• 한국농업기계학회:학술대회논문집
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• 한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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• pp.127-127
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• 2017

우리나라 음식물 폐기물은 수분함량 및 유기물 함량이 높기 때문에 부패와 악취, 침출수의 원인이 된다. 하지만 이를 혐기 소화 처리한다면 구성성분에 따라 60-80%가 생분해되어(한국유기성폐자원학회, 2001) 친환경적으로 처리가능하고, 혐기소화 결과물로 발생한 메탄가스를 대체에너지로 사용할 수 있어 유기물을 효과적으로 처리할 수 있다. 그러나 유기성 폐기물은 계절 및 지역에 따라 구성성분의 비가 다르며, 성분 중 지방 함량이 많을 때 바이오가스 생산이 지연되어 생산효율 감소의 주된 원인이 된다(Kafle and Kim, 2013). 전국음식물 폐기물 중 지방함량이 높은 어육류의 발생량은 3차 조사(환경부, 2008)에 비해 2배 이상 증가하였고, 향후 음식 섭취의 서구화로 인한 육류 소비가 증가할 것으로 예상된다(환경부, 2013). 따라서 본 연구는 지방함량이 높은 유기물의 효율적 처리를 위해 지방산 종류에 따라 포화 불포화 지방산을 포함하는 부산물의 혐기소화 능력 및 바이오가스 생산 성능을 구명하는데 목적이 있다. 본 연구 결과, 불포화 지방산 함량이 높은 수준인 부산물의 바이오가스는 629.96-749.14 mL/g VS 이며, 포화 지방산 함량이 높은 수준의 부산물은 560.18-715.43 mL/g VS 였다. 불포화 지방산 함량이 25.31%-46.26%로 많아질수록 초기 순응기간은 13일에서 25일로 증가하였고, 총 바이오가스 생산량의 90%가 생산되는 기간인 T90은 57일에서 72일로 증가하여 바이오가스 생산 속도가 감소한 것으로 판단된다. 포화 지방산은 함량이 24.10-48.74%로 증가할수록 초기 순응기간의 변화는 없었고, T90은 69일에서 62일로 감소하였다. 또한 불포화 지방산이 많은 유기물은 모두 바이오가스 생산 과정에서 2단계의 지연현상을 보였지만, 포화지방산은 함량이 증가하여도 1단계의 지연현상을 보였다. 이러한 차이는 두 지방산에 관여하는 미생물의 차이(Diana, 2007)와 불포화 지방산의 굴곡된 형태가 지방산과 미생물이 상호 작용 방식에 악영향 미치기 때문으로 판단된다(Diana, 2013). 결론적으로, 두 지방산의 소화 방식은 차이가 있으며, 불포화 지방산 함량이 많은 유기물은 탄수화물 함량이 많은 유기물을 10% 이상 혼합하여 지연상을 감소시킬수 있다(Kim, 2017). 포화 지방산 함량이 많은 유기물은 초기 지연 현상 해결을 위한 연구가 추가적으로 요구된다.

• 한국농공학회논문집
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• 제55권4호
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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.

• 한국환경농학회지
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• 제29권2호
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• pp.197-205
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• 2010

