol.34 No.1

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℃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. Bio-oil has attracted considerable interest as one of the promising renewable energy resources because it can be used as a feedstock in conventional petroleum refineries for the production of high value chemicals or next-generation hydrocarbon fuels. Zeolites have been shown to effectively promote cracking reactions during pyrolysis resulting in highly deoxygenated and hydrocarbon-rich compounds and stable pyrolysis oil products. In this study, catalytic pyrolysis was applied to upgrade bio-oil from yellow poplar and then fuel characteristics of upgraded bio-oil was investigated. Yellow Poplar(500 g) which ground 0.3∼1.4 mm was processed into bio-oil by catalytic pyrolysis for 1.64 seconds at 465℃ with Control, Blaccoal, Whitecoal, ZeoliteY and ZSM-5. Under the catalyst conditions, bio-oil productions decreased from 54.0%(Control) to 51.4 ~ 53.5%, except 56.2%(Blackcoal). HHV(High heating value) of upgraded bio-oil was more lower than crude bio-oil while the water content increased from 37.4% to 37.4 ~ 45.2%. But the other properties were improved significantly. Under the upgrading conditions, ash and TAN(Total Acid Number) is decrease and particularly important as transportation fuel, the viscosity of bio-oil decreased from 6,933 cP(Control) to 2,578 ~ 4,627 cP. In addition, ZeoliteY was most effective on producing aromatic hydrocarbons and decreasing of from the catalytic pyrolysis.

석재 폐기물 현황 및 활용 연구

채광석(Kwang-Seok Chea),이영근(Lee Young Geun),구남인(Namin Koo),임종환(Lim, Jong-Hwan) 한국암석학회 2022 한국암석학회 학술발표회 논문집 Vol.2022 No.6

석재폐기물을 이용한 토양향상 연구

채광석 ( Kwang-seok Chea ),이영근 ( Young Geun Lee ),구남인 ( Namin Koo ),양희문 ( Hee Moon Yang ) 한국폐기물자원순환학회 2022 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2022 No.0

목질계 당 생산을 위한 실증규모 초임계수 당화 공정의 전력소비량 분석

정한섭 ( Hanseob Jeong ),주영민 ( Young Min Ju ),채광석 ( Kwang-seok Chea ),이수민 ( Soo Min Lee ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

목질계 당 생산을 위한 바이오매스의 초임계수 당화 공정은 높은 온도 및 압력의 물을 사용하는 공정이다. 따라서 공정 중 반응조건을 유지하기 위해서 일정 수준 이상의 에너지 소비가 예상되는 당화 기술이다. 본 연구에서는 이러한 초임계수 당화 공정 중 소비되는 에너지양을 계산하고자 보유 중인 실증규모 초임계수 당화 장비를 구동하고 반응 중 전력소비량을 측정하였다. 실증규모 초임계수 당화 장비는 펌프 3개, 회화로 2개, 냉각기 등을 포함하고, 운전 시 관 압력은 240 bar, 회화로는 300~400℃로 유지된다. 장비 구동 중 전력량 측정은 10분 단위로 4회 측정하여 평균값을 계산하였으며, (1)장비가 반응온도 및 압력까지 도달하는 구간(예열시간), (2)반응조건 하에서 운전하는 구간, (3)바이오매스 슬러리가 투입되어 실제 반응하는 구간으로 구분하여 측정하였다. 실험 결과, 초임계수 당화 공정 중 시간당 전력소비량은 약 33.1 kWh(예열시간), 19.9 kWh(바이오매스 투입 전 대기시간), 30.1 kWh(반응시간)로 나타났다.

