• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제45권3호
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• pp.258-267
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• 2017

리기다소나무와 신갈나무 목분에 낙엽송 수피 또는/그리고 인공건조시 발생하는 폐액을 첨가제로 사용하여 펠릿을 제조하고, 이에 대한 연료적 특성의 분석을 통하여 고등급 목재펠릿 제조를 위한 원료 및 제조조건을 제공하고자 본 연구를 수행하였다. 첨가제에 대한 화학적 조성을 조사한 결과, 수피는 90% 이상의 전섬유소와 리그닌으로 구성되어 있었으며, 건조폐액은 대부분 당 성분이라 추정되는 0.1%의 고형분을 가지고 있었다. 신갈나무 목분은 수피의 포함으로 회분 함량(2.2%)이 높았으며, 수피와 건조폐액도 4% 이상의 회분을 가진 것으로 조사되었다. 목분 및 첨가제의 발열량은 모두 국립산림과학원(NIFOS)에서 고시한 "목재제품의 규격과 품질기준"의 목재펠릿 1급 기준(18.0 MJ/kg) 보다 높았다. 피스톤형 펠릿성형기로 제조한 펠릿은 첨가제의 양이 2 wt%인 관계로 회분함량과 발열량에 영향을 미치지 않았다. 내구성의 경우, 대부분의 제조 조건에서 첨가제의 사용에 의하여 증가하였다. 한편 첨가제로 수피 그리고 목분의 함수율 조절을 위하여 건조폐액을 함께 첨가하여 제조한 펠릿의 내구성은 첨가제없이 제조한 펠릿과 차이가 없었으며, 수피 또는 건조폐액을 각각 첨가제로 사용하여 제조한 펠릿보다 낮았다. 그러나 펠릿 제조비용 측면에서 건조폐액은 폐수처리에 따른 수익이 가능한 관계로 수피와 건조폐액을 공동으로 펠릿 제조에 사용하는 것이 유리할 것으로 생각한다. 피스톤형 펠릿성형기로 제조한 펠릿의 연료적 특성 측정 결과를 토대로 파일럿 규모의 평다이펠릿성형기로 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿을 제조하였다. 제조된 펠릿의 함수율은 목분 및 첨가제의 사용과 상관없이 NIFOS 1급 기준($${\leq_-}$$10%)을 모두 만족하였다. 이에 대한 겉보기밀도와 내구성 측정결과를 종합하면, 첨가제의 사용은 리기다소나무의 경우 목분 함수율을 10%로 조절하고 수피나 건조폐액을 사용하는 것이 그리고 신갈나무의 경우 12%의 목분 함수율에 수피를 사용하는 것이 각각의 최적 목재펠릿 제조 조건이라 생각한다. 신갈나무 펠릿의 회분 함량을 제외하고 이 조건에서 제조한 목재펠릿의 품질은 NIFOS 목재펠릿 1급 기준을 크게 상회하는 것으로 나타났다.

• 에너지공학
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• 제23권3호
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• pp.203-210
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• 2014

본 연구에서는 목재펠릿보일러의 연소현상에 대하여 이론적으로 분석하고 예측 값과 실제 실험데이터를 비교하여 분석했다. 목재펠릿보일러의 개발과정에 있어서 연소실형상, 투입 공기의 속도, 연료의 양, 온도 및 연료특성 등에 따라 다양한 문제점이 발생됨에 따라 여러 방향의 연구 개발이 이루어지고 있으며 이에 많은 시간과 비용이 소모되고 있다. 따라서 해석모델의 개발을 통한 수치해석 방법이 유용하게 활용될 수 있다. 본 연구에서는 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용한 모의실험(Simulation)을 통하여 목재펠릿의 종류 및 구성 원소의 변화에 따른 목재펠릿보일러의 연소실 출구온도 및 배기가스의 구성성분을 예측하고자 하며 그 결과를 바탕으로 목재펠릿 연소특성을 파악하여 최적의 이용 및 활용방법을 제시하고자 한다. 예측값과 실험값은 : $CO_2$ 0.60 % $O_2$ 0.73 % 오차를 나타내었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제39권3호
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• pp.258-268
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• 2011