돈분 슬러리를 이용한 혐기성 소화과정에서 유기물 농도 및 식종슬러지의 식종비율, 소화조의 혼합강도 등의 최적 실험조건을 도출하고, 돼지의 성장에 따른 사료 급여 특성과 분뇨의 성상이 바이오가스 발생에 미치는 영향을 관찰하였다. 식종슬러지 비율 50%와 TS 농도 1% 수준에서 메탄함량은 45%이었고, 유기물 함량이 3~7 %로 증가할수록 메탄가스 함량도 증가되었다. 반응조의 혼합강도에 따른 총 누적가스 발생량은 식종슬러지의 식종비율에 따른 영향은 관찰되지 않았고, TS 농도 3%와 5%에서 혼합강도를 증가시켰을 때(80 $\rightarrow$ 160 rpm) 바이오가스 발생량도 증가되었다. 돈분폐수의 혐기소화 실험시 바이오가스를 회수하고자 하는 최적의 운전 조건은 투입되는 TS 농도 3~5% 정도의 유기물 농도와 50% 수준의 식종슬러지의 식종비율 그리고 반응조의 적절한 교반강도(120 rpm) 따라 결정될 수 있다. 돈분뇨 종류에 따른 가스발생량은 분만돈 분뇨의 바이오 가스 발생량이 높았고, gas 발생의 peak(20일)도 짧게 나타나 분해율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 돼지의 사육 및 소비 형태에 따라 돼지의 사육 환경이 변화되며, 투입되는 사료의 급여 특성도 달라져 바이오가스 발생 특성도 차이가 있는 것으로 나타났다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.171.2-171.2
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• 2011

지속가능한 발전과 저탄소 녹색성장의 개념이 대두되면서 우리나라를 비롯한 주요 선진국은 자국의 화석연료 의존도를 낮추고 대체에너지로 환경친화적이며, 청정에너지로 각광받는 신 재생에너지의 활용에 경제적, 정책적 지원을 아끼지 않고 있는 실정이다. 실제로 유럽에서는 바이오매스의 일종인 우드칩을 활용한 가정용 보일러가 보급되고 있으며, 동남아시아에서는 열대식물을 이용한 저온열분해를 활용하여 바이오디젤을 생산하고 있다. 우리나라의 경우 대부분의 바이오매스는 발생되는 임야에서 재이용되거나 경제성이 있을 경우에 운송되어 재활용되고 있으며, 임부목과 같은 일부 바이오매스는 수익성이 없어 발생현지에 방치되는 경우도 있다. 본 연구에서 주목한 왕겨의 경우 미곡종합처리장에서 대량으로 발생되지만 그 활용도에 있어서 축적된 바이오에너지에 비해 에너지회수율이 저조하다고 할 수 있다. 왕겨는 임야에서 발생되는 폐목재나 다른 바이오매스에 비해 함유되어 있는 수분이 적고(12%), 휘발분의 함량이 많으며(58%), 고정탄소(17%), 회분(13%)로 열분해/가스화에 적용가능하다. 본 실험에서 생산된 합성가스의 활용방법으로는 보일러를 이용한 스팀 및 전력생산, 가스엔진을 이용한 전력생산, 폐열회수 등이 있으며 생산된 합성가스를 활용하기 위해서는 오염물질의 정제특성에 대한 연구가 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 합성가스 내에 존재하는 분진, 타르, HCl, HCN, $NH_3$의 제거효율을 조사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2006년도 춘계학술대회
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• pp.474-477
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• 2006

유동형 급속열분해기((fluidized bed type fast pyrolyzer, 용량 300g/h)를 이용하여 너도밤나무와 침엽수 흔합재(독일가문비나무/전나무, 50:50)로부터 바이오오일을 생산하였다. 목질바이오매스의 열분해는 약 $470{\pm}5^{\circ}C$에서 1-2초 간 진행되었다. 목질바이오매스의 열분해 생성물의 조성을 살펴보면, 너도밤나무는 바이오오일이 약 60%, 탄이 약 9% 피리 고 가스가 31% 가량 생산되었으며, 침엽수 혼합재는 49%의 바이오오일, 9%의 탄, 그리고 42% 가량의 가스가 생성되었다. 두 종류의 목질바이오매스에서 생산된 바이오오일에는 약 17-22% 가량의 수분이 포함되어 있었으며, 비중은 약 1.2kg/L 이었다. 바이오오일의 원소 조성은 탄소가 45%, 산소가 47% 수소가 7%, 그리 고 질소가 1% 로서 일반적 인 목질바이오매스와 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나 화석자원에서 생산되는 오일류와 비교하여 산소함량은 매우 높았으나 황은 전혀 포함하고 있지 않았다. 바이오오일의 GC분석 결과 총 90여종의 고리형, 또는 비고리형 저분자량 화합물이 검출되었으며 이들의 함량은 바이오오일 전건중량의 31-33% 정도로 측정되었다.

