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버섯폐배지에서 생성된 Biochar의 가스화 열분해 특성 비교
우선영(Sunyoung Woo),주유진(Yujin Ju),류도윤(Do-yoon Ryu),이종욱(Jongwook Lee),김대기(Daegi Kim) 한국환경에너지공학회 2023 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2023 No.1
농업부산물은 중 하나인 버섯폐배지는 버섯을 재배하고 남은 배지로 농업부산물 발생량 중 약 10%를 차지하고 있다. 버섯폐배지는 버섯 생산량의 약 5배 정도 발생하고 있기 때문에 효율적인 처리 방안이 필요할 것으로 판단된다. 버섯폐배지는 수분함량이 6OO/4 이상으로 수분함량이 높아 연료로 활용하기 어렵다. 이렇게 수분함량이 높은 바이오메스를 연료로 활용하기 위해서는 열화학 공정을 거치는 방법이 있다. 가스화는 바이오매스를 에너지로 변환하는 기술로 H2, CO, CH₄ 등이 포함된 합성가스를 얻을 수 있다. 바이오매스의 높은 휘발분과 낮은 에너지 밀도는 가스화 과정에서 많은 타르를 형성하게 되는데 타르는 막힘 현상이나 오염을 유발하기 때문에 바이오매스의 가스화 공정에서 타르의 저감은 반드시 필요하다. 탄회는 열화학적 공정 중 하나로 공정을 거치면 바이오매스의 수분과 휘발성 물질이 감소하게 되는데 이러한 탄화 공정을 가스화 전처리 방법으로 적용하고 있다. 탄화 공정에서 생성된 Biocha귬근 탄화 공정에서 셀룰로오스와 리그닌의 분해가 일어났기 때문에 타르의 저감이 가능하고 가스 수율의 향상을 통해 합성가스의 품질이 향상된다는 장점이 있다. 그리하여 본 연구에서는 다양한 탄화 반웅기를 이용하여 버섯폐배지의 탄화를 진행하고 생성된 Biochar의 가스화 반응 후 생성된 합성가스의 특성을 파악하고 비교하였다.
탄화 반응기별 Biochar 생성 및 Biochar 가스화 특성
우선영(SunYoung Woo),주유진(YuJin JU),류도윤(Do-Yoon RYU),장계환(Kye Hwan JANG),이종욱(Jong Wook LEE),김대기(Daegi KIM) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.2
최근 2050 탄소중립 에 따른 친환경에너지로의 전환이 강조되면서 바이오매스 에너지에 대 한 기술개발과 연구가 이어지고 있다. 농업 활동의 잔여물은 농업부산물은 재생성이 높고 지속적 인 생산이 가능하기 때문에 기존의 에너지원을 대체할 바이오매스 에너지원으로 주목 받고 있다. 농업부산물 중 하나인 버섯 폐배지는 대부분 비료나 토양 개량에 이용되고 있으며 발생량이 높은 비율을 차지하고 있기 때 문에 좋은 에너지원으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 본 연구에서 는 버섯폐배지를 이용하여 탄화 반응을 진행한 후 생성된 Biochar의 가스화 실험을 진행하였으며 생성된 합성 가스의 특성을 파악 및 비교하였다. 가스화(Gasification)는 바이오매스의 에너지 전환기술 중 하나로 가스화 시 CO, H2, CH4 동이 포함된 합성 가스를 얻을 수 있다. 바이오매스는 에너지 밀도가 낮고 흡습성 이 커 수분에 취약하다는 단점 이 있기 때문에 전처리 공정을 거쳐야 한다. 이러한 바이오매스의 단점을 보완하기 위해 열화학적 공정을 되는데 대표적인 예로는 탄화 공정 이 있다. 탄화 공정을 거치면 발열량이 향상되고 Biochar가 소수성으로 전환되기 때문에 바이 오매 스의 단점을 보완할 수가 있다. 본 연구에서 진행한 탄화 반응은 탄화 (Carbonization), 수열탄화 (Hydrothermal Carbonization), Microwave로 200~250°C 에서 생성된 Biochar를 가스화 실험에 이 용하였다. 가스화 실험의 경우 800, 1000°C 에서 30분간 반응을 진행하였으며 테들러 백을 이용하여 가스를 포집한 후 가스의 조성을 파악하기 위해 가스크로마토그래피를 분석올 진행하고 조성을 파악 및 비교하였다.
