• 유기물자원화
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• 제28권4호
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• pp.23-33
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• 2020

해조류는 분해에 어려움이 없고 부산물 역시 사료와 비료 등으로 이용이 가능해 에너지로의 전환율이 높으며 성장과정에서의 탄소 흡수능력과 원료 생산에 특별한 비용이 들지 않고 빠른 생장속도와 넓은 재배 면적으로 이용가치가 높은 바이오매스로 볼 수 있다. 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있어 해조류 양식 발달 되어 왔으며, 2018년 기준 해조류 생산량은 총 1,722,486ton이며 이중 96% 이상을 차지하는 다시마(Saccharina japonica), 김(Porphyra tenera), 미역(Undaria pinnatifida)은 제품화 되는 과정에서 많은 양이 부산물로 발생하고 있다. 본 연구에서는 해조류 부산물의 혐기소화를 위하여 다시마, 미역, 김의 이화학적 성상을 분석하였으며, 이론적 메탄퍼텐셜과 생물화학적 메탄퍼텐셜(BMP)을 분석하여 혐기적 메탄생산 수율을 파악하였다. 다시마, 미역, 김의 이론적 메탄퍼텐셜은 0.393, 0.373, 0.435 N㎥/kg-VS로 나타났으며, 회분식 혐기반응기를 이용한 생물화학적 메탄생산퍼텐셜을 Modified gompertz model로 분석한 결과 0.226, 0.227, 0.241 N㎥/kg-VS로 산출되었으며, Parallel first order kinetics model로 분석한 결과 0.220, 0.243, 0.240 N㎥/kg-VS로 산출되었다.

• 멤브레인
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• 제32권2호
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• pp.140-149
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• 2022

본 연구에서는 폴리술폰 분리막을 이용한 바이오가스 정제 공정으로 고선택성 소재를 이용한 2단 공정의 높은 회수율 및 경제성과 동등한 수준의 회수율을 확보하기 위해 저온 고압의 분리막 공정을 설계하고 평가하였다. 폴리술폰 고분자를 4성분계 도프를 이용하여 비용매 유도 상전이법으로 중공사 분리막을 제조하였다. 기체 분리용 중공사 분리막은 1.6 m²의 유효 막면적을 갖는 샘플을 제조하여 상온 및 저온에서 기체 투과 특성을 평가하였다. 제조된 기체분리막 모듈의 온도에 따른 기체 투과 특성을 분석하기 위하여 온도별 단일 기체 투과도를 평가한 결과 이산화탄소와 메탄 투과도는 20℃에서 각각 412, 12.7 GPU이며, -20℃에서는 각각 280, 3.6 GPU로써 이상 선택도는 32.4에서 77.8로 향상되었다. 단일 기체 투과 테스트 후 혼합 기체에 대한 분리 테스트를 진행하였으며, 모듈 1단 구성 및 2단 구성(막 면적비 1:1, 1:2, 1:3)을 통하여 투과 거동을 살펴보았다. 1단 구성에서는 stage-cut이 상승함에 따라 메탄의 농도가 상승하지만, 반대로 회수율은 떨어지는 결과를 나타내었다. 2단 구성 테스트에서는 메탄 농도 97% 기준에서 막 면적비 1:1보다 1:3이 메탄의 회수율이 더 높게 측정되었으며, 공급 기체의 온도가 낮을수록 메탄의 회수율이 높아짐을 확인하였고, 최종적으로 폴리술폰 2단 공정에서 메탄 농도 97%, 회수율 97%의 결과를 달성하였다.

• 유기물자원화
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• 제24권2호
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• pp.51-58
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• 2016

일체형 2상 혐기성소화 방식은 기존 분리형 2상 혐기성소화의 단점을 보완할 수 있는 기술로 산발효조와 메탄발효조가 병합된 형태의 일체형으로 구성되어 유기물 부하변동 대처 용이, 설치부지면적 감소 등의 이점이 있다. 본 연구는 음폐수를 기질로 일체형 2상 혐기성소화의 유기물 분해효율 및 바이오가스 생산량 등에 대한 실험을 실시하여 기존 분리형 2상 혐기성소화와의 효율 비교를 통해 대규모 플랜트 설치의 타당성 여부를 검토하였다. 5ton/일 규모의 Pilot Plant를 구성하여 약 130일 간 소화조 내 유기물 변화, 바이오가스 생산량 및 메탄함량 등의 실험을 실시하였다. 실험 결과, 평균 음폐수 투입량은 $4.1m^3$/일이었으며, 이때 VS 제거효율은 약 77%로 나타났다. 바이오가스는 평균적으로 투입 음폐수 ton당 약 $63.0m^3$($0.724m^3/kg-VS_{added}$)가 발생되었으며, 메탄함량은 약 61.3%로 분석되었다. 일체형 2상 혐기성소화는 기존 산발효조와 메탄발효조가 분리된 소화방식과 유기물 제거 측면에서 다소 높게 나타났다. 결과적으로 일체형 2상 혐기성소화 방식은 충분히 고농도 유기성 폐수인 음폐수 처리에 있어서 상용화가 가능하다는 결론을 내릴 수 있었다.

