• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2010.11a
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• pp.503-503
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• 2010

국제협약에 따라 2012년부터 유기성폐기물의 해양배출이 금지됨에 따라 환경문제를 유발하는 축산분뇨, 음식물쓰레기, 농축산 폐기물 등의 처리가 곤란한 실정이다. 그러나 최근 저탄소 녹색성장으로 정부가 폐자원 에너지화에 관심을 기울이면서 위의 폐기물을 바이오가스로 전환하는 바이오가스 플랜트(Biogas Plant, BGP)의 이용이 보다 활성화 될 전망이다[1]. 이 바이오가스 처리방법에서 유기물은 메탄가스로 배출되고[2], 나머지 영양성분들(질소, 인산, 칼륨 등)은 모두 소화액에 남아있으므로[3] 이들은 친환경농업에서 필요한 액비로도 활용이 가능하며, 혐기소화 처리방법은 일반적인 가축분뇨 처리과정에서 발생되는 악취문제도 해결할 수 있는 장점 또한 가지고 있다. BGP는 유기성 폐기물에서 혐기성소화를 통해 바이오가스를 만드는 장점이 있는 반면, 가스를 만들고 남은 소화액은 액비로 활용이 가능하지만, 액비로 활용이 불가능할 경우 악성 폐수로 그 처리가 매우 까다로운 단점이 있다. 일반적인 생물학적인 폐수처리방법으로는 처리가 곤란하며, 환경기준을 맞추도록 처리하는데 많은 비용이 소요된다. 이러한 폐액처리를 위해 공정의 단순화와 높은 처리 효율[4]을 가지면서, 액비 또는 정화처리공정이 가능한 방법으로서 분리막공정이 바람직하나, BGP 발생폐액의 성상이 고농도의 오염물질을 함유하고 있어 적용이 쉽지 않다. 따라서 본 연구에서는 이를 보안할 수 있는 와류발생형 막모듈을 이용하여 Biogas Plant의 발생폐수에 대하여 분리막을 이용한 효과적인 처리공정을 개발하고 그에 따른 최적의 조건을 찾는 연구를 하고자 한다. 와류발생형 막모듈을 막과 막 사이에 와류를 발생시킴으로써 막에 전단력을 가하여 막의 가장 큰 단점인 막오염을 줄이는 방법으로 기존의 막모듈과 큰 차이가 있을 것으로 예상된다. 본 연구에서는 기존의 분리막 모듈[5]과 와류발생형 막모듈의 차이를 실험을 통해 확인하며, 막에 가해지는 압력, 막을 통과하는 유량 등의 차이를 두어 최적조건을 탐색하였다.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.55 no.4
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• pp.107-119
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• 2013

바이오매스 가스화는 세계적인 증가 추세에 있는 에너지 수요를 충족할 수 있는 기술 중의 하나이다. 바이오매스 가스화를 통해서 농업 폐기물 등 다양한 바이오매스 자원을 에너지로 전환할 수 있고 $CO_2$ 배출량 또한 줄일 수 있다. 본 연구에서는 COMSOL$^{(R)}$ 3.4 소프트웨어를 이용하여 바이오매스 원료와 운전 조건에 따른 가스화 효율 및 합성가스 조성의 변화를 분석하였다. 원료와 구동조건을 최적화하기 위해 가스화 모델을 세우고 원료와 구동조건을 달리하여 합성가스의 성분을 분석 및 예측하였다. 이 모델은 물리적인 실험을 통해 알고 있는 조건을 통해서 합성가스 성분을 시간에 따라 예측할 수 있다. 모델을 이용하여 함수비 5~30 %, 공기중 산소함량 5~50 %, 공기공급 유량 5~45 L/min, 온도 973~1273 K의 조건에서 합성가스의 성분을 예측한 결과 실제 실험 결과와 일치하는 것을 알 수 있다. 모델링 결과 양질의 합성가스를 생산하려면 원료의 회분함량이 적어야 하고 수소 함량이 높은 합성가스를 생산하려면 반응 온도가 높게 유지되고 원료의 함수비가 높아야 한다. 가스화장치의 온도를 높이면 합성가스의 성분 중 CO의 함량이 많아지고, CO의 함량이 많아지면 가스의 발열량이 높아지는 것을 알 수 있다. 또한 CO의 농도가 높고 발열량이 높은 합성가스를 생산하기 위해서는 ER값은 작아야 한다.

