• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제46권1호
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• pp.48-59
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• 2018

본 연구는 커피 생산 폐기물인 커피박의 효율적인 처리 및 재자원화 방안의 일환으로 목분과 혼합하여 고체 바이오 연료인 펠릿을 제조하고자 수행하였다. 먼저 펠릿 제조에 사용된 커피박의 화학적 조성과 연료적 특성을 조사하여 커피박의 펠릿 원료화 가능성을 조사하였다. 또한 다양한 조건에서 낙엽송 목분과 함께 펠릿을 제조한 후, 최적 펠릿 제조조건을 제시하였다. 커피박은 전섬유소, 단백질, 지방/오일로 구성되었으며, 0.7% 정도의 회분을 함유하고 있었다. 회분에 대한 정성분석 결과, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 마그네슘 순으로 조사되었다. 커피박의 용이한 건조 특성으로 인한 낮은 함수율과 높은 발열량 그리고 커피박/낙엽송 펠릿의 연료적 특성(함수율, 회분 함량, 겉보기밀도, 내구성)이 국립산림과학원에서 고시한 목재펠릿 품질기준의 1급을 상회하여 커피박의 펠릿 원료화 가능성을 확인할 수 있었다. 그러나 원소분석 결과, 커피박의 높은 질소 및 유황 함량으로 고등급의 펠릿 제조용 원료보다는 $NO_x$ 및 $SO_x$를 효과적으로 제거할 수 있는 포집장치를 보유한 열병합발전소용 펠릿 원료로 적당할 것으로 생각한다. 그러나 커피박 및 낙엽송을 이용하여 1급 기준을 만족하는 펠릿을 제조하기 위하여 91 wt%의 낙엽송 목분과 9 wt%의 커피박이 필요할 것으로 추산된다. 이 조건에서 제조한 펠릿의 질소함량은 0.298% 그리고 유황 함량은 0.03%로 1급 기준을 만족하며 나머지 펠릿의 품질 항목에서도 모두 1급 기준을 상회할 것으로 예상된다. 마지막으로 커피박과 낙엽송의 구매가 및 각 등급의 목재펠릿 수요에 따라 펠릿 내의 커피박과 낙엽송 목분 양을 적절히 조절하여 펠릿을 제조할 경우, 생산비용의 절감 외에 폐기물의 이용에 따른 재자원화와 쓰레기 감량을 통한 환경부담 완화에도 일조할 것으로 생각한다.

• 유기물자원화
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• 제15권4호
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• pp.115-124
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• 2007

다량의 유기성 폐기물을 신속히 처리하기 위한 대용량의 반응조 개발이 이루어짐에 따라 대형 반응조 내부에서 재료물질 자체의 물리적 특성변화가 퇴비화에 미치는 영향을 파악하기 위한 연구가 시도되고 있다. 특히 좁은 공간에서 단위 면적당 처리량을 높일 수 있는 수직형 반응조에서는 재료가 갖는 자체적인 무게로 인한 침하 현상이 발생하여 퇴비화공정에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 수직형 퇴비화 반응조 내에서의 수직 높이구간별로 재료물질의 온도, 수분함량, 용적밀도, 고형물함량, 침하거리 등의 물리적 성상 변화를 측정하여 수직형 반응조에서의 침하현상에 의한 효과를 파악하고자 하였다. 이를 위하여 수직형 퇴비화 반응조를 제작하여 계분과 톱밥을 혼합한 퇴비화 재료를 투입한 후 일정한 공기 유량을 주입하면서 퇴비화기간 동안의 반응조 높이별 물리적 성상 변화를 측정 하였다. 실험결과, 각 높이구간별로 최대온도 이후의 온도 재상승에 의한 변동폭은 교반횟수가 증가함에 따라 감소하고 있으며, 각 수직 높이 구간별로는 수직높이가 높아질수록 온도상승폭이 증가하고 있다. 수분함량 변화는 하층부에서의 증발수분이 상층구간으로 이동하게 됨으로써 반응조 높이가 높아질수록 수분함량이 높아지는 결과가 나타났다. 용적밀도는 수분함량 변화와 유사한 경향을 나타내었으며, 수분함량과 용적밀도와는 2차식($R^2=0.94$)의 관계를 보이고 있다. 각 높이구간에서의 고형물 함량은 수직높이가 높아질수록 감소하는 것으로 나타났다. 이와 같은 수직형 반응조에서의 높이구간별 물리적 성상변화는 퇴비화 재료물질의 침하현상에 기인한 것으로 나타났으며, 퇴비화 재료물질의 침하거리를 시간에 따른 1차식($R^2=0.91$)으로 나타내면 Ls(침하거리, cm)=$2.184{\times}T$(시간, day)와 같은 관계식을 얻을 수 있었다. 이러한 수직형 반응조내 재료물질의 침하현상은 자유공기공극(FAS)을 폐쇄시키고 공기투과성(air permeability)을 감소시켜 국부적으로 공기흐름을 저해하거나 혐기성 상태를 유발시키는 원인이 된다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제21권2호
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• pp.78-86
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• 2017

