• 한국토양비료학회지
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• 제47권3호
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• pp.155-164
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• 2014

Recently interest on production of biogas from biomass resources has increased because of climate change in worldwide. In this study, anaerobic digestion efficiency of 17 different types of agricultural waste was evaluated using biochemical methane production potential estimated from the International biochemical methane potential standard method (Germany VDI4630). As a result, theoretical biochemical methane potential ($B_{th}$) of agricultural waste biomass ranged from 0.266 to $0.488Nm^3kg^{-1}$-Volatile Solid $(VS)_{added}$. Ultimate biochemical methane potential ($B_u$) of agricultural waste biomass ranged between 0.176 and $0.417Nm^3kg^{-1}-VS_{added}$. The agricultural waste biomass anaerobic biodegradability with $B_u/B_{th}$ and VDI4630 determined by VS contents was 36.0~95.9% and 30.8~91.1%, respectively. Ultimate methane potential and anaerobic biodegradability given by the VS term showed more reasonable results.

• 공업화학
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• 제20권4호
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• pp.423-429
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• 2009

본 연구의 목적은 바이오가스를 이용하여 고농도 수소 생산과 CO 제거가 가능한 글라이딩아크 플라즈마 개질 시스템의 개발이다. 이를 위하여 수성가스 전이반응기는 수증기 주입량 변화,촉매층 온도 변화에 대하여, 선택적 산화반응기는 촉매층 온도변화, 공기주입량에 대하여 실험을 진행하였다. 기준조건은 S/C 비 3, 촉매층 온도 $700^{\circ}C$, 전체가스량 16 L/min, 입력전력 2.4 kW, 바이오가스 구성비($CH_4$ : $CO_2$ ) 6 : 4이다. 이때의 실험결과는 HTS의 최적조건은 S/C비 3, 반응온도 $500^{\circ}C$, LTS의 최적조건은 S/C 비 2.9, 반응온도 $300^{\circ}C$이다. 또한 PROX I단의 최적조건은 각각 공기유입량 300 mL/min, $190^{\circ}C$, PROX II단의 최적조건은 공기유입량 200 mL/min, $190^{\circ}C$을 나타내었다. 반응기를 모두 지난 후의 합성가스는 $H_2$ 수율 55%, $CH_4$ 전환율 97%, $CO_2$ 전환율 97%, CO 선택도는 0%로 바이오가스를 개질하여 생성된 합성가스는 높은 수율을 나타내며, CO 선택도는 0%를 나타내었다.

• 멤브레인
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• 제24권2호
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• pp.142-150
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• 2014

본 연구는 축산분뇨 처리장(바이오가스 플랜트) 액비의 고도처리에 적합한 공정을 도출하기 위한 기초 연구이다. 액비를 고도처리하기 위하여 나노여과 및 역삼투(reverse osmosis) 공정을 각각 사용하였고, 전처리공정으로서 담체를 첨가하지 않은 MBR과 담체를 첨가한 MBR을 각각 적용하여 비교하였다. 액비의 질소는 주로 암모니아성 질소의 형태로 존재하였다. MBR의 운전에서 담체(biomedia) 유무에 따른 COD, T-N 및 T-P의 제거효율에서 큰 차이는 없었으나, 담체를 첨가한 MBR의 TMP는 담체를 첨가하지 않은 MBR에 비해 매우 서서히 증가하였다. 전처리 공정으로 담체를 첨가한 MBR 공정을 사용한 경우, NF에 의한 COD, T-N 및 T-P의 제거효율은 각각 99.8, 86.5% 및 99.8%이었으며, RO에 의한 제거효율은 각각 99.9, 86.8% 및 99.9%이었다. MBR과 NF/RO 공정을 이용하여 처리한 액비의 최종 수질은 분뇨처리장 방류수 수질기준과 비교하였을 때, COD와 T-P는 방류수 수질기준을 만족하였으나, T-N은 수질기준에 부적합하였다. 따라서 T-N에 대한 방류수 기준을 만족시키기 위해서는 MBR 조업 cycle의 조정 또는 나노여과/역삼투에 의한 2차 재처리 등의 개선이 필요한 것으로 판단된다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제29권4호
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• pp.638-652
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• 2012