• Journal of Energy Engineering
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• v.28 no.2
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• pp.18-35
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• 2019

The Korea District Heating Corporation operates a gas engine generator with a capacity of $4500m^3 /day$ of biogas generated from the sewage treatment plant of the Nanji Water Recycling Center and 1,500 kW. However, the actual operation experience of the biogas power plant is insufficient, and due to lack of accumulated technology and know-how, frequent breakdown and stoppage of the gas engine causes a lot of economic loss. Therefore, it is necessary to prepare technical fundamental measures for stable operation of the power plant In this study, a series of process problems of the gas engine plant using the biogas generated in the sewage treatment plant of the Nanji Water Recovery Center were identified and the optimization of the actual operation was made by minimizing the problems in each step. In order to purify the gas, which is the main cause of the failure stop, the conditions for establishing the quality standard of the adsorption capacity of the activated carbon were established through the analysis of the components and the adsorption test for the active carbon being used at present. In addition, the system was applied to actual operation by applying standards for replacement cycle of activated carbon to minimize impurities, strengthening measurement period of hydrogen sulfide, localization of activated carbon, and strengthening and improving the operation standards of the plant. As a result, the operating performance of gas engine # 1 was increased by 530% and the operation of the second engine was increased by 250%. In addition, improvement of vent line equipment has reduced work process and increased normal operation time and operation rate. In terms of economic efficiency, it also showed a sales increase of KRW 77,000 / year. By applying the strengthening and improvement measures of operating standards, it is possible to reduce the stoppage of the biogas plant, increase the utilization rate, It is judged to be an operational plan.

• 농업기술회보
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• v.50 no.2
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• pp.25-26
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• 2013

최근 대체에너지 자원으로 주목받고 있는 농업부문의 바이오매스 잠재발생량이 연간 1,100만톤 이상이며, 이를 잠재 에너지 부존량으로 환산하면 약 460만 TOE에 해당된다. 그러나 농업부산물을 활용한 바이오매스 활용이 농업분야 온실가스 감축 및 에너지 절약에 중요한 역할을 할 수 있음에도 불구하고, 그에 대한 연구가 부족했다. 농업활동 과정에서 발생되는 바이오매스 자원 잠재량을 알아보고 이들 바이오매스를 활용한 토양탄소 격리기술에 대하여 소개한다.

• Environmental engineer
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• v.24 s.256
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• pp.56-60
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• 2007

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.25 no.2
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• pp.91-100
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• 2017

The purpose of this study is to provide a design and operation technical guideline for meeting the appropriate design criteria to bio-gasification facilities treating organic wastes. In accordance with the government's mid-to long-term policies on bio-gasification and energization of organic wastes, the expansion of the waste-to-energy (WTE) facilities is being remarkably promoted. However, because of the limitation of livestock manure containing low-concentration of volatile solids, there has been increased in combined bio-gasification without installing new anaerobic digestion facilities. The characteristics and common problems of each treatment processes were investigated for on-going 13 bio-gasification facilities. The seasonal precision monitoring of chemicophysics analysis on anaerobic digestor samples was conducted to provide guidelines for design and operation according to the progress of bio-gasification treatment. Consequently, major problems were investigated such as large deviation of organic materials depending on seasons, proper dehumidification of biogas and pretreatment of hydrogen sulfide.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.110.2-110.2
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• 2011