우선영(Sunyoung Woo),주유진(Yujin Ju),류도윤(Do-yoon Ryu),김대기(Daegi Kim) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계
전 세계적으로 기존 화석연료의 사용을 줄이고 신재생에너지로의 전환이 강조되고 있는 가운데바이오매스 자원을 활용한 에너지화에 대한 관심이 높아지고 있다. 특히 바이오매스 중 하나인 농업부산물은 매년 발생량이 증가하고 있어 그에 따른 적절한 처리 및 활용 방안이 필요하며 이러한 농업부산물을 바이오 에너지로 활용하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 바이오매스는 운반이나 저장측면에서 경제적으로 비효율적이기며 높은 수분함량 및 낮은 에너지 밀도로 인해 연료로써 활용하기엔 어려움이 있다. 이러한 단점을 개선하고자 건조, 탄화와 같은 다양한 전처리 기술을 이용하고 있으며, 그 중 수열탄화(Hydrothermal carbonization)는 고온⋅고압에서 아임계수(sub-critical water)를 이용한 열화학적 공정으로 기존의 탄화에 비해 낮은 온도에서 진행되기 때문에 적은 에너지가 필요하다는 장점을 가지고 있다. 본 연구에서는 농업부산물 중 하나인 버섯폐배지를 이용하여 다양한 온도조건에서 수열탄화를 진행하였으며, 그에 따른 화학적 특성 변화를 확인하였다. 버섯폐배지와 물은 1:1w/w% 비율로 혼합한 후180-300℃의 반응온도에서 수열탄화를 수행하였다. 수열탄화 후 생성된 Biochar는 원소분석, 공업분석, 발열량 분석, TGA, FT-IR, XRF 등의 분석을 수행하여 연료로써 활용 가능성을 평가하였다.
우선영(SunYoung Woo),주유진(YuJin Ju),류도윤(Do-Yoon RYU),장계환(Kye Hwan JANG),이종욱(Jong Wook LEE),김대기(Daegi KIM) 한국환경에너지공학회 2022 한국열환경공학회 학술대회지 Vol.2022 No.1
최근 바이오매스의 에너지화에 대한 관심이 커지면서 바이오매스 중 하나인 농업부산물의 국내 연구가 이어지고 있다. 농업부산물은 높은 홉습성과 낮은 탈수율을 지니고 있으며 저장, 운반 측면에서 경제적으로 비효율적이라는 단점 때문에 건조나 탄화 같 은 전처리 공정을 거쳐 단점을 보완해야 한다. 농업부산물인 버섯폐배지는 최근 소비 증가에 따라 발생량이 증가하고 있으며 벗짚 다음으로 높은 비율을 차지하기 때문에 좋은 에너지원으로 활용할 수 었을 것으로 판단된다. 본 연구에서는 열화학 공정인 탄 화와 수열탄화 공정을 통해 생성된 버섯폐배지의 Char 특성을 파악, 비교하였다. 탄화(Carbonization)는 무산소 조건에서 환원 반웅에 의해 열분해 되는 공정으로 반응 후 산소와 수소는 휘발되고 탄소 성분이 고정된다. 수열탄화 (Hydrothermal Carbonization, HTC)는 시료를 아임계수(Sub-Critical Water)를 적용한 열화학 공정으로 기존의 탄화 공정보다 반응 온도가 낮기 때문에 에너지 소비가 덜하다는 장점이 있다. 수열탄화와 탄화 반응에 의해 생성된 Hydrochar와 Biochar의 특성을 알아보기 위해 원소, 공업분석, 발열량 분석, TGA, FT-IR 둥 분석을 수행하여 반응별 특성을 비교하였다.