본 연구는 바이오매스에 기인한 에너지와 관련하여, 첨부된 문헌에 의하여 작성되었으며, 바이오에탄올, 바이오디젤 및 바이오가스에 대하여 본 논문을 작성하게 된 배경, 제조공정, 각국의 생산량, 시장현황, 규격 및 정책을 다루었다. 이 논문은 바이오 에너지와 관련하여 전반적인 지식과 장차 바람직한 방향을 모색하는 데에 도움을 줄 것이다. 바이오에너지는 신재생에너지로서 유용한 에너지이며, 다각도로 활용 방안을 모색하여야 한다. 결론에 현재의 상황을 고려하여 몇가지 방향을 제시하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제17권8호
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• pp.5-15
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• 2016

국내 하수처리장의 증가 및 방류수 수질기준 강화 등에 따라 하수 슬러지의 발생량은 지속적으로 증가하는 추세이다. 기존 하수 슬러지는 소각과 해양배출 등으로 처리하였지만, 대기오염과 해양배출 금지 등에 따라 최근에는 자원화 또는 에너지화 방법 등을 연구하고 있다. 그러나 전반적인 기술의 수준 및 적용기술에 대한 체계적인 분석 등이 부족하여 관련 기술에 대한 향후 분석이 필요한 실정이다. 본 논문은 슬러지 처리기술, 고체연료화 및 바이오가스 증산 활용기술을 대상으로 관련 특허, 논문 동향을 조사하였다. 또한, 국내 외 연구개발 추이를 분야별 5개 국가별(한국, 일본, 중국, 미국, 유럽)로 조사 및 분석하였다. 향후 슬러지의 효과적 처리를 위해 필요한 기술 분야를 제시하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제44권5호
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• pp.903-915
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• 2011

최근 농산 바이오매스를 이용한 혐기적 메탄생산은 가장 실질적인 바이오 에너지 생산 방법으로 주목받고 있다. 그러나 국내의 경우 폐기물 처리 측면에서 가축분뇨, 음식물쓰레기, 하수슬러지에 대한 혐기소화 연구가 주를 이루고 있으며, 농업생산과정에서 발생하는 각종 농산 바이오매스에 대한 혐기소화 연구는 매우 미흡한 실정이다. 특히 국내에서 농산 바이오매스의 혐기적 매탄 생산 퍼텐셜은 측정 방법이 표준화되어 있지 않아 다양한 연구자들의 연구결과를 비교 활용하는데 어려움이 있어 왔다. 외국의 경우 독일은 VDI 4630, 미국은 ASTM E2170-01을 혐기적메탄 생산 퍼텐셜 및 유기물 분해율 분석의 표준분석 방법으로 활용하고 있다. 따라서 독일과 미국의 메탄생산 퍼텐셜 분석법을 비교 검토하여 메탄 생산 퍼텐셜을 정의하고, 분석방법, 영향인자, 기술적인 계산 방법등을 고찰하였다. 한편 국내외 농산 바이오매스의 메탄 생산 퍼텐셜 측정 현황을 살펴보고자, 국내의 경우에는 1980년대에 실시되었던 볏짚 등의 18종의 농산 바이오매스와 식품산업부산물 등의 연구 자료를 조사하였으며, 국외는 43개 농산바이오매스에 대하여 곡류, 채소류, 특용작물, 과수, 기타작물로 분류하고, 사료작물인 사탕수수, 사탕무, 옥수수 등은 에너지 작물로 분류하여 216건의 메탄 생산 퍼텐셜에 대한 연구자료를 조사하였다.

