• 청정기술
• /
• 제26권4호
• /
• pp.239-250
• /
• 2020

바이오매스는 풍부한 신재생에너지로 화석연료에 의한 온실가스 배출을 줄일 수 있는 자원으로 활용될 수 있다. 인도네시아에서는 경제성이 우수한 대량의 조림지 부산물과 팜 부산물이 발생된다. 일반적으로 바이오매스들은 낮은 열량 및 연소 효율에 의해 연료로서 사용하기 어려운 경우가 많다. 최근 이러한 바이오매스를 고품위 연료로 전환하는 반탄화 기술 개발이 활발하며, 유럽을 중심으로 다수의 생산 설비가 상용화되었다. 우리나라는 현재 ~ 2 million ton yr-1 이상의 혼소용 우드팰릿을 동남아시아에서 수입하고 있다. 하지만 반탄화 연료 시장은 아직 열리지 않았고, 추후 국내 기술 및 시장 환경 성숙에 따라 도입되리라 예상된다. 인도네시아 현지 혼소용 연료로서 반탄화된 조림지 부산물은 신재생에너지 확대 정책(feed-in-tariff, FIT) 하에서 경제성 확보 가능하다. 하지만 팜 부산물인 EFB (empty fruit bunch, EFB)를 혼소용 연료로 사용하기 위해서는 알카리 금속 제거에 따른 경제성 저하 극복 방안이 강구되어야 한다. ETS (emission trading system, ETS)와 CDM (clean development mechanism, CDM)제도의 지원을 받는 경우 EFB는 연료 민감성이 낮은 시멘트 소성로에서 기존 석탄을 대체할 수 있을 것으로 판단된다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제56권4호
• /
• pp.547-554
• /
• 2018

Torrefaction is the promising process of pretreating biomass materials to increase the quality of their energy, especially to upgrade the materials' grindability so that it is suitable for a commercial pulverizer machine. In this study, torrefaction of oak, bamboo, oil palm trunk, and rice husk was carried out under different torrefaction temperatures ($300^{\circ}C$, $330^{\circ}C$, and $350^{\circ}C$) and different torrefaction residence times (30, 45, and 60 minutes). Complete characterization of the torrefied biomass, including proximate analysis, calorific value, thermogravimetric analysis, mass yield, energy yield, and grindability properties (Hardgrove Grindability Index) was carried out. Increasing the torrefaction temperature and residence time significantly improved the calorific value, energy density (by reducing the product mass), and grindability of the product. Furthermore, for commercial purposes, the torrefaction conditions that produced the desired grindability properties of the torrefied product were $330^{\circ}C-30minutes$ and $300^{\circ}-45minutes$, and the latter condition produced a higher energy yield for bamboo, oil palm trunk, and rice husk; however, torrefaction of oak did not achieve the targeted grindability property values.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제29권1호
• /
• pp.81-89
• /
• 2018

Fuel blend technique is one of the most effective way of using biomass to replace the coal. Many studies on combustion characteristics with coal and biomass blends have been conducted. In this study, char reactivity and emission characteristics of coal (Suek) and biomass (EFB) blends has been investigated by TGA and DTF to evaluate the applicability of the pre-treated (torrefaction, ash removal technology) EFB to pulverized coal boiler. In all blending cases, char reactivity improved as the blending ratio increases (10, 20, and 30%), especially torrefied EFB blended at 30%. Also, unburned carbon decreased as the blending ratio increases in all types of EFB. NOx emission showed the increase and decrease characteristics according to the content of fuel-N of raw EFB and torrefied EFB. But the amount of NOx emission at ashless EFB blends is greater than that of Suek despite of lower fuel-N. It indicated that co-firing effect of using the pretreatment biomass fuel is relatively better than those of the untreated biomass fuel about char reactivity and emission characteristics.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제56권5호
• /
• pp.725-731
• /
• 2018