실증규모 초임계수 가수분해 중 산 촉매 농도에 따른 당 함량 변화

정한섭(Hanseob Jeong),주영민(Young Min Ju),채광석(Kwang-Seok Chea),안병준(Byoung-Jun Ahn),이수민(Soo Min Lee) 한국산림바이오에너지학회 2020 산림바이오에너지 Vol.30 No.1

본 연구에서는 당 생산을 위한 신갈나무의 실증규모 초임계수 가수분해를 수행하였고, 투입된 황산 촉매의 농도에 따른 당 함량 변화를 분석하였다. 초임계수 가수분해는 실증규모 장비를 사용하여 반응온도 390±5℃, 반응압력 230±5 bar에서 130 kg/h의 유속(바이오매스 슬러리: 80±10 kg/h, 초임계수: 50±5 kg/h)으로 실험을 실시하였다. 실험 결과, 황산 농도가 증가함에 따라 총 당(모노머 및 올리고머) 수율이 증가하였으며, 0.05% 황산 농도에서 최대 36.57%(글루코오스), 20.44%(자일로오스)를 나타냈다. 그러나 0.1% 황산에서는 당 수율이 감소하여 퓨란계 화합물 같은 당 분해산물(발효저해물질)의 함량이 급증하는 경향을 나타냈다. 결과적으로 본 연구 범위 내에서는 0.05% 황산 촉매를 사용하는 것이 당 생산에 가장 효율적인 것으로 사료된다. 또한 글루코오스 및 자일로오스의 물질수지 분석 결과, 각 당이 황산 농도 증가에 따라 전환되는 경로를 간접적으로 검증하였으며, 액상 내 유리되지 못하고 바이오매스에 잔류하는 당의 비율도 확인하였다. In this study, pilot-scale supercritical water hydrolysis of lignocellulsic biomass for sugar production was performed, and the change in sugar content according to the concentration of the input acid catalyst was analyzed. Supercritical water hydrolysis was performed using pilot-scale equipment at a reaction temperature of 390±5℃ and a reaction pressure of 230±5 bar at a flow rate of 130 kg/h (Biomass slurry: 80±10 kg/h, supercritical water: 50±5 kg/h). As a result of the experiment, as the H₂SO₄ concentration increased, the total sugar (monomer and oligomer) yield increased, and up to 36.57% (glucose) and 20.44% (xylose) at 0.05% H₂SO₄. However, in 0.1% H₂SO₄, the sugar yield decreased and the content of sugar decomposition products (fermentation inhibitors) such as furanic compounds tended to increase rapidly. As a result, the use of 0.05% H₂SO₄ catalyst is considered to be the most efficient for sugar production within the scope of this study. In addition, as a result of analysis of the mass balance of glucose and xylose, the pathways in which each sugar was converted in accordance with the increase in H₂SO₄ concentration were indirectly verified, and the proportion of sugars remaining in the biomass that could not be separated into a liquid phase was also confirmed.

목탄 처리에 의한 당화액 내 5-hydroxymethylfurfural 및 푸르푸랄 제거

정한섭 ( Hanseob Jeong ),김용식 ( Yong Sik Kim ),이재정 ( Jaejung Lee ),채광석 ( Kwang Seok Chea ),안병준 ( Byoung Jun Ahn ),이수민 ( Soo Min Lee ) 한국목재공학회 2016 목재공학 Vol.44 No.5