바이오가스 생산은 현재 정부에서 추진하고 있는 저탄소 녹색성장으로 인해 더욱 그 가치의 중요성이 부각되고 있다. 스웨덴 Scandinavian Biogas Fuel AB(SBF) 사의 바이오 가스 생산 기술을 이용함으로 소화효율을 개선하고 바이오가스 발생량을 극대화하였다. 전국 403개 공공하수처리시설 중 소화조가 설치된 처리시설은 65 개소이며 이중 57 개소에서 총 64개 소화조를 운영 중이다. 하지만 국내 소화조의 효율은 유입수질 저하, 운영, 관리 미숙으로 인해 전진국의 1/4 수준으로 에너지 이용률이 미미한 편이다. 환경부는 2010년부터 에너지 이용, 생산사용 확대, 추진을 위해 하수처리시설별 이용 가능한 에너지 잠재력의 종류, 양, 지역 내 수요자, 공급자 의 현황 규모 등을 정리해 2012년부터 에너지 이용사업 확대를 추진한다. SBF의 기술을 바탕으로 하수처리시설에서 들어오는 하루 슬러지 $1370m^3$와 음식물쓰레기 180t을 함께 처리하며 바이오가스 생산량을 더욱 늘렸다. 각 $7,000m^3$의 달걀모양(egg shape) 소화조 2개를 운영하며 생 슬러지와 음식물 쓰레기 처리 후 바로 소화조로 투입, 혐기 소화하는 방식이며 슬러지 최종처분방법은 탈수 후 소각된다. 반입되는 생 슬러지의 평균 TS 1.7%, VS 63% 이며 농축 후에는 평균 TS 9%, VS 75% 이다. 또 소화조로 들어가는 음식물 쓰레기는 평균 TS 8%, VS 85% 이며 소화 후 평균 TS 3.6% VS 59% 이다. 그리고 소화조의 pH는 7.3~7.8,유기산의 농도는 150mg/L~350mg/L, 가스발생량은 하루 평균 $26,500Nm^3$이며 소화효율은 평균 67%이다. 혐기성소화는 산소가 없는 무 산소 상태 에서 분해 가능한 유기물을 분해시켜 메탄으로 전환시키고 우리는 현재 이 가스를 소화조 가온에 사용하고, 판매하고 있다. 소화효율을 높이기 위하여 가온과 교반이 행해지는데 가온방식은 직접가온방식(증기주입식)과 간접가온방식(열교환방식)이 있다. 그중 우리는 간접가온방식을 채택하여 소화효율을 높였고 일반중온 혐기소화온도보다 약간 높은 $38^{\circ}C$로 운전한다. 그리고 일반적으로 알려진 교반방식인 가스교반, 기계교반, 이 둘은 병행한 교반이 아닌 독자적인 방법을 이용, 소화조 내의 슬러지가 정체되어 교반되지 않는 부분을 최소화 하였다. 이때 미생물이 투입되기 힘든 소화조 아래 쪽 으로도 고루분포 되어 슬러지를 이용 하게 되고 소화조 상하부의 온도차가 $1^{\circ}C$ 이하로 거의 완벽한 교반상태를 보여 줌 으로써 소화효율을 최대한으로 한다. 더욱이 소화일수 부족으로 인한 전반적 소화효율 저하가 발생하지 않도록 input과 output 조절을 통한 적정소화일수 20~25일을 최대한 맞추어 운전하여 소화조 설계용량의 평균 90%를 활용하고 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.174.2-174.2
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• 2011

최근 유가상승과 석유, 천연가스의 가채 매장량의 한계등과 함께 온실가스에 의한 지구온난화 방지를 위하여 미국, 유럽국가 및 캐나다 등에서는 바이오매스를 이용한 에너지 회수 기술개발에 많은 관심과 연구를 수행하고 있다. 바이오 매스는 에너지 밀도 대비 존재하는 지역이 광범위하여 발생, 수집, 수송에 따른 비용이 많이 소요되는 특성이 있어 산지에서 직접처리하거나 수집하여 대규모처리등과 같이 여러 가지 현장상황에 따라 적정한 플랜트 운용의 유연성을 갖추고 있어야 한다. 일반적으로 바이오매스로부터 중소형으로 분산형 발전이나 수소제조를 위해서는 직접 연소법 보다는 가스화 방식을 이용하고 있는데, 연소에 의해 열을 생산하여 전기를 생산하는 방식은 스팀터빈을 이용하는 것이며, 스팀터빈은 소형 운용이 어렵기 때문이다. 본 연구에서는 폐목재로부터 합성가스제조를 위하여 5톤/일 규모 가스화기를 제작하였으며, 타르 및 수트와 같은 미반응 물질을 제거할 수 있는 집진, 세정장치를 설계 및 제작하였다. 또한 합성가스에 함유된 현열로부터 열회수를 위하여 열교환기를 설치하였으며, 정제된 합성가스를 이용하는 가스엔진을 통하여 열병합 발전시스템 연계운전을 수행하였다. 운전 실험을 폐목재 가스화 3톤/일 규모로 수행하였으며, 평균 1,500kcal/$Nm^3$의 발열량을 갖는 합성가스를 생성시킬 수 있었다. 사이클론, 스크러버 및 기수분리 장치를 이용하여 정제된 합성가스는 합성가스 엔진을 통하여 72kW 이상의 전력생산이 가능하였다. 열교환기를 통하여 평균 15,000kcal/h의 배열 회수가 가능하였으며, 바이오매스 가스화 합성가스를 이용한 열병합 발전이 가능함을 입증하였다.