바이오매스의 탄화 반응에서 촉매의 영향을 살펴보기 위하여 열중량분석기에서 탄화 반응 실험을 하였다. 사용된 바이오매스는 대나무와 소나무이었고, 사용 촉매는 K, Zn 금속화합물이었다. 질소 분위기에서 상온에서 $850^{\circ}C$까지 승온속도 $1{\sim}10^{\circ}C/min$에서 탄화 실험이 행하여졌다. 또한 석탄과의 혼소를 위한 바이오매스 반탄화 공정에서의 촉매의 영향 실험이 가열속도 $5^{\circ}C/min$, 반탄화 온도 220, 250, $280^{\circ}C$에서 30분간 등온 조건을 유지하면서 행하여졌다. 반탄화 시료에 대한 비등온 연소반응 특성 실험이 $200{\sim}850^{\circ}C$ 구간에서 행하여졌다. 바이오매스가 탄화 되기 시작하는 탄화 개시 온도($T_i$)와 최대탄화속도가 나타나는 온도($T_{max}$)는 촉매량이 증가할수록 낮아졌다. $400^{\circ}C$까지 열분해 되지 않고 남은 잔여 촤 성분은 촉매량이 증가할수록 증가되는 경향성을 보였다. 따라서 촉매 첨가 시 탄화에너지를 감소시키고 생성 촤의 발열량을 개선할 수 있다. 반탄화 조건에서 K촉매가 담지 된 경우 무촉매 바이오매스의 최적조건인 $250^{\circ}C$ 보다 낮은 $220^{\circ}C$까지 반탄화 조건을 완화시킬 수 있었다. K촉매 함유 반탄화 바이오매스의 연소반응에서 활성화에너지는 25.1~27.0 kJ/mol 범위로 무촉매 바이오매스 46.5~58.7 kJ/mol보다 낮게 나타났다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
• /
• 제43권3호
• /
• pp.381-389
• /
• 2015

본 연구에서는 반탄화된 낙엽송 칩을 분쇄한 후 그 입자를 이용한 펠릿성형에서 함수율과 입자크기의 영향을 반탄화 조건($220^{\circ}C$-50분, $250^{\circ}C$-50분, $250^{\circ}C$-120분)에 따라 조사하였다. 반탄화 후 함수율은 0.69~1.75%로 반탄화 처리전의 5.26%보다 낮았으나, 회분이나 발열량은 증가하였다. 또한 반탄화에 의한 중량감소율은 크게 증가하였는데 이는 헤미셀룰로오스의 분해가 활발하게 일어났기 때문으로 생각된다. 반탄화 낙엽송 칩에 포함된 탄소함량은 반탄화 처리 전 낙엽송 칩과 비교하여 증가하였으며 수소와 산소함량은 감소하였다. 반탄화 낙엽송 칩에 포함된 리그닌과 글루칸 함량은 반탄화 정도가 증가할수록 증가하였으며 헤미셀룰로오스는 감소하였다. 반탄화 칩을 분쇄하여 입자크기분포를 비교한 결과 높은 반탄화 조건은 낮은 반탄화 조건에서보다 1 mm 이하의 미세분 함량이 높았고 $500{\AA}$ 이상의 macropore가 생성되었다. 반탄화 분쇄 입자를 이용한 펠릿성형 과정에서 입자크기와 관계없이 반탄화 분쇄 입자의 함수율이 증가할수록 투입된 반탄화 분쇄 입자가 받는 압력은 감소하였으며 펠릿길이는 증가하였다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제29권3호
• /
• pp.280-291
• /
• 2018

Torrefaction is one of the methods to increase combustion calorific value and hydrophobicity of biomass. In this study, the effects of torrefaction on devolatilization, char reactivity and biomass structure were analyzed. Empty fruit bunch (EFB) and Kenaf biomass were used as fuels to be torrefied in the N2 environment at 200, 250 and $290^{\circ}C$. Devolatilization and char kinetics were analyzed by using TGA and biomass structure was investigated through petrography image. The reactivity showed different trends depending on the torrefaction temperature and biomass structure. The herbaceous biomass, Kenaf, was shown as high reactivity and thin wall structure. On the contrary, the woody biomass, EFB, had relatively low reactivity and thick wall structure.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제30권1호
• /
• pp.49-57
• /
• 2019

