• 대한기계학회논문집B
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• 제38권6호
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• pp.501-511
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• 2014

바이오매스 원료로부터 급속열분해 반응을 통하여 생산되는 바이오 오일은 화석연료를 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 하지만, 바이오 오일은 에너지 밀도와 세탄가가 낮고 점성도가 높은 연료의 한계성이 있으므로 디젤엔진에 적용하기에는 제한적이다. 따라서, 안정적인 연소를 얻기 위해서는 바이오 오일을 세탄가가 높은 연료와 유화하거나 혼합하여 사용하여야 한다. 하지만 바이오 오일과 화석연료는 극성이 달라서 서로 혼합되지 않으며 가장 손쉽게 혼합되는 연료는 알코올계 연료이다. 본 연구에서는 바이오 오일의 연료특성을 향상시키기 위하여 에탄올 연료와 혼합하였으며, 연료의 자발화 특성을 향상시키기 위하여 세탄가 향상제인 PEG 400, 2-EHN 도 첨가하였다. 또한 최대 15%의 바이오 오일이 혼합된 혼합연료를 디젤엔진에서 안정적으로 연소시키기 위하여 고압축비 피스톤도 적용하였다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제34권6호
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• pp.36-43
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• 2006

유동형 급속열분해기 (fluidized bed type fast pyrolyzer, 용량 400 g/h)를 이용하여 너도밤나무와 침엽수 혼합재(독일가문비나무/전나무, 50:50) 에서 바이오오일을 생산하였다. 목질바이오매스의 열분해는 약 $470{\pm}5^{\circ}C$에서 1~2초 동안 진행되었다. 목질바이오매스의 열분해 생성물의 조성은 너도밤나무의 경우 바이오오일 60%, 탄 9% 그리고 가스가 31% 정도 생산되었으며, 침엽수 혼합재는 바이오일 49%, 탄 9%, 그리고 42% 가량의 가스가 생성되었다. 두 종류의 목질바이오매스에서 생산된 바이오오일의 수분함량은 약 17~22%이었으며, 밀도는 수종에 관계없이 $1.2kg/{\ell}$이었다. 바이오오일의 원소 조성은 탄소 45%, 산소 47%, 수소 7%, 그리고 질소 1%로 일반적인 목질바이오매스와 큰 차이는 없는 것으로 나타났다. 그러나 화석자원에서 생산되는 오일류와 비교하여 바이오일은 산소함량이 매우 높았고 황은 전혀 포함되어 있지 않았다. 바이오오일의 GC 분석 결과 총 90여종의 방향족(aromatic) 또는 비방향족(non-aromatic) 저분자량 화합물이 검출되었으며 이들의 함량은 바이오오일 전건중량의 31~33%로 분석되었다.

• Journal of Biosystems Engineering
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• 제43권1호
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• pp.14-20
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• 2018

Purpose: The purpose of this study was to investigate the performance of a vacuum pyrolysis system, to analyze bio-oil characteristics, and to examine the applicability for farm-scale capacity. Methods: The biomass was pyrolyzed at 450, 480, and $490^{\circ}C$ on an electric heat plate in a vacuum reactor. The waste heat from the heat exchanger of the reactor was recycled to evaporate water from the bio-oil. The chemical composition of the bio-oil was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Results: According to the analysis, the moisture content (MC) in the bio-oil was approximately 9%, the high heating value (HHV) was approximately 26 MJ/kg, and 29 compounds were identified. These 29 compounds consisted of six series of carbohydrates, 17 series of lignins, and six series of resins. Conclusions: Owing to low water content and the oxygen content, the HHV of the bio-oil produced from the vacuum reactor was higher by about 6 MJ/kg than that of the bio-oil produced from a fluidized bed reactor.

• 한국물환경학회지
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• 제32권2호
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• pp.197-204
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• 2016

본 연구는 당화된 도토리의 전분이 미세조류(Chlorella vulgaris) 바이오매스 증식과 바이오오일 함량에 미치는 영향을 알아보고자 하였다. 실험결과 도토리의 전분은 당화 후에 81.3%가 글루코스로 전환되었다. 도토리-글루코스를 이용한 복합영양 상태에서 미세조류는 독립영양 상태보다 높은 바이오매스 증식률과 TAGs (Triacyglycerols)의 함유량을 나타내었는데, 최대 바이오매스 생산량과 TAGs의 함유량은 3 g/L의 도토리-글루코스의 농도에서 각각 12.44 g/L와 32.9%를 나타내었다. 이는 3 g/L의 도토리-글루코스 농도에서 독립영양 상태의 바이오매스 생산량과 비교하면 16.4배의 많은 양의 바이오매스를 생산하였음을 알 수 있었다. 따라서 경제성과 바이오매스의 생산량/생산률 그리고 TAGs의 함유량을 고려한다면 3 g/L의 도토리-글루코스 농도가 미세조류의 증식에 가장 효과적이였다. 본 연구의 결과는 미세조류 유래 바이오에너지의 생산 비용을 절감하는 데 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권4호
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• pp.459-463
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• 2015