본 논문은 전기로 산화슬래그 골재의 체적안정성 평가를 위해 전기로 산화슬래그 골재의 물리적 화학적 특성을 검토하고, 전기로 산화슬래그 골재의 체적안정성 실험을 진행하였다. 체적안정성을 검토하기 위하여 물리적 화학적 방법을 고안하여 실험을 진행하였다. 물리적 방법으로는 오토클레이브의 고온 고압을 이용하여 전기로 산화슬래그 골재의 체가름 변화를 확인하는 방법과 모르타르바를 제작하여 길이변화율에 따른 체적팽창성을 확인하였다. 화학적 방법으로는 Ethylene glycol 시험법을 이용하여 전기로 산화슬래그 골재의 free CaO 함량을 정량 평가하였다. 전기로 산화슬래그 골재의 free CaO 정량 평가 결과 0.5% 이하의 함량으로 나타났으며, 화학 분석 결과 KS F 4571의 CaO 40%이하로 확인 되었다. 전기로 산화슬래그의 free CaO가 소량 함유됨에 따라 건설재료로서의 가능성을 확인하였다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제8권1호
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• pp.25-32
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• 2013

본 연구는 건설 방수 분야에서의 효율적인 재생고무의 활용을 목적으로 개발된 고점착 시트 방수재를 대상으로 현장 적용 가능성 및 성능 검증을 통해 구조물에 적용 가능한 친환경 고기능 방수 기술로 제안하는 것을 목적으로 실시하였으며, 12개월간의 장기적 평가 결과, $0.3N/mm^2$의 정수압 및 측수압에 대해 안정된 방수성능을 확인하였으며, 흡수량 및 부착강도 역시 시일경과에 따라 미미한 변화(+0.05g, $-0.1Nmm^2$)를 보여 방수성능이 안정적으로 유지되고 있음을 확인하였다. 이는 고점착 유연한 재료 특성으로 장기적 부착력 및 수압에 대한 저항성 확보로 현장 적용시 안정적인 방수층 형성 및 유지가 가능할 것으로 판단되며, 상기 연구결과를 통해 재생고무의 건설 방수분야에서의 적용이 천연고무의 재활용 기술의 확대와 향후 적극적인 응용 연구를 통하여 건축 방수시장에서의 친환경 재료를 이용한 기술적 우위를 차지할 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제5권4호
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• pp.481-487
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• 2017

본 연구에서는 유기계 소재의 폴리우레탄 스펀지를 무기계 바인더 용액에 함침시킴으로써 유무기 하이브리드 구조의 흡음재를 개발하였다. 무기계 바인더 용액은 ${\alpha}$형 반수석고에 60%의 물과 경화 지연제, 유동화제, 아크릴 수지 등의 혼화 재료를 첨가하여 슬러리 용액으로 제조하였으며, 무기계 바인더 용액에 함침시킨 유기계 스펀지를 함침, 가압탈수, 건조시킴으로서 특성평가용 시료를 제작하였다. 개발 시료의 흡음률을 임피던스 관내법을 이용하여 시험 평가한 결과, NRC 흡음계수 값은 0.41로 기존에 시판되고 있는 흡음재들과 비교하여 2배 이상으로 우수한 흡음성능을 나타냈으며, 불연성능 시험평가 결과 준불연재료(2급) 기준을 만족함을 확인하였다. 또한 건축 내장재로서의 기초 시험평가 및 EL248. 규격에 따른 유해성분 시험평가를 통해 본 연구에서 개발한 유무기 하이브리드 소재가 흡음재뿐만 아니라 단열 및 보온재로서의 역할이 가능하며, 유해성 기준을 만족하는 친환경 건축소재로 활용 가능함을 확인하였다.

