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농업 부산물 바이오매스 특성에 따른 반탄화 공정 최적화: 1. 질량감소 예측 모델 개발
김석준 ( Seok Jun Kim ),오광철 ( Kwang Cheol Oh ),박선용 ( Sun Young Park ),조라훈 ( La Hoon Cho ),김민준 ( Min Jun Kim ),이충건 ( Chung Geon Lee ),정인선 ( In Seon Jeong ),전영광 ( Yeong Kwang Jeon ),김대현 ( Dae Hyun Kim ) 한국농업기계학회 2018 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.23 No.2
본 연구에서는 국내에서 버려지고 있는 농업부산물의 에너지로서 이용 가능성이 분석되었다. 농업부산물 바이오매스는 화석연료와 동일하게 활용가능하며 지속적으로 생산되는 에너지원이다. 하지만 높은 수분 함량에 따른 보관문제, 화석연료와 비교하여 낮은 발열량등의 단점을 지니고 있어 전처리공정이 요구된다. 따라서 효율적인 활용을 위한 전처리 공정으로 반탄화가 선정되었다. 반탄화공정은 수분제거를 통해 에너지가 증가되어 저장·운송에 이점으로 인하여 최종적인 에너지 가치가 증대된다. 실험은 문헌탐색을 통한 반탄화공정 적용 가능 농업부산물(고추대)과 실험조건(200, 230, 270C, 10, 20, 30, 40 min)이 선정되었으며, 1차원 시뮬레이션을 통한 분석이 이루어졌다. 이때 반탄화 실험을 통하여 발생되는 질량감소량과 발열량 변화량은 높은 상관관계(r<sup>2</sup>=0.9528)를 가지고 있으며 본 연구에서는 반탄화공정의 질량감소량 예측 모델개발이 수행되었다. 질량감소량 분석을 위하여 열 중량 분석(Thermo Gravimetric Analyzer, TGA)이 수행되었으며 승온속도(5, 7.5, 15, 22.5, 30, 37.5°C min<sup>-1</sup>)에 따른 반응속도상수가 도출되었다. 1차원 시뮬레이션 분석을 통하여 바이오매스 내부 온도를 예측하였으며 앞서 도출된 반응속도 상수를 이용하여 질량감소량이 예측되었다. 질량감소량 실험 및 시뮬레이션 결과 평균 r<sup>2</sup>=0.97로 상관관계를 나타내고 있으며 공정온도별 평균제곱근오차(Root Mean Square Error, RMSE)가 200°C-0.0165, 230°C-0.0191, 270°C-0.0207로 나타났다. 공정온도 증가에 따라 정확도가 감소되었으며, 이는 고온의 실험조건에서 발생되는 비응축가스와 온도변화에 의한 열분해 특성에 기인한 것으로 판단된다. 최종적으로 더 나아가서 질량감소 모델을 통한 발열량 예측을 위한 분석이 이루어져야한다.
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