Biomass, a carbon-neutral fuel, has great advantages because it can replace fossil fuels to reduce greenhouse gas emissions. However, due to its low density, high water content, and hydrophilicity, biomass has disadvantages for transportation and storage. To improve these properties, a pretreatment process of biomass is required. One of the various pre-treatment technologies, torrefacion, makes biomass similar to coal through low-temperature pyrolysis. In this study, torrefacion treatment was carried out at 200, 230, 250, 280, and $300^{\circ}C$ for wood pellet, empty fruit bunch (EFB) and kenaf, and the feasibility of replacing coal with fuel was examined. Hygroscopicity tests were conducted to analyze the hydrophobicity of biomass, and its chemical structure changes were investigated using Infrared spectrum analysis. It was confirmed that the hygroscopicity was decreased gradually as the torrefacion temperature increased according to the hygroscopicity tests. The hydrophilicity was reduced according to the pyrolysis of hemicellulose, cellulose, and lignin of biomass.

• 한국연소학회:학술대회논문집
• /
• 한국연소학회 2012년도 제45회 KOSCO SYMPOSIUM 초록집
• /
• pp.205-206
• /
• 2012

A novel torrefaction process is suggested to improve energy efficiency and to produce high quality biomass fuel. Major developments for novel torrefaction process are as follows. To maximize the energy efficiency in heat transfer, flue gas is directly used for heat source in the torrefier. To accomplish the oxygen free environment in the torrefaction reactor, a burner is developed and it can be runned with fuel rich state. To use the calorific gases produced from torrefier, another burner is developed to combust them. In the test, the novel torrefaction process leads low energy consumption and the quality of torrefied fuel becomes better.

• Advances in Energy Research
• /
• 제1권2호
• /
• pp.127-146
• /
• 2013

Torrefaction technologies convert assorted biomass feedstocks into energy-concentrated, carbon neutral fuel that is economically transported and easily ground for blending with fossil coals at numerous power plants around the world without needs to retrofit. Utilization of torrefied biomass in conventional electric generating units may be an increasingly attractive alternative for electricity generation as aging power plants in the world need to be upgraded or improved. This paper examines the economic feasibility of torrefaction in different scenarios by modeling torrefaction plants producing 136,078 t/year (150,000 ton/year) biocoal from wood and corn stover. The utilization of biocoal blends in existing coal-fired power plants is modeled to determine the demand for this fuel in the context of emerging policies regulating emissions from coal in the U.S. setting. Opportunities to co-locate torrefaction facilities adjacent to corn ethanol plants and coal-fired power plants are explored as means to improve economics for collaborating businesses. Life cycle analysis was conducted in parallel to this economic study and was used to determine environmental impacts of converting biomass to biocoal for blending in coal-fired power plants as well as the use of substantial flows of off-gasses produced in the torrefaction process. Sensitivity analysis of the financial rates of return of the different businesses has been performed to measure impacts of different factors, whether input prices, output prices, or policy measures that render costs or rewards for the businesses.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제51권6호
• /
• pp.739-744
• /
• 2013

본 연구에서는 낙엽송의 연료특성 향상을 위해 반탄화를 수행하였으며 반응표면분석에 의해 반탄화 최적조건을 탐색하였다. 반탄화는 반응온도($220{\sim}280^{\circ}C$)와 반응시간(20~80분)에 따라 수행하였다. 반탄화 온도가 증가할수록 처리된 바이오매스의 탄소함량은 49.36%에서 56.65%로 증가한 반면, 수소와 산소의 함량은 각각 5.56%에서 5.48%, 37.62%에서 31.67%로 감소하였다. 반탄화 처리 후 바이오매스의 중량감소율 및 발열량은 반탄화 정도(SF)에 따라 증가하였다. 가장 높은 반탄화 정도(SF 7)에서 26.58%의 중량감소율을 나타났으며, 발열량은 22.30 MJ/kg으로 처리 전 바이오매스와 비교하여 20.41% 증가하였다. 에너지수율은 반탄화 정도(SF)가 높아질수록 감소하는 경향을 나타냈으며, 높은 발열량 증가와 낮은 중량감소율에서 가장 높은 에너지수율을 나타냈다(SF 5.72).