• 청정기술
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• 제27권4호
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• pp.315-324
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• 2021

본 연구에서는 바이오가스를 이용하는 열병합 발전에서 배출되는 질소산화물을 환원제인 암모니아와 촉매를 이용하여 제거하는 선택적촉매환원법(selective catalytic reduction, SCR)에 있어서 다양한 배가스 특성에 대한 바나듐 촉매 연구를 수행하였다. 연구에 사용한 촉매는 상용촉매인 V/W/TiO₂를 사용하였으며 다양한 운전조건에서 텅스텐 함량에 따라 영향을 확인하였다. NH₃-SCR 실험 결과 380 ~ 450 ℃에서 95% 이상의 탈질 성능을 확인하였으며 SO₂ 내구성 실험 및 TGA 분석을 통해 미량의 SO₂에 대한 촉매의 내구성을 확인하였다. 또한 H₂-TPR 분석결과 텅스텐 함량이 높을수록 우수한 산화·환원(redox) 특성을 확인할 수 있었다. 이에 따라 열병합 발전에서 배출되는 미량의 일산화탄소에 대한 산화실험을 수행하였으며 역시 우수한 일산화탄소의 산화력을 확인할 수 있었다. NH₃-DRIFTs 분석에서는 텅스텐 함량이 높을수록 Bronsted/Lewis acid sites 모두 증가하였으며 텅스텐을 촉매에 첨가 시 우수한 열적 내구성을 갖는 것으로 확인되었다. 따라서 다양한 운전조건에 따른 실험 결과, 텅스텐 함량이 높은 촉매가 바이오가스를 이용하는 열병합 발전에 적용하기 바람직하다고 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.249.1-249.1
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• 2010

현재 농업부산 폐자원은 퇴비, 가축사료 등의 단순 활용이 대부분을 차지하고 있어, 열분해 가스화를 통한 고효율 에너지 이용 시스템 개발로 기존 단순 활용에 그치던 농업부산 폐자원의 고부가가치 이용이 절실히 필요한 실정이다. 본 연구에서는 초본계 농업부산물인 왕겨를 이용한 열분해 가스화 시스템에 대한 특성 파악 및 초본계 농업부산물을 이용한 에너지자원화 및 고효율 에너지 이용을 위한 방안을 모색하고자 다양한 조건에서 전산해석을 수행하였다. 공정해석에 사용된 왕겨는 수분함량 11.33%, 회분함량 10.66%, 가연분 함량, 78.01%의 조성으로, 발열량은 LHV 기준으로 3,729 kcal/kg 였다. 상용해석 프로그램을 사용하여 열분해로의 열손실, 투입되는 시료의 가스화 반응 비율 변화, 열분해 가스화 반응의 산화제로 사용되는 공기의 유량 변화에 따른 발생되는 가스의 유량, 성상, 온도 특성을 파악하였다.

• 한국가스학회지
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• 제16권5호
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• pp.14-20
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• 2012

바이오가스는 Biomass, 유기성 폐기물 등의 혐기소화 공정을 통해 얻을 수 있는 대표적인 신재생연료로 저발 열량에도 불구하고 탄소중립적인 특성이 있기 때문에 이를 엔진에 적용하여 에너지를 생산하고자 하는 노력이 계속되어왔다. 바이오가스는 원료의 종류 및 혐기소화 공정 조건에 따라 그 연료 조성이 달라질 수 있는데, 이러한 조성 변화는 엔진 성능에 큰 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 연구가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 바이오가스 연료 내 불활성가스의 종류 및 비율을 변화시켜 모사하고 이를 이용하여 바이오가스 내 불활성가스 종류의 변화가 엔진 성능 및 배기 특성에 주는 영향을 파악하였다. 실험 결과로 각 불활성가스 종류 및 함량에 따른 최적 점화시기를 결정하였으며, 불활성 가스 조성 변화가 엔진 출력, 효율, 배기 성능에 미치는 영향을 제시하였다.

