• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.173.2-173.2
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• 2011

대체 에너지 자원 중 폐기물의 소화 가스를 이용한 바이오가스 발전은 이산화탄소에 비해 온실효과 영향력에 21배에 해당하는 메탄가스를 연료로 사용하여 환경부하를 저감시키고 에너지를 생산한다. 바이오가스에 포함된 $H_2S$는 연소 후 $SO_2$형태로 발생되는데 $SO_2$는 수분과 반응을 하게 되면 $H_2SO_4$등의 강한 산성을 띄는 물질로 생성되어 배관 및 발전기에 손상을 주고 저온부식현상을 유발하게 하며, 동물이나 인체에 노출되면 기관지 수축현상이 일어나 호흡기에 영향을 주는 질식성을 띄는 가스이다. 축산바이오가스에 포함된 $H_2S$의 함유량과 가스엔진의 연소 시 배출되는 $SO_2$ 배기가스 성분의 관련성을 검증하기 위해 60-65%의 $CH_4$와 30-35%의 $CO_2$ 성분의 바이오가스를 50kW급 발전기에서 사용하였고 연소 후 배출되는 가스 성분을 분석하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.148.2-148.2
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• 2011

천연의 메탄 하이드레이트를 생산하기 위한 방법으로는 크게 다음의 세 가지가 알려져 있다; 감압법, 열 자극법, 저해제 주입법. 갑압법이 가장 경제성이 높은 방법으로 보고 있으며, 이를 활용한 개발생산 시에는 해리 이후의 잔류 물에서 하이드레이트 전구체라고 알려진 하이드레이트 구조가 남아 있으며 이는 생산된 메탄 가스의 이송 과정에서 하이드레이트 재생성의 위험을 높이게 된다. 하이드레이트 재생성을 방지할 수 있는 한 가지 수단으로는 억제제를 주입하는 방법이 가능한데, 적절한 양을 주입함으로써 생산의 경제성을 높일 수 있다. 최근 들어 kinetic 억제제의 적용이 인기를 얻고 있는 바, 수용성 고분자인 이들 억제제를 적용하여 초기 하이드레이트 핵 생성을 지연시킬 수 있다. 이들 kinetic 억제제를 메탄 하이드레이트 생산 과정에서 투여하는 방법을 실험적으로 측정해 보았고, 잔류의 하이드레이트 구조에 대한 존재여부에 대하여 간접적으로 증명해보고자 하였다. kinetic 억제제로는 Poly Vinyl Caprolactam (PVCap)을 선택하였다. 해리압력, PVCap 주입 농도에 변화를 주면서 메탄 하이드레이트 생산, 수송과정에서 발생할 수 있는 하이드레이트 재생성 억제에 대한 효과를 실험적으로 측정하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.779-783
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• 2007

본 연구에서는 가스화공정과 수성가스 전환공정, $CO_2$ 분리공정, 메탄화 공정을 주요 구성으로 한 대체(또는 합성)천연가스(SNG, Substitute or Synthetic Natural Gas)제조공정을 대상으로 석탄, 석탄 촤, 바이오매스 등의 다양한 고체시료를 적용하였을 경우 각 시료의 가스화 반응을 통해 얻어진 합성가스를 이용한 SNG 제조 공정 특성을 파악하고자 하였다. 석탄, 석탄 촤, 바이오매스를 적용한 SNG 공정해석 결과 가스화 공정, 수성가스 전환 공정, 메탄화 공정의 운전 용도가 각 800도, 450도, 300도이고, 수성가스 전환 공정 출구의 합성가스 $H_2$/CO ratio(mol basis)가 3인 조건에서 SNG/Feed ratio는 석탄, 석탄 촤, 바이오매스가 각각 0.35, 0.34, 0.08로 나타났고. SNG Efficiency(%) 는석탄, 석탄 촤 바이오매스에 대해서 각각 61.2%. 48.2%, 17.5%로 나타났다. 또한, 석탄 촤를 대상으로 가스화 공정에서의 산화제 투입 조건 및 스팀 투입조건의 변화에 따른 합성가스 발생 특성을 살펴보았다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권4호
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• pp.201-209
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• 2016

