Biomass as a renewable energy source has several limitations in terms of the potential for steady supply and its thermal characteristics. This study conducted a thermal weight change analysis and determined its kinetics to address this problem. Sawdust was chosen as the biomass, and PE and PP were the plastics used. Based on the result of thermogravimetric analysis (TGA), the kinetic characteristics were analyzed using Kissinger, Ozawa, and Friedman methods, which are the most common methods used to obtain reaction coefficients and activation energy. The methods used to determine the thermal degradation kinetics were considered feasible for evaluating the pyrolytic behavior of the materials tested. The experimental results of this study provided insights into mixed biomass/plastics pyrolysis kinetics and their optimal operation conditions.

우리나라는 자원이 부족하여 총 공급에너지의 95.8 %를 수입에 의존하고 있어 신재생에너지의 개발과 합리적인 이용방안이 절실하다. 폐기물 에너지는 재생에너지 종류 중 하나로 가정이나 사업장에서 배출되는 폐기물을 열분해를 통해 고형연료, 폐유 정제유, 플라스틱 열분해 연료유, 폐기물 소각열 등의 에너지를 생산할 수 있어 활용가치가 매우 높다. 그 중 고형연료는 ｢자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률｣에 따라 인정된 생활폐기물(음식물류 제외), 폐합성수지, 폐지 등 가연성물질만을 선별･분리하여 제조한 연료로 현재 SRF(Solid Refuse Fuels) 와 BioSRF(Biomass Solid Refuse fuel)로 관리되고 있다. 폐기물 연료는 화석연료뿐만 아니라 바이오매스도 포함하고 있기 때문에 부분적인 이산화탄소 중립연료로 간주될 수 있다. 특히 혼합된 폐기물연료를 소각하는 곳에서 배출되는 가스 중에는 바이오매스 기원물질을 제외 할 때에 비로소 순 온실가스 배출량을 산정할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 폐기물에너지 중 가연성폐기물을 원료로 한 고형연료제품 종류별 사용시설에서 배출되는 가스를 포집하여 CO2 중의 생물학적 기원물질의 바이오매스를 14C 방법으로 분석하였다. 또한 고형연료에 대한 분석을 SDM(Selective Dissolution Method)방법과 14C 방법으로 분석하여 비교하였고 배출가스에서의 측정․분석을 수행함으로서 폐기물에너지 사용시설에 적용 가능한 가장 적합한 측정․분석방법을 고찰해보았다.

바이오차는 바이오매스를 고온에서 열분해하여 생성되는 탄화물로써, 공기 중 이산화탄소가 바이오매스를 거쳐 탄소 형태로 바이오차로 전환된 것을 저장할 경우, 지구 탄소 사이클의 일부를 고정하는 효과가 있다. 이처럼 저감할 수 있는 온실가스의 양을 이산화탄소로 환산할 경우, 연간 1.0~1.8Gt CO2에 달한다고 보고된 바있다. IEA는 2050년까지 세계 전력 소비량의 7.5%를 바이오에너지로 공급하겠다는 로드맵을 수립한 바 있다. 바이오차는 탄소로 구성된 고체물질로 다양한 분야에 활용될 수 있는데 본 연구에서는 매년 전정되어지는 과수 전정지와 도정과정에서 나오는 왕겨 등의 농업부산물, 가지치기나 간벌재 등의 임업부산물을 바이오차로 제조하는 방법에 대하여 연구하였다. 이를 이용해서 수질정화, 공기정화, 캐퍼시터 등에 활용할 수 있는데 이를 위해서는 활성화 단계를 거쳐 활성탄을 제조할 필요가 있다. 본 연구에서는 다양한 바이오매스 유래의 바이오차를 이용하여 비표면적이 넓은 활성탄 제조방법에 대해 연구하였다.

This study focuses on computational particle fluid dynamics (CPFD) modeling for the fast pyrolysis of biomass in a conical spouted bed reactor. The CPFD simulation was conducted to understand the hydrodynamics, heat transfer, and biomass fast pyrolysis reaction of the conical spouted bed reactor and the multiphase-particle in cell (MP-PIC) model was used to investigate the fast pyrolysis of biomass in a conical spouted bed reactor. A two-stage semi-global kinetics model was applied to model the fast pyrolysis reaction of biomass and the commercial code (Barracuda) was used in simulations. The temperature of solid particles in a conical spouted bed reactor showed a uniform temperature distribution along the reactor height. The yield of fast pyrolysis products from the simulation was compared with the experimental data; the yield of fast pyrolysis products was 74.1wt.% tar, 17.4wt.% gas, and 8.5wt.% char. The comparison of experimental measurements and model predictions shows the model’s accuracy. The CPFD simulation results had great potential to aid the future design and optimization of the fast pyrolysis process for biomass.