본 연구는 낙엽송과 백합나무 톱밥을 이용한 펠릿의 제조 과정에서 톱밥의 크기 및 함수율, 펠릿제조 온도 및 성형시간이 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수행하였다. 수종별 내구성의 비교에서 낙엽송 펠릿의 내구성이 백합나무 펠릿보다 높았으며, 낙엽송 펠릿의 경우 18 mesh (1.00 mm) 이상 크기의 톱밥으로 제조한 펠릿이 8~18 mesh (1.00~2.38 mm)의 톱밥으로 제조한 펠릿보다 내구성이 높았다. 펠릿제조 온도를 높이고 펠릿 성형시간을 연장함에 따라 펠릿의 내구성은 증가하였으며, 톱밥의 함수율이 올라감에 따라 펠릿의 내구성은 향상되는 것으로 나타났다. 한편, 본 연구에서 제조된 낙엽송 및 백합나무 펠릿은 대조구로 사용된 산림조합 및 일도에서 제조한 목재 펠릿보다 내구성은 낮았으나, 대부분의 낙엽송 펠릿은 국립산림과학원에서 고시한 목재펠릿의 내구성 1등급 기준(97.5%)을 만족하였으며, 백합나무 펠릿은 3등급 기준(95%)을 모두 상회하였다. 전자현미경을 이용한 펠릿의 관찰에서 펠릿제조 온도를 높이고 펠릿 성형시간을 연장함에 따라 펠릿내에서 톱밥 간의 거리가 감소하고, 특히 $180^{\circ}C$의 온도에서 3분의 성형시간으로 제조한 펠릿의 경우 대조구 시편과 크게 차이가 없는 것을 육안으로 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제38권1호
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• pp.49-55
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• 2010

본 연구에서는 국내 수종 중 낙엽송(Larix Kaemferi Carr)을 대상으로 하여 톱밥의 특성별, 형태별로 나누어서 제조된 목재펠릿의 특성변화를 조사하였다. 제조된 펠릿의 함수율, 밀도, 회분, 흡습율, 발열량을 측정하여 비교하였다. 펠릿제품의 함수율은 6.4~7.31%로 나타나 목재펠릿의 품질기준 1급인 10% 이하를 만족시켰고, 대팻밥으로 제조한 펠릿의 밀도가 가장 높았고, 톱밥의 종류별 제조된 펠릿의 밀도는 큰 차이가 없었으며, 품질규격 1급을 만족시켰다. 회분은 0.2~0.424%로 품질규격 1급인 0.7% 미만의 범주에 속한 것으로 나타났으나, 수피만으로 제조된 펠릿의 회분량은 2.106%로 상당히 높은 값을 보여 1.5% (2급)을 초과하였다. 흡습율은 수피를 사용한 경우 추출물성분에 의해 수분 흡수 저해 효과가 있는 것으로 나타났으며, 제조된 각 펠릿의 발열량 측정결과 품질기준(1급) 4,300 kcal/kg을 넘어섰다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제39권4호
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• pp.359-369
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• 2011

본 연구에서는 국내 수종 중 낙엽송(Larix kaemferi Carr)을 대상으로 하여 콩기름, 폐콩기름, 오존산화 콩기름, 오존산화 폐콩기름을 첨가하여 제조된 목재펠릿의 특성변화를 조사하였다. 제조된 펠릿의 함수율, 발열량, 회분, 겉보기밀도, 내구성, 흡습률, 원소분석을 측정하여 비교하였다. 펠릿제품의 함수율은 7.66~9.48%로 나타나 목재펠릿의 품질기준 1급인 10% 이하를 만족시켰고, 제조된 각 펠릿의 발열량 측정결과 품질기준(1급) 4,300 kcal/kg을 모두 넘었으며, 기름을 첨가한 모든 펠릿이 대조구보다 높은 발열량을 나타냈다. 회분은 0.34~0.42%로 품질규격 1급인 0.7% 미만의 범주에 속한 것으로 나타났으며, 제조된 펠릿 모두가 겉보기 밀도 품질 기준 1급(640 kg/$m^3$)을 만족시켰다. 내구성은 콩기름을 첨가한 펠릿, 오존산화 폐콩기름을 첨가한 펠릿이 품질 기준1급(97.5% 이상)을 만족하였다. 전체적인 결과의 흐름을 보았을 때 첨가제를 첨가한 펠릿이 무첨가 펠릿보다 내구성이 좋게 나타났다. 흡습률은 24시간 후 흡습률 시험에서 첨가제를 첨가한 펠릿이 모두 무첨가 펠릿보다 낮은 흡습률을 나타냈으며, 5일 경과 후에도 무첨가 펠릿 보다 첨가제를 첨가한 펠릿이 모두 흡습률 감소 현상을 보였다. 원소분석은 황의 함유량이 목재펠릿의 품질기준 1급(0.05%) 이하를 만족시켰고, 질소 함유량 역시 목재펠릿의 품질기준 1급(0.3%) 이하를 만족시켰다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제41권6호
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• pp.475-489
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• 2013

