• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.27 no.2
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• pp.57-66
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• 2019

This study carried out on-site investigation and precision monitoring to prepare proper design and operation technical guidelines for the use of bio gas in organic waste resources (fertilizing urine, food waste, food waste, food waste, etc.). According to the government's mid- and long-term policy on bio gasification, the expansion of waste resources is actively being pushed forward. However, facilities that use the biogas produced for urban gas and transportation are still under-efficient. Precision monitoring was carried out for biogasification facilities of organic waste resources in seven locations nationwide. When the results of precision monitoring were summarized with the four-season average, the efficiency analysis of each organic waste resource showed that the organic breakdown rate was 66.3% on average on VS basis. Analysis of biogas characteristics before and after pretreatment revealed that the $H_2S$ average of the entire facility was measured at 949.7 ppm using iron salts and desulfurization (dry, wet) and that the quality refining facility shearing and rear end was 29.0 ppm and 0.3 ppm. The methane content was found to be reduced by 65.6% at the rear of the fire tank, 63.5% at the back and 97.5% at the rear.

• Journal of the Korean Institute of Gas
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• v.15 no.5
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• pp.25-30
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• 2011

Biogas obtained from the biodegradable organic wastes in an anaerobic digester consists of $CH_4$ and inert gases such as $CO_2$ and $N_2$. Since the composition of biogas varies by anaerobic digester conditions and the origin of wastes, it is necessary to respond to these variations so as to make stable combustion and accomplish high efficiency when it is used as a fuel for power generating SI engines. In this study, efforts have been made to investigate the effect of changes in the calorific values of biogas on the engine performance and exhaust characteristics. The biogas was simulated by supplying of $CH_4$ with $N_2$ dilution of various ratios, and ECM was developed to achieve accurate control of ignition and combustion. The results show that as the $CH_4$ concentration of the biogas decreases, the optimal spark timing is advanced due to the elevated thermal capacity and lowered $O_2$ concentration of the in-cylinder charge. Furthermore, since combustion temperature was reduced by increased inert gas, $NO_x$ emissions decreased, whereas THC emissions increased.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.513-513
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• 2009

최근 바이오디젤의 원료로 미세조류가 많은 관심을 끌고 있다. 미세조류는 물, 이산화탄소와 태양광을 이용해 광합성 성장이 가능하며, 지질(오일) 성분이 풍부하여 바이오디젤의 원료로 이용할 수 있다. 미세조류는 단위 면적당 오일 생산량이 곡물류의 50-100배 이상이며, 이산화탄소를 기질로 이용하므로 온실가스 직접 저감이 가능하다. 또한 배양시 비경작지나 황무지를 사용할 수 있으므로 기존 식용작물과 경쟁하지 않으며, 하수, 해수, 폐수 등 다양한 물자원을 이용할 수 있다. 본 연구에서는 고농도 $CO_2$에 내성을 지닌 Chlorella sp. KR-1을 대상으로 1 L 규모 기포탑 광생물반응기에서 균체 성장 및 지질(바이오오일) 합성에 대한 $CO_2$ 농도, 가스 공급속도, 질산염 농도 등 환경 및 영향 조건의 영향을 조사하였다. 가스 공급속도 0.4 L/min에서 $CO_2$ 농도를 0.03-20% 범위에서 조사하였을 때 최대 균체성장은 $CO_2$ 10%에서 관찰되었다. 균체내 지방산 함량은 $CO_2$ 농도 0.03%에서 가장 낮았고, 5-20% 범위에서는 $CO_2$ 농도 증가에 따라 감소하는 경향이 관찰되었다. 가스 공급속도를 0.2 L/min에서 0.8 L/min으로 증가시켰을 때 최대 균체농도는 0.6-0.8 L/min의 범위에서 관찰되었고, 생체내 최대 지방산 함량은 0.4 L/min에서 관찰되었다. Nitrate 농도 1-20 mM 범위에서 최종 균체농도는 nitrate 농도 증가에 따라 10mM까지 증가하였으나 그 이상에서는 증가하지 않았다. 반면 지방산 함량은 nitrate 농도 증가에 따라 감소하는 경향이 관찰되었다. 본 실험에서 얻은 최대 지방산 생산량은 1,100 mg/L이었으며, 주요 지방산은 C10:0(1.7%), C16:0(28.5%), C18:0(11%), C18:1n9c(25.9%), C18:2n6c(26.3%), C18:3n3(6.6%)이었다. 현재 100 L 규모 광생물반응기에서 석탄발전소 배가스($CO_2$ 12-15%, SOx 50ppm, NOx 100ppm)를 이용한 바이오오일 생산 실험이 진행 중이다.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.32 no.4
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• pp.767-780
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• 2015