• 유기물자원화
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• 제27권2호
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• pp.67-73
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• 2019

본 연구에서는 유기성폐자원의 바이오가스 생산 및 이용을 최적화를 위해 현장시설의 정밀모니터링과 시설별 에너지수지를 분석하고, 현장문제 해결방안에 대해서 조사하여 전처리시설 및 발전기 등의 설계 및 운전 가이드라인을 제시하였다. 고품질화 정제설비 운영에 잦은 고장 및 효율 저하를 해결하기 위해서는 가스전처리가 필요하며, 탈황, 제습, 탈실록산, 분진 처리, 휘발성유기화합물 등의 처리공정이 있다. 이 공정들은 고품질화 공정에서도 제거되는 물질들이기에 가스 전처리에서는 정량적 가이드라인은 제시하지 않고, 정성적 가이드라인으로 처리공간에 운영하도록 제시하였다. 특히, 분진, 실록산 및 휘발성유기화합물 등은 가스 전처리에서 제거되지 않으면 고품질화 공정의 잦은 고장의 주원인이된다. 바이오가스 고품질화 공정에 대한 설계 운전 가이드라인은 전체 가스 발생량의 90 % 이상 이용, 2계열화, 여유율 10 % 이상 감안 등이 있으며, 품질기준[메탄함량(프로판 포함) 95 % 이상]을 제시함. 또한 균등한 바이오가스 유입을 위해 가스균등조 설치, 보조연료 균등투입 제어를 위한 열량자동조절장치 설치, 가스압축과정에서 다량 발생하는 수분 제거를 위한 고품질화 후단의 제습장치 설치, 겨울철 설비의 결빙 및 효율 저하 방지를 위한 보온설비 설치, 특히 멤브레인 설비는 실내 설치 등을 제시하였다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제33권2호
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• pp.374-384
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• 2016

대기오염에 관한 관심은 국내 외에서 점진적으로 상승하고 있으며, 자동차와 연료분야 연구자들은 청정 (친환경 대체연료) 연료와 연료품질 향상 등을 이용하여 새로운 엔진 설계, 혁신적인 후 처리 시스템 등의 많은 방법으로 차량 배기가스를 감소시키려고 노력하고 있다. 이러한 연구들은 주로 배출 가스 및 가솔린 차량의 PM 입자 배출 두 가지 이슈로 진행되고 있다. 자동차의 배출가스 및 미규제 물질, PM (입자상 물질) 입자는 환경오염과 인체에 악영향을 주는 많은 문제를 일으키고 있다. 자동차 배출가스의 주요 물질인 입자상 물질은 작은 입자로 구성된다. 이러한 작은 크기 때문에, 흡입된 입자는 쉽게 폐 깊숙이 침투 할 수 있다. 이 입자의 거친 표면들은 대기중에서 다른 독성 물질과 결합하기가 쉽다. 따라서 입자흡입의 위험을 증가시킨다. 함산소 연료첨가제 유형 (MTBE, 바이오 ETBE, 바이오 에탄올, 바이오 부탄올)에 기초하여, 본 논문은 가솔린 자동차 배출가스 및 미규제 물질, 나노입자 배출에 산소함량의 영향을 토론하였다. 또한, 본 논문은 두 가지 시험모드를 사용하여 배출가스 특성을 평가하였다. 시험모드는 FTP-75 및 HWFET 모드이었다. 전체 측정항목에서 배출가스 규제 값보다 적게 배출되고 있는 것을 볼 수 있었고, 산소함량이 증가하면서 측정항목에 따라 증감이 다름을 알 수 있었다.