• 한국포장학회지
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• 제22권1호
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• pp.7-13
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• 2016

최근 식품이나 생활용품 등의 제조기술이 발전하면서 제품을 포장하는 포장재의 재질이 단일재질에서 복합재질로 바뀌는 추세이다. 이로 인한 포장폐기물의 효율적인 처리 및 감량을 위해서 이 연구에서는 잡자재를 제외한 EPR 대상 종이팩을 중심으로 재질구조 개선에 따른 경제성 측면과 환경성 측면에서의 기대효과를 예측하였다. 특히 종이팩 포장재의 재질구조에서 재활용이 어려운 포장재인 알루미늄이 첩합된 몸체의 재질구조를 개선했을 때의 기대효과를 예측하였다. 즉, 알루미늄 첩합 멸균팩을 실리카($SiO_x$)증착 필름으로 대체하였을 경우를 가정하여 예측하였다. 경제성 기대 효과는 2015년부터 2020년까지 2등급에서 1등급 개선 후 잡자재를 제외한 EPR 대상 종이팩의 경제성 기대효과는 약 19억원으로 예상되었으며, 온실가스 중 이산화탄소($CO_2$) 감축 기대효과를 중심으로 한 환경성 기대효과는 2등급에서 1등급 개선 후 잡자재를 제외한 EPR 대상 종이팩 개선 후 예상되는 온실가스 감축효과는 약 5.5천톤 $CO_2$으로 예상된다. 이 연구에서의 기대효과 분석은 가정에 의한 한계로 인해서 기대되어지는 예상효과보다 저평가되었지만, 정부의 지침이나 추진목표에 의한 예측치와 같은 기존 방식이 아닌 데이터 계산을 통한 새로운 접근 방식이라는 점에서 의의를 갖는다.

• Macromolecular Research
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• 제17권8호
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• pp.616-622
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• 2009

In-depth understanding of the influence of hot pressing and melt processing on the properties of thermoplastic polyurethane (TPU) is critical for effective mechanical recycling of TPU scraps. Therefore, this study focused on the effects of hot pressing and melt mixing on molecular weight (MW), polydispersity index (PDI), melt index (MI), characteristic IR peaks, hardness, thermal degradation and mechanical properties of TPU. The original TPU pellet (o-TPU) showed two broad peaks at lower and higher MW regions. However, four TPU film samples, TPU-0 prepared only by hot pressing of o-TPU pellet and TPU-1, TPU-2 and TPU-3 obtained by hot pressing of melt mixed TPUs (where the numbers indicate the run number of melt mixing), exhibited only a single peak at higher MW region. The TPU-0 film sample had the highest $M_n$ and the lowest PDI and hardness. The TPU-1 film sample had the highest $M_w$ and tensile modulus. As the run number of melt mixing increased, the peak-intensity of hydrogen bonded C=O stretching increased, however, the free C=O peak intensity, tensile strength/elongation at break and average MW decreased. All the samples showed two stage degradations. The degradation temperatures of TPU-0 sample (359 $^{\circ}C$ and 394 $^{\circ}C$)were higher than those of o-TPU (342 $^{\circ}C$ and 391 $^{\circ}C$). While all the melt mixed samples degraded at almost the same temperature (365 $^{\circ}C$ and 381 $^{\circ}C$). The first round of hot pressing and melt mixing was found to be the critical condition which led to the significant changes of $M_n$/$M_w$/PDI, MI, mechanical property and thermal degradation of TPU.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제7권1호
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• pp.22-28
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• 2019