Transport biofuels produced from biomass can be substituted for petroleum fuels due to GHG reduction, sustainability and environmental friendly. Mandates and targets of biofuels are announced in the European union, United states and other countries worldwide and promoted by the government policies. This paper reviewed current status of the national biofuels policies and fuel specifications in transport sector. EU biofuels policy shifted and GHG emission reduction became the main focus of the policy. There are specification requirements for biofuels in the U.S. under the RFS2, but there are other polices as well that serve to promote the uptake of biofuels both at the federal and state level. Korea government has allowed 2.3% oxygen in gasoline to come from oxygenates, increased the biodiesel blend mandate from B2 to B2.5 effective from Jul. 31, 2015.

• Korean Journal of Environmental Agriculture
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• v.30 no.1
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• pp.31-36
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• 2011

BACKGROUND: Disposal of slurry animal manure produced by an anaerobic slurry-type barn method is not easy since the animal slurry contain high moisture content which makes solid-liquid separation a difficult process. However, recently, the interest about anaerobic digestion process as an environment-friendly waste disposal method has gained a wide interest because it can treat highly organic matter contained by the piggery slurry, decrease the odor after treatment, and enable the effective recovery of the methane gas which is a valuable energy resource. The objectives of this study were to identify the solubilization characteristics and to improve the anaerobic digestion efficiency of piggery slurry through full-scale anaerobic digestion experiments. METHODS AND RESULTS: In a full-scale continuous anaerobic digestion operation, the adaptability of single anaerobic digestion and its digestion efficiency were also evaluated in the farm field. The actual pH range and alkalinity concentration of piggery slurry used during the operation were comparatively higher than the concentrations of pH and alkalinity in the digestion tank which were stable at 7.5~8.0, 4,008 mg/L (as$CaCO_3$), respectively. The removal efficiency of organic matter (TCOD) by anaerobic digestion was 75~90% and methane gas production amount was at 0.33 L/L/day, a little higher than that of ordinary animal manure. CONCLUSION(s): Our findings showed higher recovery of highly purified methane and greater efficiency of anaerobic tank digestion since its methane gas content was at 65~70%.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.176.1-176.1
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• 2011

세계적으로 석유 기반 자원의 고갈에 따른 부족, 기후변화협약 및 환경규제 강화에 의해 세계적으로 바이오소재를 이용하고자 하는 연구와 더불어 유리강화복합재료의 대체물질로 적합한 천연섬유를 보강재로 사용하는 바이오복합재료의 연구 또한 활발하게 진행되고 있다. 최근 새로운 신재생에너지원으로 각광 받고 있는 바이오에너지 중 해조류는 가장 자연친화적이고 생산력이 뛰어난 바이오매스로 알려져 있다. 해조류는 바닷물 속에 녹아 있는 탄소를 흡수할 뿐만 아니라 광합성을 통해서도 탄소를 흡수하면서 성장하기 때문에 탄소흡수원의 역할을 하게 되며, 해조류 바이오에너지를 생산할 경우 화석연료를 대체하여 지구온난화의 주범인 온실가스를 감축하는 기능을 한다. 본 연구에서는 해조류를 이용한 바이오에너지 생산 공정에서 2차적으로 발생하는 부산물을 보강재로 사용한 바이오복합재료의 제조와 제조된 바이오복합재료의 열적 특성 및 동역학적 특성을 분석하였다. 해조류 부산물의 화학적 전처리에 따른 Thermogravimetric analysis(TGA) 분석 결과로 cellulose 함량이 가장 높고 불순물이 적은 황산 처리한 파래를 이용해 파래/Polypropylene(PP) 바이오복합재료를 다양한 보강비율 (20-50wt%)로 압축성형 하였다. 파래/PP 바이오복합재료의 저장탄성률은 파래 함량이 40wt%일 때 4.0 Gpa으로 최대값을 보였으며 이는 PP 매트릭스와 비교했을 때 약 8.1% 향상된 결과이다. 파래/PP 바이오보합재료의 열팽창 특성은 파래 함량이 증가함에 따라 열팽창계수가 낮아지는 경향으로 50wt%일 때 가장 낮은 값을 나타내었으며 이는 PP 매트릭스와 비교했을 때 약 56% 향상된 결과이다. 따라서 비생분해성 고분자에 새로운 신재생 바이오매스인 해조류를 보강재로 사용하여 열적 특성 및 동역학적 특성이 향상된 친환경적인 바이오복합재료의 제조 가능성을 확인하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.245-245
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• 2010