본 연구는 낙엽송과 백합나무 톱밥을 이용한 펠릿의 제조 과정에서 바인더로 일정량의 유채박, 커피부산물, 수피, 솔방울, 리그닌 분말을 첨가하여 바인더의 종류 및 첨가량이 내구성을 포함한 펠릿의 품질에 미치는 영향을 알아보기 위하여 수행하였다. 바인더와 함께 제조한 펠릿의 품질은 국립산림과학원에서 고시한 목재 펠릿 품질 규격 1등급 기준을 대부분 상회하였으며, 일부 과다한 양의 바인더를 첨가하여 제조한 펠릿에서만 높은 회분 함량으로 2~3등급 기준을 만족하는 것으로 조사되었다. 바인더 종류 및 첨가량에 따른 펠릿의 내구성은 리그닌, 유채박 그리고 커피부산물을 첨가하여 제조한 펠릿에서 우수하였으며, 백합나무 펠릿은 첨가량의 증가와 함께 내구성도 향상되었다. 한편 낙엽송 펠릿의 경우 첨가량의 증가에 따른 내구성 향상 효과는 크지 않았으며, 수피와 솔방울을 바인더로 사용하였을 때 첨가량의 증가와 함께 내구성이 감소하였다. 제조된 펠릿의 광학/전자현미경 관찰을 통하여 바인더의 종류에 따른 차이를 명확하게 확인할 수 없었으나, 첨가량에 따른 차이는 명확하게 관찰할 수 있었다. 결과를 종합하면, 바인더의 첨가는 목재 펠릿의 품질 향상에 대부분의 항목에서 기여하였으며, 특히 커피부산물을 바인더로 사용하여 제조한 펠릿의 경우 모든 품질에서 뚜렷한 향상을 확인할 수 있었다. 향후 저렴한 바인더의 안정적인 확보가 이루어진다면 바인더의 첨가로 인하여 연료적 품질이 향상된 목재 펠릿의 상용화가 가능할 것으로 확신한다.

• 에너지공학
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• 제24권3호
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• pp.13-19
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• 2015

본 연구는 숲가꾸기 사업시 솎아내는 나무(소경간벌재), 벌채 수확 후 남긴 잔재물인 가지, 목재가공 후에 남긴 폐기 대상목재, 갱신지 벌채림 및 왕겨 등을 활용하여 펠릿 제조가 가능한 이동식 펠릿 제조 장비를 개발하는 것으로, 초기함수율이 약 32%인 도로변 가지치기 나무를 재료로 최종함수율이 약 10%인 펠릿을 생산할 경우 시간당 생산량은 약 309kg이며, 하루 약 8시간 작업시 약 2ton의 생산량이 가능하고, 펠릿 생산(시간당 약 309kg)에 필요한 평균소요동력은 약 122.4PS이며, 생산비용과 판매비용을 비교하면 1일 작업기준으로 약 268,000원의 수익이 예상되어 향후 사업성이 기대된다.