시멘트는 건설업에의 기초소재이지만 시멘트 제조시 고온의 소성이 필요하고, 소성시의 원료 및 연료로부터 발생하는 $CO_2$는 새로운 환경문제로 인식되어 이를 저감하기 위한 노력이 지속되고 있다. 콘크리트 분야에서의 $CO_2$ 저감을 위한 기술은 고로슬래그 및 플라이애시 등의 혼합시멘트 사용을 권장하는 것이 저감 대책의 대부분을 차지하고 있다. 또한 콘크리트 구조물 해체 시 발생하는 건설폐기물도 또 다른 환경문제로 인식되며 재활용률을 높이기 위한 여러 가지 방안들이 시행되고 있다. 본 연구는 구조물 해체 시 발생하는 무기계 재생원료를 리사이클을 통해 시멘트 제조의 원료로서 활용하기 위한 것이다. 폐콘크리트, 폐시멘트블록, 폐점토벽돌 및 폐천장재 미분말의 원료조성 검토를 통해 시멘트의 원료로서 활용하고자 한다. 연구결과 재생원료의 원료조성 및 조합을 통해 저탄소형 수경성 시멘트 결합재 제조가 가능한 것을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제33권1호
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• pp.71-77
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• 2022

바이오매스 활용을 높이기 위하여, 쌀겨 기반 활성탄소(RHAC)를 제조한 뒤 질소 플라즈마 표면처리를 수행하여 전기이중층 커패시터(EDLC) 성능을 고찰하였다. 질소 플라즈마 표면처리를 통하여, RHAC 표면에 최대 2.17%의 질소가 도입되었으며 특히, 5 min 동안 반응한 샘플의 경우 pyrrolic/pyridine계 N 작용기의 형성이 우세하였다. 또한, 실리카 제거에 의해 쌀겨 기반 탄소재에 메조기공이 형성되었고 질소 플라즈마 표면처리에 의해 탄소재 표면 거칠기가 증가하여 미세기공이 많이 형성되는 것을 확인할 수 있었다. 순환전압전류법 측정 실험으로부터, 5 mV/s의 전압 주사 속도에서 질소 플라즈마 처리된 RHAC의 비정전용량은 최대 200 F/g로, 미처리 RHAC (111 F/g)에 비교하여 80.2% 향상된 값을 나타내었다. 이러한 결과는 질소 플라즈마 표면처리로 인해 탄소재 표면에 도입된 pyrrolic/pyridine계 질소 작용기 도입과 탄소재 표면 미세기공 부피 향상으로 인한 시너지 효과인 것으로 판단된다. 본 연구는 폐기 자원을 재활용하고, 플라즈마 표면처리법을 통해 이종원소 도입을 한다는 점에서 환경적으로 긍정적인 영향을 미칠 것으로 사료된다.

• 공업화학
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• 제34권5호
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• pp.529-533
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• 2023

우리 일상에서 대량으로 생성되는 리그노셀룰로즈(lignocellulose) 물질인 커피 찌꺼기(coffee grounds)를 탄화하여 얻어지는 탄소 소재의 전기화학적 특성과 흡착 성능을 고찰하였다. 커피 찌꺼기를 섭씨 600도 정도의 상대적 저온에서 탄화하여 얻어지는 탄소의 형태적 구조를 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 고찰하였다. Raman 분석을 통하여 얻어진 탄소 재료의 결정성 정보를 얻었다. 기본적인 전기적 특성을 간단한 옴의 관계(Ohmic relation)를 통하여 확인하였다. 나아가, 탄화된 재료가 리튬 이차 전지의 음극(anode) 소재로 활용될 수 있는지 여부를 반쪽 전지(half-cell) 충방전(charge/discharge) 테스트를 통해 살펴보았으며, 초기 음극재의 비용량은 약 520 mAh/g으로 나타났다. 이어서, 커피 찌꺼기 탄화로 얻어진 탄소 소재의 다공성 구조로 인해 분자를 흡착할 수 있음을 자외선(ultraviolet, UV) 흡광도(absorption) 측정을 통해 확인하였다. 탄소 소재의 표면 개질을 통해 극성이 다른 분자들의 선택적으로 흡착할 수 있음을 추가로 확인하였다. 본 연구는 향후 목질계 폐기물의 활용에 대한 중요한 정보를 제공할 것이다.