우리나라 생활폐기물 중 음식물쓰레기는 가장 많은 부분을 차지하고 있다. 또한, 음식물쓰레기에서 발생되는 음폐수의 발생량은 8,926톤/일에 달하고 있지만, 이 중 극히 일부만이 하수처리장 등에서 병합 처리되고 있고 대부분은 해양 투기되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 독일 GBU사로부터 중온/습식/이상 혐기성 소화 기술을 도입하여 HADS Pilot Plant를 설치하였고, 2008년 3월부터 국내 음폐수 및 음식물쓰레기에 적합한 최적의 운전기술을 확보하기 위한 Pilot Test를 실시하였다. 본 실험에 사용된 HADS Pilot Plant는 산발효조($6m^3$), 메탄발효조($50m^3$), 안정화조/가스저장조($40m^3$)그리고 가스 소각기로 구성되어 있다. 그리고 적용 음폐수 및 음식물쓰레기는 경기도 Y군에 위치한 사료화 시설에 반입되는 것을 이용하였는데 음폐수는 평균 TS 13.5%, VS 80%, pH $3.7{\pm}0.2$의 성상을 나타내었다. 이를 이용해 계단식으로 유기물 부하를 증가시키면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하며 중온 상태에서 혐기성 소화를 실시한 결과, $0.8Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수 및 85%의 VS 감량이 가능함을 확인하였다. 그리고 음식물쓰레기는 음폐수와 달리 1차 파쇄/선별기 및 배관상에 설치되는 2차 미세파쇄/선별기를 통한 전처리를 실시하였고, 1차 파쇄/선별 후 평균적으로 TS가 17.4%, VS는 81%, pH는 $3.85{\pm}0.2$의 성상을 나타내는 음식물쓰레기를 2차 미세파쇄/선별기를 거쳐 Pilot Plant의 산발효조에 투입하여 중온상태에서 혐기성 소화를 실시하였다. 음폐수 적용시와 마찬가지로 계단식으로 유기물 부하를 증량하면서 $4kgVS/m^3/d$까지 적용하여 운전하였고, 그 결과 약 $0.9{\sim}1.2Nm^3/kgVS_{rem}/d$의 바이오가스 회수와 85~87%의 VS 감량 효율을 확인하였다. 음폐수와 음식물쓰레기의 혐기성 소화 실험 결과, 제거된 VS량을 기준으로 보았을 때, 음식물쓰레기에서 더 많은 바이오가스 발생하였는데 이는 음식물쓰레기에 존재하는 고형물이 미생물들의 서식 공간으로 활용됨에 따라 혐기성 소화 과정에서 일어나는 혼합 발효 및 공영양 대사가 음폐수 대비 좀 더 수월하게 일어날 수 있게 된 데에 따른 결과라고 생각된다. 당사의 HADS Pilot Plant test에서는 계단식의 순차적인 유기물 부하 증량과 총VFA/총 알카리도 비율을 0.3~0.4 수준이하로 유지하며 운전함에 따라 음폐수와 음식물 모두에서 안정적으로 $4kgVS/m^3/d$까지의 유기물 부하 적용이 가능하였다. 또한, 생산된 바이오가스 내 메탄의 함량은 60~65%를 유지하였으며, 메탄발효조의 pH는 별도의 조절이 없이도 운전기간 동안 평균 7.8~7.9 수준을 유지하였다. 이처럼 pH 3.7~3.8의 음폐수 또는 음식물쓰레기의 투입에도 안정적인 완충능력을 보여준 것은 소화조 내에서 기질로부터 분해되어져 나오는 암모니아와 이산화탄소가 강력한 버퍼 시스템을 구축하고 있음에 따른 결과로 사료된다. 그리고 음폐수와 음식물쓰레기의 경우 모두 85%이상의 높은 VS 제거율을 보여주었는데 이는 당사의 HADS Pilot Plant 소화조의 구조가 내통과 외통으로 구분되어져 있음에 따라 plug flow + CSTR의 특징을 가짐에 따른 결과로 판단된다. 상기한 결과를 바탕으로 향후에는 $5kgVS/m^3/d$ 수준의 유기물 부하 적용운전도 계획하고 있다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• v.34 no.6
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• pp.36-43
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• 2006