• 신재생에너지
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• 제17권1호
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• pp.40-49
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• 2021

In this study, the optical properties, heat transfer capabilities and chemical reaction performance of a methane thermal decomposition reactor using solar heat as a heat source were numerically analyzed on the basis of the cavity shape. The optical properties were analyzed using TracePro, a Monte Carlo ray tracing-based program, and the heat transfer analysis was performed using Fluent, a CFD program. An indirect heating tubular reactor was rotated at a constant speed to prevent damage by the heat source in the solar furnace. The inside of the reactor was filled with a porous catalyst for methane decomposition, and the outside was insulated to reduce heat loss. The performance of the reactor, based on cavity shape, was calculated when solar heat was concentrated on the reactor surface and methane was supplied into the reactor in an environment with a solar irradiance of 700 W/㎡, a wind speed of 1 m/s, and an outdoor temperature of 25℃. Thus, it was confirmed that the heat loss of the full-cavity model decreased to 13% and the methane conversion rate increased by 33.5% when compared to the semi-cavity model.

• 유기물자원화
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• 제24권1호
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• pp.21-29
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• 2016

혐기성 소화의 주요 조건 중 하나인 C/N비의 경우 하수슬러지는 5.40으로 낮게 나타난 반면 음폐수(Food waste leachate)는 21.84로 높게 나타났다. C/N비가 낮을 경우 혐기성소화의 저해 요인으로 작용될 수 있기 때문에 음폐수의 높은 유기물 농도 및 C/N 비를 활용하여 메탄가스 발생량 증가시킬 수 있었다. Tchobanoglous이 제안한 이론적 메탄가스 발생량 예측수식을 적용하여 메탄 및 바이오가스 발생량을 산정한 결과 하수슬러지 단일 혐기소화의 경우 $305.6mL{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$, $689.4mL{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$의 메탄, 바이오가스가 발생하였고 음폐수 : 하수슬러지를 1:9로 혼합한 시료는 약 $322mL{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$, 3:7시료에서는 약 $354mL{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$, 5:5시료에서는 약 $386mL{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$의 메탄가스가 발생하는 것으로 분석되었다. BMP 실험 결과 1:9, 3:7, 5:5 비율로 병합 처리한 경우 각각 약 233, 298, $344mL{\cdot}CH_4/g{\cdot}VS$의 메탄가스가 발생하였다. 따라서 음폐수의 혼합비율이 높아질수록 메탄가스 발생량은 증가하였고 하수슬러지와 음폐수의 혼합비율에 따른 병합처리 시 하수슬러지 단독처리에 비해 다량의 메탄가스가 발생되었다. BMP 실험을 통해 생산된 메탄가스의 누적생산 곡선을 Modified Gompertz model과 first order kinetic model에 적용하여 추정한 결과, 메탄생성량은 Modified Gompertz model에서는 238.5, 302.3, $353.6mL/g{\cdot}VS$ 발생하였고 first order kinetic model에서는 242.8, 312.5, $365.5mL/g{\cdot}VS$로 음폐수와의 혼합비율이 증가할수록 높게 나타났으며, 최대 메탄생성속도의 경우 3:7비율에서 $48.2mL/gVS{\cdot}day$로 최대 메탄생성 속도를 보였다. first order kinetic model의 1차 반응속도상수 k값은 1:9, 3:7, 5:5 비율에 따라 0.32, 0.22, $0.08day^{-1}$ 나타났다. 1차 반응속도 상수의 경우 음폐수의 혼합비율이 낮을수록 높게 나타났다. Modified Gompertz와 first order kinetic model 모두 실험결과를 잘 모사하였으며, 실험결과와 모의결과의 적합도를 나타내는 상관계수($R^2$)의 경우 0.92~0.98으로 높은 상관성을 나타내었다.

• 공업화학
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• 제23권2호
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• pp.228-231
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• 2012

본 연구에서는 혐기성 생물 반응조에서 35일 동안 배양된 하수슬러지와 판지슬러지를 혼합한 후, 초음파 파쇄기를 이용한 고농도 유기성 폐기물의 회분식 혐기 소화 공정에서 메탄 생산 특성이 고찰되었다. 초음파 파쇄기의 진폭이 높아질수록 Soluble Chemical Oxygen Demand (SCOD)가 증가함으로써 판지슬러지의 효과적 가용화가 이루어졌다. 또한, 메탄 생산성 향상을 위한 초음파 파쇄기의 최적 진폭이 $142.5\;{\mu}m$임을 구하였으며, 혐기소화 기간이 길러질수록 메탄 생산량은 증가하였다. 그리고, 바이오매스 변화(6000, 9000, 12000 mg/L)에 의한 혐기성 소화처리가 이루어졌을 때, 미생물 농도가 높아질수록 메탄 생산량이 모두 증가함을 알 수 있었다. 이러한 실험 결과들은 판지슬러지와 하수슬러지가 혼합된 고농도 유기성 폐기물의 혐기성 소화 공정에 의한 메탄 생산성을 향상시키는 자료로 활용될 수 있을 것이다.