• 유기물자원화
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• 제29권4호
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• pp.55-65
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• 2021

본 연구는 독일 유기물분해율 표준시험법인 VDI4630 시험을 통해 메탄 생성 및 유기물의 분해율을 조사하였으며 시험을 위해 농업 분야의 11개의 폐기물 바이오매스를 공시재료로 선택하여 시험하였다. 본 연구의 목적은 초기에 빠르게 분해되는 생분해성 유기물과 이후 천천히 지속적으로 분해되는 유기물의 비율을 계산하기 위해 Double first-order kinetics 모델을 이용하여 유기물의 분포를 추정하고자 하였다. 그 결과로 본 연구에 적용된 모든 바이오매스는 초기 단계에서 빠른 분해를 보이다가 이후 분해 속도가 일정 시간 느려지기 시작하여 초기 분해 속도보다 10배 이상 느려지는 결과를 보였다. 이러한 분해율 변화 경향은 바이오매스 분해의 전형적인 형태이며 쉽게 분해되는 인자(k₁)는 채소 작물에서 0.097~0.152 day^-1 범위였고, 분해에 저항성을 가지는 인자(k₂)는 0.002~0.024 day^-1 사이에 위치하였다. 유기물 분해율이 높을수록 k₁ 상수 값이 더 크게 나타났으나 (0.152, 0.144day^-1) 오이와 파프리카 열매와 같이 표면에 왁스층이 존재하는 부산물은 k₁ 값이 오히려 줄기보다 낮았고 (0.002, 0.005day^-1), 무와 귤껍질도 k₁ 각각 0.097과 0.094 day^-1로 낮은 분해율과 k₁ 값을 보여 유기물의 분해율은 이분해성 유기물 분해 상수인 k₁ 값에 크게 영향을 미치는 것으로 분석되었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제48권5호
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• pp.542-548
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• 2015

This study investigated methane productions and a degradation rate of organic matters by German standard method, VDI4630 test. In this study, 4 livestock byproducts from livestock farm were selected for the investigation. The objective of this study was to estimate a distribution of organic matters by using the double first-order kinetics model in order to calculate the rate of biodegradable organic matters which degrade rapidly in the initial stage and the persistently biodegradable organic matters which degrade slowly later. As a result, all the byproducts applied in this study showed rapid decomposition in the initial stage. Then the decomposition rate began to slow down for a certain period and the rate became 5 times slower than the initial decomposition rate. This trend of decomposition rate changes is typical conditions of organic matter decompositions. The easily degradable factors ($k_1$) ranged between $0.145{\sim}0.257day^{-1}$ and persistent degradable factors ($k_2$) were $0.027{\sim}0.080day^{-1}$. Among these results, greater organic matter decomposition rates from VDI4630 had greater $k_1$ values (0.257, $0.211day^{-1}$) and smaller $k_2$ values (0.027, $0.030day^{-1}$) for dairy wastewater and forage byproduct, respectively.

• 유기물자원화
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• 제29권4호
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• pp.67-76
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• 2021