This study evaluated the microbial conversion of coconut oil waste, a major agro-residue in tropical countries, into single cell oil (SCO) feedstock for biodiesel production. Copra cake was used as a low-cost renewable substrate without any prior chemical or enzymatic pretreatment for submerged growth of an oleaginous tropical mangrove fungus, Aspergillus terreus IBB M1. The SCO extracted from fermented biomass was converted into fatty acid methyl esters (FAMEs) by transesterification and evaluated on the basis of fatty acid profiles and key fuel properties for biodiesel. The fungus produced a biomass (8.2 g/l) yielding 257 mg/g copra cake SCO with ~98% FAMEs. The FAMEs were mainly composed of saturated methyl esters (61.2%) of medium-chain fatty acids (C12-C18) with methyl oleate (C18:1; 16.57%) and methyl linoleate (C18:2; 19.97%) making up the unsaturated content. A higher content of both saturated FAMEs and methyl oleate along with the absence of polyunsaturated FAMEs with ≥4 double bonds is expected to impart good fuel quality. This was evident from the predicted and experimentally determined key fuel properties of FAMEs (density, kinematic viscosity, iodine value, acid number, cetane number), which were in accordance with the international (ASTM D6751, EN 14214) and national (IS 15607) biodiesel standards, suggesting their suitability as a biodiesel fuel. The low cost, renewable nature, and easy availability of copra cake, its conversion into SCO without any thermochemical pretreatment, and pelleted fungal growth facilitating easier downstream processing by simple filtration make this process cost effective and environmentally favorable.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 2010년도 제35회 추계학술대회논문집
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• pp.804-806
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• 2010

석유자원 고갈에 따른 대체에너지 개발의 필요성과 더불어 온실가스인 CO2 저감 등 높은 환경개선 효과로 인하여 새로운 청정연료로 바이오매스로부터 제조되는 BTL(Biomass to Liquid) 공정에 대한 관심이 유럽을 중심으로 크게 증가하고 있다. 본 논문에서는 BTL 기술의 핵심인 촉매와 공정 개발 현황을 조사하였다. 또한 본 연구팀에서 수행해온 철계 촉매를 사용한 BTL pilot 공정을 소개하고자 한다.

• 한국산림과학회지
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• 제96권4호
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• pp.477-482
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• 2007

지구환경문제 등의 대두 및 친환경 에너지원으로 산림 바이오매스 자원에 대한 관심의 증폭에 따라 현재 우리나라 산림 바이오매스에 대한 정확한 추정 및 정보 관리프로그램 제작을 위하여 본 연구가 수행되었다. 2005년 말 현재 우리나라 총 산림 바이오매스량은 520,852천톤이며, 이들 중 실제 바이오매스 생산이 가능한 시업지를 대상으로 바이오매스량을 산정한 결과 402,795천톤이었고, 목재이용 가치가 가장 높은 경제림단지에 대한 바이오매스량은 200,768천톤으로 추정되었다. 또한 국내 산림에서 연간 임목의 생장에 의해 생산가능한 바이오매스량을 계산한 결과 20,340천톤이었고, 이를 화석연료로 대체할 수 있는 척도인 발열량으로 전환하여 보면 94,290Gkal로서, 이를 당시의 실내등유가로 환산하면 약 90억원에 달하는 양이다. 산림 바이오매스의 주기별 변화 추이는 '85년 말부터 '05년 말 현재까지 10년 주기로 4.95%, 5.30%, 4.46%로 '95년을 정점으로 바이오매스 생장율이 감소추세에 있음을 알 수 있었다. 한편 산림축적을 바이오매스로 전환하는 현재의 계수들이 임상별로 되어 있기에 수종별로는 계산이 곤란하므로 이에 대한 계수 개발이 요구되며, 아울러 직경 및 수고 인자 등을 이용하여 바이오매스를 추정하기 위한 함수식 개발도 필요한 시점이다.