Glucose ($C_6H_{12}O_6$)의 이론적인 최대 메탄수율은 표준상태(1 atm, $0^{\circ}C$)를 기준으로 0.35 L $CH_4/g$ COD이지만, 전통적인 혐기성소화조에서 유기물이 메탄으로 전환되는 양은 연구의 방법이나 유기물의 종류에 따라 매우 다양하게 보고되고 있으며, 대부분의 연구실 규모 실험에서 안정화 후 메탄 수율은 0.35 L $CH_4/g$ COD 이하로 나타난다. 최근, 미생물 전기화학 기술(Microbial Electrochemical Technology, MET)은 지속가능한 신재생에너지 생산 기술로서 큰 주목을 받고 있으며, MET를 혐기성소화조에 적용할 경우 고농도의 유기성폐기물의 빠른 분해가 가능할 뿐만 아니라 전기화학적인 반응에 의해 휘발성지방산(VFAs)이나 독성물질, 생분해 불가능한 물질까지도 분해가 가능하며, 소화조 내 미생물의 활성을 높이고 바이오가스의 생산량을 극대화 할 수 있다고 알려져 있다. 본 연구에서는 MET가 혐기성소화의 메탄발생에 미치는 영향에 대하여 연구하기 위해 음식물 탈리액과 하수슬러지의 원소조성에 따른 이론적인 최대 메탄수율을 분석하였으며, BMP (Biochemical Methane Potential) 실험과 연속식 실험을 통한 메탄수율의 특성을 평가하였다. 그 결과, MET가 적용된 혐기성소화에서의 메탄수율은 일반적인 혐기성소화조에 비하여 기질에 따라 2-3배 정도 높았으며, 이론적인 최대 메탄수율에 미치지는 못하였으나 일부는 거의 근접한 결과가 도출되었다. 또한, 일반적인 혐기성소화조와 MET가 적용된 혐기성소화조의 안정화 후 바이오가스의 조성은 거의 유사하게 나타났다. 결과적으로, MET가 혐기성소화조의 유기물 제거효율을 향상시켜 메탄발생량을 증가시킨 것으로 나타났으며, 향후 추가적인 연구를 통하여 MET에서 메탄발생 메카니즘이 명확히 규명되어야 할 것이다.

• 공업화학
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• 제19권6호
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• pp.680-684
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• 2008

Silica sand 내에서의 메탄 하이드레이트($CH_4$ hydrate)의 형성과 분해는 $7.0^{\circ}C$의 온도에서 실험되었다. Silica sand 내에서 형성되는 메탄 하이드레이트의 형성 및 분해 특성을 연구하기 위해 새로운 반응기를 제작하였다. Silica sand bed 내에서 메탄하이드레이트의 형성과 분해되는 동안의 온도변화에 대한 연구를 위해 반응기 내의 주입한 silica sand 높이에 따라 열전대의 위치를 다르게 설치하여 실험하였다. 반응기 내에 가해지는 압력과 온도는 메탄 하이드레이트의 형성과 분해를 발생시키는 요인이다. 메탄 하이드레이트 형성을 위한 가스 흡착곡선과 분해실험을 위한 가스 발생곡선은 실험데이터로부터 결정되었다. 8 MPa의 압력에서 $7.0^{\circ}C$의 온도에서 메탄 하이드레이트 형성 실험을 수행한 결과 70%의 메탄이 하이드레이트로 전환됨을 알 수 있었다. 형성된 메탄 하이드레이트의 분해에 의한 메탄의 회수율은 82%였다.

• 한국추진공학회지
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• 제19권5호
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• pp.91-97
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• 2015

75톤급 액체로켓엔진용 가스발생기 후연소 시스템 설비를 제작하였으며, 연소기 연소시험설비 시험장에서의 설비인증 시험을 통해 그 성능을 확인하였다. 후연소 설비인증 시험은 메탄과 산소의 공급성능, 가스발생기와 후연소 설비에 설치된 가스토치의 안정적인 연소 능력을 검증하는데 있다. 단독성능 시험에서 공급시스템은 감압 없이 일정한 압력으로 메탄과 산소를 공급했으며, 가스 토치 압력은 설계조건을 만족하였다. 가스발생기 점화용 가스토치와의 연계시험에서 가스발생기 점화 성능과 연료과농 배기가스의 후연소 성능에 관한 인증 시험을 성공적으로 수행하였다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제53권2호
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• pp.161-169
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• 2011