• Clean Technology
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• v.26 no.1
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• pp.72-78
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• 2020

The use of fossil fuel and biogas production causes air pollution and climate change problems. Research endeavors continue to focus on converting methane and carbon dioxide, which are the major causes of climate change, into quality energy sources. In this study, a novel plasma-carbon converter was proposed to convert biogas into high quality gas, which is linked to photovoltaic and wind power and which poses a problem on generating electric power continuously. The characteristics of conversion and gas production were investigated to find a possibility for biogas conversion, involving parametric tests according to the change in the main influence variables, such as O₂/C ratio, total gas feed rate, and CO₂/CH₄ ratio. A higher O₂/C ratio gave higher conversions of methane and carbon dioxide. Total gas feed rate showed maximum conversion at a certain specified value. When CO₂/CH₄ feed ratio was decreased, both conversions increased. As a result, the production of solar fuel by plasma oxidation destruction-carbon material gasification conversion, which was newly suggested in this study, could be known as a possibly useful technology. When O₂/C ratio was 0.8 and CO₂/CH₄ was 0.67 while the total gas supply was at 40 L min^-1 (VHSV = 1.37), the maximum conversions of carbon dioxide and methane were achieved. The results gave the highest production for hydrogen and carbon dioxide which were high-quality fuel.

• Journal of The Korean Society of Agricultural Engineers
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• v.57 no.5
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• pp.81-88
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• 2015

바이오매스는 유망한 신재생 에너지이다. 바이오매스는 액체 및 기체 연료로 전 환 할 수 있고, 다양한 공정을 통해 열 및 전력을 생산시키는데 사용된다. 바이오매스 가스화 공정은 바이오매스를 일산화탄소, 이산화탄소, 수소 및 메탄으로 이루어진 합성 가스로 전환시키는 기술이다. 바이오매스를 이용한 합성 가스 생산 및 활용은 세계적으로 늘어나는 에너지 필요성을 충족시킬 수 있는 대체에너지이다. 현재, 바이오매스 가스화의 주요 원료는 목질계 우드 칩을 주로 사용하고 있지만, 일반적으로 우드칩의 경우 수분을 다량 함유하고 있기 때문에 가스화 공정을 위해서는 별도의 건조처리를 필요로 한다. 우드칩의 건조에는 많은 에너지가 소요되고, 다량의 우드칩 건조에는 시간과 기상 및 공간적인 환경에 영향을 받는다. 본 연구에서는 미건조 우드칩의 가스화 공정을 위하여 미건조 우드칩에 숯을 각각 10, 30, 50 % 비율로 혼합하여 실험을 수행하였고, 실험결과 생산된 합성가스의 CO 농도 는 숯의 비율에 따라 14.9 ~ 25.6 % 증가되는 경향을 나타내었지만, 반대로 $CO_2$ 및 $CH_4$ 농도는 감소하였다. 이에 따라 합성가스 생산을 위한 미건조 우드칩과 숯의 최적혼합비율은 약 30 %로 판단되며, 발열량은 $1285.7kcal/Nm^3$, Gas yield는 $2.3Nm^3/kg$ 로 나타났다. 이에 적절한 숯의 혼합사용은 미건조 우드칩의 직접적인 가스화에 도움이 될 것으로 사료되며, 바이오매스 건조 공정에 필요한 에너지를 절약할 수 있을 것으로 판단된다.