본 연구에서는 목질계 바이오매스의 초임계수 처리 후 얻어진 당화액 내 발효저해물질인 퓨란계 화합물 (5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), 푸르푸랄)을 제거하기 위한 목탄 처리의 효과를 구명하고자 하였으며, 이를 위해 유사 당화액을 제조하고 목탄 투입량 및 처리 시간에 따른 당 및 퓨란계 화합물의 제거율을 계산해 활성탄의 경우와 비교분석하였다. 글루코오스, 자일로오스, 5-HMF, 푸르푸랄이 포함된 유사 당화액에 목탄 또는 활성탄을 0.5, 1, 2, 4, 8, 12% (w/v) 농도로 투입하여 1, 3, 6, 12, 24시간 동안 처리하였다. 처리 결과, 목탄 투입량 및 처리 시간이 증가 함에 따라 5-HMF 및 푸르푸랄 제거율이 점차 증가하여 목탄 투입량 8%, 처리 시간 3시간 이상에서는 5-HMF, 푸르푸랄 모두 95% 이상 제거되었으며, 동시에 당의 손실(< 2%)은 거의 없었다. 반면, 활성탄을 처리하였을 경우, 목탄보다 온화한 조건(활성탄 투입량: 8%, 처리 시간: 1시간)에서도 5-HMF 및 푸르푸랄 제거율이 95% 이상이었으나, 글루코오스 및 자일로오스 또한 각각 10% 이상이 제거되었다. 따라서, 결론적으로 당 생산 및 추가적인 당 활용 공정을 고려할 때, 목탄을 이용하는 것이 상대적으로 당화액의 퓨란계 화합물을 효과적으로 제거하고 당 수율을 유지하는 방법으로 판단된다. The main aim of this study was to investigate the potential of wood charcoal on removing furan compounds (5-hydroxymethylfurfural (5-HMF), furfural) known as fermentation inhibitors in sugar hydrolysates obtained from supercritical water treatment of lignocellulosic biomass. For this aim, model hydrolysate was prepared, and removal rates of sugars or furan compounds depending on wood charcoal concentration and treatment time were calculated and analyzed in comparison with the case of activated carbon. 0.5, 1, 2, 4, 8, or 12% (w/v) of wood charcoal or activated carbon was loaded into the model hydrolysate, containing glucose, xylose, 5-HMF, and furfural, and treatment was conducted for 1, 3, 6, 12, or 24 h. After treatment, removal rates of 5-HMF and furfural gradually increased as wood charcoal concentration or treatment time increased, and over 95% of 5-HMF and furfural were removed at 8% of wood charcoal concentration and 3 h of treatment time, while the loss of sugars (< 2%) was hardly observed. On the other hand, in the case of activated carbon treatment, removal rates of 5-HMF and furfural were over 95% at mild condition (activated carbon concentration: 8%, treatment time: 1 h), but over 10% of glucose and xylose were removed. Therefore, considering sugar production and further process applied sugar, the wood charcoal treatment of sugar hydrolysate was more effective for removing furan compounds and maintaining the sugar yield.

미세기공 제올라이트를 이용한 국내 수종 굴참나무의 간접 촉매 열분해

김영민 ( Young Min Kim ),김범식 ( Beom Sik Kim ),채광석 ( Kwang Seok Chea ),조태수 ( Tae Su Jo ),김승도 ( Seungdo Kim ),박영권 ( Young Kwon Park ) 한국공업화학회 2016 공업화학 Vol.27 No.4

고정층 반응기를 이용하여 제올라이트(HZSM-5, HBeta, HY) 상에서 국내 수종 굴참나무의 간접 촉매 열분해를 수행하였다. 고품질 바이오오일 생산 최적 조건을 도출하기 위해 시료와 촉매의 비율과 반응 온도의 영향 또한 고찰하였다. 세 종의 촉매 중에서 HZSM-5가 적절한 기공크기와 강한 산도로 인해 가장 높은 방향족 화합물 형성능을 나타내었다. HY와 HBeta 또한 촉매능을 가졌으나, 큰 기공크기로 인해 많은 양의 코크가 형성되었다. HZSM-5 상에서 참나무의 촉매 열분해를 통해 방향족 화합물의 수율을 극대화하기 위해서는 낮은 시료/촉매비와 높은 반응 온도가 요구됨을 확인하였다. Ex-situ catalytic pyrolysis of a Korean native oak tree over microporous zeolites (HZSM-5, HBeta, and HY) was performed by using a fixed bed reactor. The effect of sample to catalyst ratio and reaction temperature was also investigated to optimize production conditions of high quality bio-oil. Among three catalysts, HZSM-5 showed the highest aromatic formation due to its proper pore size and strong acidity. Although HY and HBeta also showed the catalytic activity, they produced larger amounts of coke due to their larger pore size. The smaller ratio of the sample to the catalyst and higher reaction temperature were also required to maximize the yields of aromatic hydrocarbons via the catalytic pyrolysis of oak tree over HZSM-5.

수목용 UF완효성복합비료의 토양 및 수중 용츨물

변재경 ( Jae Kyung Byun ),정용기 ( Yong Gi Jeong ),채광석 ( Kwang Seok Chea ),정용호 ( Yong Ho Jeong ) 한국토양비료학회 2007 한국토양비료학회 학술발표회 Vol.2007 No.1