본 연구는 거세 한우의 육성기 기간에 각각 보리와 옥수수 위주의 농후사료를 급여하여 발생되는 메탄가스를 측정하는데 그 목적이 있다. 공시 사료는 보리와 옥수수 위주의 농후사료 60%와 티모시 건초 40% 비율로 급여하였고 TDN 함량은 71.4%, CP는 14.6% 이었다. 시험은 Korean Feeding Standard for Hanwoo(2007)에 따라 각각 일당 증체량 0.7 kg/일에 필요한 각각의 TDN량 2.80 kg의 공시사료를 섭취할 수 있도록 하는 tripled 2 ${\times}$ 2 Latin square design으로 수행하였다. 사료 및 환경 적응기간 총 14일과 분 뇨 가스 측정기간 4일로 하여 진행하였고, 메탄가스는 후드식 챔버에서 입식되어 하루 동안 측정하였다. 건물 섭취량은 보리 처리구에서 3.9 kg, 옥수수 처리구는 3.8 kg으로 보리처리구가 유의적으로 섭취량이 높았다(P<0.05). 보리와 옥수수 위주의 사료를 급여했을 때 사료의 특성상 보리가 옥수수보다 반추위 내 정체 시간 및 소화속도에서 차이가 있었으나 DM, CF, NFE, NDF와 ADF 소화율의 차이는 없었다. 보리와 옥수수 급여구 섭취에너지는 대사체중 당 총에너지 섭취량은 각각 337.6 kcal/$BW^{0.75}$와 337.2 kcal/$BW^{0.75}$이었다. 총 섭취에너지 중 분으로 손실된 에너지는 보리 26.5%와 옥수수 29.6% 수준이었고, 뇨로 손실된 에너지는 보리 2.8%와 옥수수 2.3% 수준이었다. 체열에 의한 손실량도 보리와 옥수수 급여구 각각 32.4%와 34.0% 이었다. 보리와 옥수수 섭취에 따른 대사율(ME/GE)은 보리 0.64(ME/GE), 옥수수 0.62 (ME/GE) 이었다. 호흡가스에 의해 발생되는 산소, 이산화탄소와 메탄생성량은 보리위주 농후사료를 급여했을 때 산소 소모량 1.89 kg/day, 이산화탄소와 메탄 생성량은 2.71 kg/day와 86.8 g/day이고, 옥수수 위주의 농후사료를 급여했을 때의 산소 소모량 1.68 kg/day, 이산화탄소와 메탄 생성량은 2.23 kg/day와 77.7 g/day 이었다. 육성기에서는 보리위주 농후사료와 옥수수위주 농후사료를 급여하였을 때 산소 소모량이 거의 같았고, 보리위주의 농후사료를 급여하였을 때 이산화탄소와 메탄생성량이 각각 19.2%와 8.2% 높았다. 메탄배출계수는 보리와 옥수수 위주의 농후사료 급여 시 31.7 $CH_4\;head^{-1}\;yr^{-1}$과 28.4 kg $CH_4\;head^{-1}\;yr^{-1}$로 나타났다. 메탄전환계수는 섭취한 사료에 대한 에너지 손실율이 보리는 보리 급여구에서 6.5% (0.065 Ym) 이었고, 옥수수 급여구에서 5.5% (0.055 Ym)으로 나타났다. 본 연구는 후드식 챔버를 이용하여 급여사료와 급여 에너지 차이가 사양시기별 한우에 의해서 배출되는 메탄가스를 측정하여 메탄 배출계수와 메탄전환계수를 예측하여 국가 온실가스 인벤토리 작성에 그 목적이 있다.