Using fluidized bed type fast pyrolysis system (capacity 400 g/h) bio-oils were produced from beech (Fagus sylvatica) and softwood mixture (spruce and larch, 50:50). The pyrolysis was performed for 1~2 s at the temperature of $470{\pm}5^{\circ}C$. Pyrolysis products consisted of liquid form of bio-oil, char and gases. In beech wood bio-oil was formed to ca. 60% based on dry biomass weight and the yield of bio-oil was 49% in soft wood mixture. The moisture contents in both bio-oils were ranged between 17% and 22% and the bio-oil's density was measured to $1.2kg/{\ell}$. Bio-oils were composed of 45% carbon, 47% oxygen, 7% hydrogen and lower than 1% nitrogen,which was very similar to those of original biomass. In comparison with oils from fossil resources, oxygen content was very high in bio-oils, while no sulfur was found. More than 90 low molecular weight components, classified to aromatic and non aromatic compounds, were identified in bio-oils by gas chromatographic analysis, which amounted to 31~33% based on the dry weight of bio-oils.

• Resources Recycling
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• v.26 no.1
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• pp.59-68
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• 2017

This study has been conducted to evaluate the effects of a single stage anaerobic co-biogasification of food waste and primary sewage sludge mixture (1 : 5 V/V%) according to mixing ratio (0% : CAP0, 0.5% : CAP0.5, 1%: CAP1.0) in red pepper powder, which was reported as the material anti-bacterial and anti-fungi, under mesophilic condition ($35^{\circ}C$). during 31 days. It showed that red pepper powder effected anaerobic bacteria, Especially, Hydrolytic bacteria and methanogenic bacteria was inhibited much more than Acetogenic bacteria with red pepper powder. at CAP0, Experimental cumulative methane yield (ECMY) and Experimental bio-energy production (EBEP) were 0.17 L $CH_4/g$ $VS_{fed}$ and 1,465 cal/g $VS_{fed}$ individually as the highest value during 31 days.

• Clean Technology
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• v.16 no.1
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• pp.51-58
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• 2010

Methane was produced from the anaerobic digestion of marine macro-algae. Elemental analysis was first performed to estimate the theoretical methane production of three macro-algae (Undaria pinnatifida, Laminaria japonica, Hizikia fusiformis). Three algae were found to contain C 34 ~ 36%, H 5%, O 37 ~ 43%, N 2 ~ 4%, S 0.4 ~ 0.7%, and ash 14~21%, and the theoretical methane content was in the range of 56 ~ 60%, which can produce 442 ~ 568 mL $CH_4$ per g of volatile solid (VS). Using the biological methane potential (BMP) test, we found that L. japonica resulted in the highest yield of methane (52%). Moreover, various operational conditions, such as algae amount, pH, salinity, particle size, and pre-treatment, were investigated in order to find an optimal condition of anaerobic digestion. At pH 8.0, the autoclaved L. japonica (5g VS/200 mL), when used without washing salt, produced 268.5 mL/g VS which is 65% of the theoretical methane productions. Furthermore, using a CSTR (with the working volume of 7 L out of the total volume of 10 L), we have successfully operated the reactor for 65 days and obtained maximum methane production rate of 1.4 L/day with purity of 70%.