• 청정기술
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• 제25권2호
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• pp.161-167
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• 2019

바이오매스의 급속열분해를 위하여 지난 수십 년간 다양한 형태의 반응기가 개발되었다. 급속열분해 공정의 반응기는 유동층 반응기가 많이 사용되어 왔으며, 최근에는 분사층 반응기를 이용한 바이오매스의 급속열분해 특성에 대한 연구가 다수의 연구자들에 의해 수행되고 있다. 분사층 반응기의 유동화 특성은 입자의 물리적 특성, 유체 제트의 속도, core와 annulus의 구조에 영향을 받으며, 반응기의 기하학적 구조는 분사층 내부의 core와 annulus 구조를 결정하는 주요 인자이다. 따라서 분사층 반응기의 최적설계를 위해서는 열분해 반응에 영향을 주는 인자에 대한 바이오매스의 급속열분해 특성에 대한 연구가 수행되어야 한다. 하지만 분사층 반응기의 기하학적 구조에 의한 바이오매스의 급속열분해 특성은 자세히 연구되지 않았다. 본 연구에서는 분사층 반응기의 원뿔각과 반응 온도 변화에 따른 Jatropha curcas L. seed shell cake의 급속열분해 실험을 수행하여 분사층 반응기의 최적 형상과 반응 온도를 도출하였다. 실험결과, 열분해 오일의 에너지 수율은 반응 온도 $450^{\circ}C$, 분사층 반응기의 원뿔각 $44^{\circ}$에서 63.9%로 가장 높게 나타났다. 그리고 분사층 반응기 내 고체입자의 열전달과 기체상 열분해 생성물의 체류시간은 원뿔각의 영향을 받아 열분해 생성물의 수율 및 열분해 오일의 품질에 영향을 주는 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제27권6호
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• pp.646-652
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• 2016

바이오매스는 최근 화석연료의 고갈 및 지구온난화 등의 문제에 대응하기 위한 신재생에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 바이오오일은 폐목재, 농업 및 임업 부산물 등의 바이오매스로부터 급속열분해 과정을 통하여 생산되는 액체연료이다. 바이오오일은 일반적인 석유 계통의 연료에 비하여 점도가 매우 높고 고체상의 불순물을 포함하고 있어 버너 적용시 스프레이 분무 특성이 저하된다. 또한, 바이오오일은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로부터 유래되는 수백 종류의 화학종들로 이루어져 있어 일반적인 액체연료와는 액적의 증발 특성이 뚜렷하게 구분된다. 본 연구에서는, 바이오오일의 구성 성분을 아세트산, 레보글루코산, 페놀, 수분으로 단순화하여 액적의 증발 특성에 관한 수치해석적 연구를 수행하였다. 다양한 주위공기 온도, 액적의 초기 지름, 에탄올 혼합 비율에 대하여 액적의 증발 특성을 비교하였다. 주위공기 온도가 높아질수록 바이오오일 액적의 증발 시간은 짧아졌으며, 특히 낮은 온도 범위에서는 증발 시간이 공기온도에 매우 민감하였다. 또한 액적의 지름이 감소할수록, 에탄올 혼합 비율이 증가할수록 증발 시간이 단축됨을 알 수 있었다.

• Journal of the Korean Wood Science and Technology
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• 제48권5호
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• pp.651-665
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• 2020

Hydrolysis of biomass for the production of fermentable sugar can be improved by the addition of surfactants. In pulp and paper mills, lignin, which is a by-product of the pulping process, can be utilized as a fine chemical. In the hydrolysis process, lignin is one of the major inhibitors of the enzymatic breakdown cellulose into sugar monomer. Therefore, the conversion of lignin into a biosurfactant offers the opportunity to solve the waste problem and improve hydrolysis efficiency. In this study, lignin derivatives, a biosurfactant, was applied to enzymatic hydrolysis of various lignocellulosic biomass. This Biosurfactant can be prepared by reacting lignin with a hydrophilic polymer such as polyethylene glycol diglycidylethers (PEDGE). In this study, the effect of biosurfactants on the enzymatic hydrolysis of pretreated sweet sorghum bagasse (SSB), oil palm empty fruit bunch, and sugarcane trash with different lignin contents was investigated. The results show that lignin derivatives improve the enzymatic hydrolysis of the pretreated biomass with low lignin content, however, it has less influence on the enzymatic hydrolysis of other pretreated biomass with lignin content higher than 10% (w/w). The use of biosurfactant on SSB kraft pulp can increase the sugar yield from 45.57% to 81.49%.