• 유기물자원화
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• 제19권3호
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• pp.29-34
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• 2011

본 연구에서는 맥주 생산 공정에서 발생되는 고농도 유기성 폐수를 처리하는데 혐기성 필터를 사용하였다. 전체 운전 기간 동안, 메탄 생산과 맥주 폐액 처리가 효과적으로 이루어졌다. BOD, CODcr, SS, TN, TP의 평균 처리효율은 각각 61.4 %, 60.9 %, 31.4 % 70.7 %, 70.0 %를 나타내었다. 그리고, 전체가스 중 메탄 함량과 메탄 생산량은 각각 68. 8 %와 $0.08{\sim}0.77m^3CH_4/kgCOD$가 됨을 알 수 있었다. 이번 연구를 통하여 개발된 기술은 맥주 폐액 처리와 메탄 생산성 향상에 효과적인 방법으로서 실질적인 혐기 소화 처리로 사용될 수 있을 것이다.

• 청정기술
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• 제26권1호
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• pp.72-78
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• 2020

화석연료의 사용과 바이오가스 생산 과정에서 공기오염과 기후변화문제가 발생된다. 기후변화 주요 원인물질인 이산화탄소와 메탄을 양질의 에너지원으로 전환하는데 연구가 지속되고 있다. 본 연구에서는 바이오가스를 양질의 에너지로 전환하고 태양광과 풍력과 같은 연속생산의 문제가 있는 재생에너지와 연계된 태양연료를 생산하기 위해 플라즈마-탄화물 전환장치를 제안하였다. 그리고 이에 대한 가능성을 제시하기 위해 바이오가스 전환에 영향을 미치는 O₂/C비, 전체가스공급량, CO₂/CH₄공급비의 변화에 따른 전환 및 생성가스 특성 파악하였으며 그 결과는 다음과 같다. O₂/C비가 높아질수록 메탄과 이산화탄소의 전환이 증가하였다. 전체가스공급량은 임의 특정 값에서 최대의 전환을 보였다. CO₂/CH₄비 감소할 때 전환율이 증가되었다. 이상의 결과로 볼 때 본 연구에서 새로이 제안된 플라즈마 산화분해-탄화물 가스화 전환에 의한 태양연료 생산의 가능성이 확인되었다. 그리고 O₂/C비가 0.8이고 CO₂/CH₄를 0.67로 하여 전체가스공급량을 40 L min^-1 (VHSV = 1.37)로 공급할 경우 이산화탄소와 메탄 전환이 최대가 되어 생성가스 중 양질의 연료인 수소와 일산화탄소로의 전환이 최대를 보였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2008년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.251-255
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• 2008

Biogas plant was started in 2007 for the purpose of treatment of $20m^3$/d of wastewater from piggery farm, biogas-production and electricity generation during treatment of the wastewater. The biogas plant is consists of two anaerobic digesters, gas holder and 60 kWe generator. $62,287m^3$ of biogas was produced and 74,745kWh electricity was generated by using the biogas after commencing the biogas plant.

• 대한환경공학회지
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• 제34권12호
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• pp.840-846
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• 2012

현재 이산화탄소에 의한 지구기후변화는 세계적으로 논의되고 있다. 화석연료를 대신할 수 있는 청정 연료를 찾고 있다. 에너지 생산을 위한 지속가능한 바이오가스 사용은 이산화탄소 배출에 기여하지 않아 온난화가스를 줄이는데 높은 잠재력을 가지고 있다. 모사 바이오가스(메탄 : 이산화탄소 = 60% : 40%)를 이용한 높은 수소 합성가스 생산을 위한 촉매 수증기 개질연구를 하였다. 표면연소의 3D 적외선 매트릭스 버너에 바이오가스를 적용하였다. 개질기에는 Ru 촉매를 이용하였다. 변수별 연구로 수증기/탄소 비, 바이오가스 성분비, 공간속도, 개질기 온도를 진행하였다. 수증기/탄소 비, 바이오가스 성분비, 공간속도, 개질기 온도가 각각 3.25, 60% : 40%, $14.7L/g{\cdot}hr$, $550^{\circ}C$일 때, 수소 농도, 메탄 전환율이 최대값을 나타내었다. 위 조건에서 수소 수율, 수소/일산화탄소 비, 일산화탄소 선택도, 에너지 효율은 0.65, 2.14, 0.59, 51.29%를 나타내었다.