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미이용 바이오매스 활용을 위한 에너지 절감형 반탄화 공정 최적화 연구
권교인(Kyo In Kwon),강태진(Tae-Jin Kang),문수정(Su Jeong Mun),배영락(Young Rak Bae),진균하(Kyun Ha Jin) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
바이오매스 원료의 높은 해외 의존도와 관련해 우려되는 지원금 해외유출, 수출국가의 산림 훼손 가능성, 운송시 발생하는 탄소배출 등에 대한 문제로 미이용 초본계 바이오매스에 대한 관심이 증가하고 있다. 초본계 바이오매스는 목본계 바이오매스 대비 품질이 낮아 전처리 없이 사용하게 될 경우, 발전효율 저하 및 연소 장애 등의 문제가 발생함으로써 이를 해결하기 위한 방법으로 많은 연구자들이 에너지 절감형 연료 고품위화 연구를 진행하고 있다. 바이오매스는 자연계에 존재하는 원료로써 종류, 발생 지역, 계절에 따라 특성이 다양하여 활용 기술자체에 대한 고려가 있어야 한다. 바이오매스는 유기체로써 적절한 수분과 온도 조건에서 발효가 시작되어 온도가 상승되고 발화온도까지 도달하면 화재가 발생하게 된다. 또한, 휘발성분이 대부분을 차지하고 있어 수분흡착에 의한 발열이 쉽고 작은 열원에도 쉽게 화재가 발생하게 된다. 따라서 본 연구에서는 반탄화 기술을 이용하여 미활용 초본계 바이오매스 연료 고품위화를 진행하였다. 반탄화 기술이 적용된 바이오매스는 낮은 수분함량, 소수성의 특성을 갖게 되어 발열량 증가 및 수분재흡착에 의한 화재 발생이 감소하여 저장성이 개선되고, 원료 내의 고정탄소 함량이 증가하여 에너지 밀도가 증가하게 되어 운송비용 절감, 분쇄성 향상, 연소 효율증가와 같은 장점이 있다. 본 연구에서는 과열증기의 재증발 시스템을 도입하여 기존의 반탄화 시스템에 비해 약 40%의 에너지를 절감할 수 있는 직접식 저에너지 반탄화 시스템을 이용하였으며, 시뮬레이션과 실험결과를 비교하여 최적의 운전조건 및 초본계 바이오매스의 반탄화 특성을 중심으로 고찰하였다.
Effect of Torrefaction Process Temperature on the Energy Yield and Chemical Composition of Kenaf
Kyoln Kwon(권교인),KyunHa Jin(진균하),YoungRak Bae(배영락),TaeJin Kang(강태진),ByungHwan Um(엄병환) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
To improve the physical and chemical properties of biomass as a fuel, a pretreatment process of biomass is required. One of the various pre-treatment technologies, torrefacion, makes biomass similar to coal through low-temperature pyrolysis. In this study, the treatment was torrefied in the N<sub>2</sub> environment at 220 and 340℃ with residence time (10 min) for Kenaf (herbaceous biomass), The torrefied products were characterized in terms of their elemental composition, mass yield, heating value, energy yield, ash content and volatile fraction. Results showed the higher temperature (340℃) was the best treatment with a relatively higher heating value of 23.19 MJ/kg, but lower energy yields of 70.76%. Also, the lower temperature (220℃) was the best treatment with a with a relatively Energy yield of 98.77%, but lower Heating value of 16.75 MJ/kg. With an increase in temperature and although the resultant solid had the highest Heating value of those studied, it nevertheless had the lowest energy yield. Temperature plays a major role during torrefaction and choosing an optimum condition is fundamental to attaining a satisfactory higher heating value, energy yield. The temperatures were fuel dependent and therefore the results indicate that careful optimization is required for all fuel types to maximise the benefits of torrefaction whilst maintaining a good energy yield and higher heating value.