‘Nokwoo’, a mid-late maturing, high dry matter yielding rice (Oryza sativa L.) cultivar with a good early growth and low-temperature germinability, was developed for whole crop silage (WCS) use. It was derived from a cross between a leafy tropical japonica ‘LK1A-2-12-1-1’ with high biomass and good germinability in low temperature and new plant type (NPT), ‘IR72225-29-1-1’ which had low tillering trait, large panicle, dark green leaf, thick and sturdy stem and vigorous root system. This cultivar had about 123 days growth period from seeding to heading, 122㎝ culm length, 29㎝ panicle length, 9 panicles per hill, 144 spikelets per panicle and 1,000-grain weight of 24.4 g as brown rice in central plain region, Suwon. This wide and long leafy WCS rice variety was weak to cold stresses similar to ‘Nokyang’ but was a little resistant to lodging in the field, strong to viviparous germination and good to low temperature germination. In addition, ‘Nokwoo’ was resistant to leaf and neck blast but susceptible to bacterial blight, rice stripe virus and brown planthopper. Its average dry matter yield for three years reached 16.5 MT/ha, 14% higher than that of ‘Nokyang’. This cultivar had 5.3% crude protein and 68.8% total digestible nutrients a little low compared to ‘Nokyang’. In Korea peninsular, ‘Nokwoo’ grows well in central and southern plain and is good to harvest between 15 to 30 days after heading to improve its feeding value and digestion rate of livestock (Grant No. 6072).

The development of renewable energy is currently strongly required to address environmental problems such as global warming. In particular, biomass is highlighted due to its advantages. When using biomass as an energy source, the conversion process is essential. Fast pyrolysis, which is a thermochemical conversion method, is a known method of producing bio-oil. Therefore, various studies were conducted with fast pyrolysis. Most studies were conducted under a lab-scale process. Hence, scaling up is required for commercialization. However, it is difficult to find studies that address the process analysis, even though this is essential for developing a scaled-up plant. Hence, the present study carries out the process analysis of biomass pyrolysis. The fast pyrolysis system includes a biomass feeder, fast pyrolyzer, cyclone, condenser, and electrostatic precipitator (ESP). A two-stage, semi-global reaction mechanism was applied to simulate the fast pyrolysis reaction and a circulating fluidized bed reactor was selected as the fast pyrolyzer. All the equipment in the process was modeled based on heat and mass balance equations. In this study, process analysis was conducted with various reaction temperatures and residence times. The two-stage, semi-global reaction mechanism for circulating fluidized-bed reactor can be applied to simulate a scaled-up plant.

Biomass adsorbents were prepared from fallen oak leaves. In the activation process for fallen oak leaves, various operating parameters such as the activation temperature (600-900°C), steam injection rate (5-15 cc/hr), and steam injection time (1- 3 hr) were adopted. For analyses of the manufactured adsorbent, various methods such as scanning electron microscope (SEM), measurements of the BET surface area and chemical composition analyses were adopted. Regarding major adsorption characteristics, the adsorption equilibrium capacity was measured using batch type experimental apparatus for various biomass adsorbents. The experimental result showed that the H2S adsorption equilibrium capacity of the adsorbent made from fallen oak leaves decreased as the activation temperature and steam injection rate increased for a given range.

The quality characteristics of ‘Xiangshui’ pears (Pyrus ussuriensis) treated with different concentrations of biomass pyrolysis liquid (BPL) during storage at 25℃ were investigated. The weight of ‘Xiangshui’ pears treated with BPL declined at a slower rate than that of the control. The rot index of BPL-treated ‘Xiangshui’ pears decreased with increasing storage times, and treatment with 20-fold-diluted BPL resulted in the lowest rot index after storage for 12 days. The total acid content of ‘Xiangshui’ pears treated with 20-fold-diluted BPL was 0.19%, and was the highest after storage for 12 days. After storage for 12 days, the total sugar content of ‘Xiangshui’ pears treated with 20-fold-diluted BPL was 7.19%; this was significantly higher than that of the control, but not significantly different from that of pears treated with other BPL dilutions. The vitamin C content of ‘Xiangshui’ pears showed a decreased trend, and pears treated with 20-fold-diluted BPL had a vitamin C content of 2.21 mg/100 g after storage for 12 days and showed the least decline compared to other treatments. In addition, respiration in ‘Xiangshui’ pears was effectively inhibited by treatment with BPL. In conclusion, BPL treatment exerts a protective effect on the quality of ‘Xiangshui’ pears during storage, with 20-fold-diluted BPL being the most effective.