• 에너지공학
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• 제24권2호
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• pp.120-128
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• 2015

본 연구에서는 목재펠릿보일러의 연료공급 장치에 따른 연소특성의 분석을 위해, 낙엽송을 주요 구성성분으로 하는 1급 목재펠릿 연료 및 연소시스템인 목재펠릿보일러를 이용하여, 연료공급 장치(feeder)의 유형 및 형태에 따른 버너의 온도 및 배기가스($O_2$, $CO_x$, $NO_x$)의 농도 등이 측정, 비교, 분석되었다. 스프링 연료공급 장치가 실험 조건으로 적용된 경우의 버너의 평균 온도는 약 $821.76^{\circ}C$, 배기가스 산소 농도는 약 8.88%, 일산화탄소 농도는 약 93.35ppm, 이산화탄소 농도는 약 12.15%, 질소산화물의 농도는 약 139.83 ppm으로 측정되었으며, 이는 스크류 형태의 연료공급 장치가 설치된 실험조건에 비해 완전연소 조건에 도달하였으며, 배기가스의 평균농도가 허용 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 또한, 스크류 피치의 증가에 따른 연소효율이 증가하는 것으로 나타났다. 목재 펠릿의 완전연소를 위한 조건에 근접, 조성하기 위해서는 연료의 투입량 조절과 더불어 투입되는 공기의 양을 제어하는 연구가 요구된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제48권1호
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• pp.58-67
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• 2010

본 연구에서는 국내 상용 순환유동층 보일러에서 연료로 사용하고 있는 저급 국내무연탄과 혼소용 연료로 이용할 예정인 목재펠릿의 각각의 연소 특성을 조사하기 위해 열중량 분석기(TGA)를 이용하여 비등온 실험(5, 10, 20, $30^{\circ}C/min$) 및 등온 조건으로 촤 연소 실험을 수행하였다. 목재펠릿의 경우는 승온 속도에 따라 차이가 있으나, 국내무연탄에 비해 낮은 온도인 $200{\sim}620^{\circ}C$ 사이에서 연소되었으며, 최대 반응속도를 나타내는 온도 또한 국내무연탄의 그것에 비해 매우 낮음을 알 수 있었다. 비등온 실험 결과를 Friedman 방법으로 해석한 결과, 무게감량이 가장 큰 2차 구간에서의 목재펠릿 및 국내무연탄의 활성화에너지는 44.12, 21.45 kcal/mol이었으며, 반응차수 및 빈도인자는 각각 5.153, 0.7453 및 $4.01{\times}10^{16}$, $1.39{\times}10^6(s^{-1})$임을 확인할 수 있었다. 또한 등온 조건으로 촤 연소 실험 결과, 화학반응 율속단계에서의 목재펠릿 및 국내무연탄의 활성화에너지는 각각 27.5, 51.2 kcal/mol이었으며, 빈도인자는 각각 $2.55{\times}10^{12}$, $1.49{\times}10^{10}(s^{-1})$임을 확인할 수 있었다. 국내무연탄에 비해 목재펠릿이 낮은 온도에서 연소 반응이 시작이 되고 반응차수 및 빈도인자가 높아 반응속도를 빠를 것으로 판단되어 혼소 시 연소 제어가 잘 이루어질 경우, 연소로 내의 연소 분위기가 향상될 것으로 예상된다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제42권4호
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• pp.439-449
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• 2014

2012년 신재생에너지공급의무화제도 시행으로 국내 목재펠릿 수요가 급증하고 있으나, 현재 우리나라의 목재펠릿 자급률은 10% 수준에 머물러, 급증하는 수요를 충족하기 어려울 것으로 예상된다. 따라서 안정적인 공급과 가격이 보장될 수 있는 새로운 바이오매스의 발굴을 통하여 목재펠릿에 대한 폭발적인 수요를 대체하는 일은 우리뿐만 아니라 세계적으로 시급한 과제라 할 수 있다. 본 연구의 분석결과 고체 팜 바이오매스 중 대표적인 EFB (empty fruit bunch)와 MF (mesocarp fiber)의 2012년도 연간 발생량(함수율 10% 기준)이 말레이시아와 인도네시아에서 각각 약 2,800만톤과 2,000만 톤으로, 두 지역에서만 연간 총 4,800만 톤이 발생되는 것으로 추정된다. 연료적 특성에 있어서도 EFB의 발열량이 목재의 90% 수준을 상회하므로 목재펠릿을 대체할 수 있는 우수한 바이오매스 에너지자원이라 할 수 있다. 다만, 높은 회분함량으로 인하여 주택이나 온실의 난방용으로는 부적합하지만 발전용이나 산업용으로는 충분히 사용가능할 것으로 판단된다.