바이오가스화는 유기성폐기물을 안정적으로 분해하여 처리하는 과정에서 발생하는 메탄(CH₄)가스를 이용해 환경친화적인 연료를 생산하는 기술이다. 바이오가스화는 수분함량이 높은 유기성폐기물의 에너지화에 가장 많이 활용되는 방법이며, 직매립(2005) 및 해양투기(2013) 등의 금지에 따른 유기성폐기물 처리에 유용한 공법이다. 최근 국내에서 발병한 아프리카돼지열병(ASF, African Swine Fever)으로 습식사료화 재활용이 금지되고, 건조 사료화 및 퇴비화 등의 생산제품 수요처가 부정적으로 인식되면서 음식물류폐기물의 처리에 어려움을 겪고 있다. 이에, 음식물류폐기물의 처리 및 자원화를 위해 바이오가스화가 더욱 주목받고 있다. 우리나라 에너지소비 규모는 268.41 10⁶toe에 이르며 세계 9위 수준이다. 하지만 공급에너지의 약 95.8 %를 해외수입에 의존하고 있는 에너지 빈곤 국가이다. 따라서 국내에서는 신·재생에너지 공급의무화제도(RPS, Renewable energy portfolio standard)를 도입하고 있다. 국내의 RPS 제도는 다른 신재생에너지와 비교하여 폐기물에너지의 신·재생에너지 공급인증서(REC, Renewable energy certificate)의 가중치를 낮게 설정하고 있다. 따라서 폐자원에너지의 활성화를 위한 추가적 인센티브 제도가 요구된다. 본 연구에서는 음식물류폐기물, 음폐수 및 다양한 유기성폐기물이 처리되는 혐기소화조의 운영방식을 알아보고, 일정 기간의 정밀모니터링을 통해 폐자원에너지 인센티브제도를 마련하는 기초자료로써 활용하고자 하였다. 유기성 폐기물로 바이오가스를 생산하여 발전과 중질가스로 활용하는 4개소를 대상시설로 선정하였고, 현장조사 및 시료채취를 실시하였다. 채취된 유기성폐기물의 유입물 시료와 처리공정에 따른 유출물 시료의 기초 성상분석을 수행하였다. 성상분석 결과, 소화조 유입물의 총 고형물은 평 균 12.11 %이며, 총 고형물 중 휘발성 고형물은 85.86 %로 확인되었다. BOD와 CODcr 제거율은 소화조의 유입·유출 대비 각각 60.8 %와 64.8 %로 나타났으며, 유입물의 휘발성지방산은 평균 55,716 mg/L로 나타났으며, 혐기소화 후 감소율이 평균 92.3 %로 대부분 분해되어 제거된 것을 확인할 수 있다.

• 유기물자원화
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• 제25권4호
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• pp.31-39
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• 2017

2013년 7월~8월 동안 전국 가축분뇨 공동자원화센터 및 액비유통센터 중 180개소에서 생산된 액비를 수집하였으며, 기계적 부숙도 측정기를 통하여 액비의 부숙도 판정을 수행하였다. 본 연구에서는 수집된 180개의 액비 중에서 부숙으로 판정된 46개의 샘플을 이용하여 비효성분 (질소, 인, 칼륨) 및 이화학적 성상과 중금속 함량에 대하여 조사하였다. 조사대상 액비는 경기도 7점, 충청북도 3점, 충청남도 2점, 전라북도 13점, 전라남도 5점, 경상북도 3점, 경상남도 11점, 대전광역시 1점, 제주도 1점으로 전체 46점의 부숙 액비를 이용하였으며 부숙액비의 이화학적 성상 평균은 pH 8.0, EC 11.6 mS/cm, SS 5,188 mg/L, TKN 847 mg/L, ${{NH_4}^+}-N$ 317 mg/L, ${{NO_3}^-}-N$ 170 mg/L, Org-N 360 mg/L, TP 193 mg/L, TK 2,557 mg/L, NPK 성분 합계량은 3,596 mg/L로 조사되었다. NPK 성분 합계량의 경우 1,000~2,000 mg/L에서 2점 (4%), 2,000~3,000 mg/L에서 17점 (37%), 3,000~4,000 mg/L에서 11점 (24%), 4,000 mg/L 이상의 범위에서 16점 (35%)으로서 부숙 액비의 41%가 비료공정규격 (가축분뇨발효액)의 기준(NPK 성분 합계량 0.3%)에 미달하는 것으로 나타났으며, 성분의 대부분이 칼륨농도에 기인하는 저질소 저인산의 불균일한 비효성분 특성을 확인할 수 있었다. 부숙 액비의 중금속함량 평균은 As 불검출, Cd 0.01 mg/kg, Hg 불검출, Pb 0.02 mg/kg, Cr 0.14 mg/kg, Cu 6.89 mg/kg, Ni 0.44 mg/kg, Zn 20.70 mg/kg로 나타났으며, 모든 항목에서 비료공정규격의 기준을 만족하여 안전한 수준인 것으로 판단되었다.