• 에너지공학
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• 제23권2호
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• pp.62-73
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• 2014

본 연구는 혐기성소화조에서 발생된 바이오가스로부터 바이오메탄을 생산하기 위한 고질화 공정의 운전조건을 최적화하기 위하여 반응표면 분석모델을 적용하였다. 반응표면 분석법의 하나인 Box-Behnken 설계법을 이용하였으며 바이오가스 고질화 공정의 메탄농도와 메탄회수율을 극대화하기 위한 수학적인 최적운전조건을 도출하였다. 도출된 반응표면모델의 적합성을 검증한 결과 각 모델의 p Value가 0.05 이하로서 유의성이 매우 높게 나타났으며, 결정계수($R^2$)는 각각 0.9788, 0.9710 이었다. 그리고 이산화탄소/메탄분리공정에서 메탄농도에 대해 운전압력이 가장 크게 영향을 미치고 다음으로 바이오메탄 생산량, PSA 회전밸브 속도의 순이다. 메탄회수율에 대해서는 PSA 회전밸브 속도가 가장 크게 영향을 미치고 있으며, 바이오메탄 생산량, 운전압력의 순으로 나타났다. 액체바이오 메탄 생산량이 $100Nm^3/hr$일 때의 최적 운전조건을 도출한 결과, 운전압력이 8.0bar 그리고 PSA 회전 밸브 속도가 31.55RPM일 때 바이오메탄의 메탄농도와 메탄회수율을 최대화할 수 있었고, 이때의 바이오메탄의 메탄농도는 97.13%이고, 메탄회수율은 75.89%이었다.

• 한국환경농학회지
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• 제30권1호
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• pp.31-36
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• 2011

축산농가에서 발생되는 돈분 슬러리의 처리 능력을 평가하기 위하여 Full-scale의 단상 혐기성 소화조에서 중온소화와 고형물 체류시간을 20일로 하여 연속식으로 운전하면서 성능평가 및 특성연구를 실시하였다. 운전기간 중 알칼리도는 약 4,000 mg/L(3,500~9,000 mg/L as $CaCO_3$)이였고, 소화조내의 pH는 7.5~8.0 범위로 약간 높은 경향이었으나 pH는 안정적이었다. 바이오가스의 발생량은 OLR 1.2 $g{\cdot}COD/L{\cdot}day$에서 0.69 L/L/day의 바이오가스를 생산하였고, 제거된 COD를 바탕으로 계산된 메탄가스 발생량은 63% 수준이였다. 생산된 바이오가스 중 메탄가스 함량은 65~70%이었고, CO2는 약 30% 전후였으며, 열병합 발전을 실시하였을 때 총전력요구량의 50~75% 수준을 공급하였다. 또한 발전기 부하가 5~9 kW시 평균 1 kWh의 전력을 생산하기 위한 바이오가스 소모량은 약 1.8 $m^3$이였다. 따라서 실제 규모의 plant에서 약 500일간 운전한 결과 유입되는 돈분 슬러리의 TS 농도에 상관없이 소화조 내에 일정 농도의 유기물을 확보할 수 있었고, 바이오가스의 발생량은 일반적인 축산분뇨 가스 발생량 보다 높게 나타나 단상 혐기성 소화공정으로 고효율 처리가 가능한 것으로 나타났다.

• 한국가스학회지
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• 제20권5호
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• pp.27-33
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• 2016

본 연구의 목적은 실제 산업현장에서 사용되는 수소 개질로 내 개질가스의 수증기-메탄 혼합비에 따른 튜브 내 온도 및 화학반응 특성을 수치 해석하는 것이다. 탄화수소의 수증기 개질반응은 800 K - 1000 K 이상의 고온에서 발생하기 때문에 대류, 전도 및 복사 열전달을 고려한 복합 열전달을 고려해야 한다. 수치해석은 상용 전산유체역학(CFD) 코드(ANSYS Fluent V.13.0)를 사용하였다. 본 연구에서 해석을 위해 Reynolds-Averaged Navier-Stokes, 운동량 및 에너지 방정식을 사용하고, 화학반응이 발생하는 튜브 내부는 니크롬 재질의 다공성 영역으로 가정하였다. 개질 튜브 내 온도 및 화학반응 특성을 비교하기 위해 메탄과 수증기의 혼합비를 1-6으로 증가시켜 비교 분석하였다. 수치해석 결과, 메탄에 대한 수증기 비율이 높을수록 튜브 내부의 온도가 증가하고, 메탄의 전화율이 증가한다. 그러나 수소 개질량은 수증기와 메탄의 비율이 5일 때 가장 많은 것을 알 수 있다.