바이오매스의 저장 및 취급 여건은 바이오매스의 형태 및 종류에 매우 달라진다. 바이오매스의 종류는 매우 다양하며, 어떻게 저장하고 취급할지는 바이오매스의 특성에 따라 달라진다. 바이오매스의 저장시설은 어떠한 조건에서도 지속적인 원료공급, 자체 영양물질의 감소와 분해를 저감시키기 위한 것이다. 한편, 저장시설 내부에서는 저장물의 물리적, 생화학적, 생물학적 그리고 화학적 반응 등에 의해 내부 온도가 상승하고, 온도상승에 의한 자연발화에 의한 화재 및 폭발 등의 안전성이나, 곰팡이 생성 등의 위생적인 면에서 문제될 수 있다. 특히 저장기간 동안 또는 저장 후 바이오매스의 수분함량은 원료의 적합성과 밀접한 관계가 있다. 대부분의 목재 및 농업부산물과 같은 바이오매스는 4–50% 범위의 수분함량을 가지고 있으며, 음식물류 폐기물은 최대 94%의 수분함량을, 혼합 도시고형폐기물 중 유기물의 평균 수분함량은 53.7%의 수분함량을 나타낸다고 보고하고 있다. 일반적으로 에너지회수 시설에 사용되는 바이오매스는 수분함량이 낮아야 한다. 이에 본 연구에서는 현재 이용되고 있는 바이오매스 저장시설의 종류 및 형태, 그리고 발생 가능한 문제점에 대하여 조사하였으며, 저장 기간 동안 수분함량에 따른 바이오매스의 물리·화학적 조성 변화에 대하여 검토하였다.

산업의 발전과 경제규모의 팽창에 따라 에너지소비가 크게 증가되는 가운데 대기오염물질배출이 크게 늘어나면서 심각한 환경문제를 야기하고 있다. 이중에서 황화수소(H2S)는 계란 썩는 냄새가 나는 무색의 유독한 기체로서 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐 질환, 신경중추마비 등을 발생시키고 있다. H2S 가스는 폐기물 매립장, 석유 정제업, 펄프공업, 도시가스 제조업, 암모니아공업, 하수처리장 등 다양한 곳에서 발생하고 있으며, 이를 처리하기 위하여 심냉법, 흡수법, 막분리법, 흡착법 등 여러 가지 처리방법이 제시되었다. 본 연구에서는 실험실규모의 장치를 이용하여 바이오매스 부산물을 활용한 악취저감용 흡착소재개발을 위해 밤껍질을 대상으로 탄화, 스팀활성처리등의 과정을 거쳐 흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM등을 이용한 물성분석, 회분식의 흡착평형실험, 악취 모니터링실험을 통한 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 밤껍질을 활용하여 탄화 및 활성처리과정을 거치면서 얻을 수 있는 흡착제의 수율은 15∼20%에 해당되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 밤껍질부산물은 스팀을 이용한 활성처리 과정에서 온도가 증가할수록. 시간이 증가할수록 스팀-탄소 화학반응에 의해 내부기공이 커지면서 비표면적이 증가되는 것으로 밝혀졌다. 아울러, 밤껍질부산물을 소재로한 흡착제의 황화수소 평형흡착능과 파과성능은 활성탄대비 비교적 우수한 성능을 보임으로써, 악취제거용 흡착소재로 활용성이 클 것으로 예상되었다.

1997년 교토의정서를 시작으로 2016년 파리기후협약이 발효되며 온실가스 저감을 위한 세계적인 노력이 계속되고 있다. 국내에서는 ‘폐자원 및 바이오매스 에너지 대책’의 실행을 위해 폐자원의 고형연료화 등 각종 에너지화 시설의 확충을 장려하고 있으며, 이를 통해 2020년까지 1,169만톤/년의 폐자원 에너지화를 달성하고자 한다. 폐자원 및 바이오매스는 가용 잠재량이 풍부하며, 저렴한 비용으로 신재생에너지 공급의 조기 성과 창출 및 온실가스 감축의무를 이행할 수 있는 수단이다. 반탄화 기술은 취급과 저장이 용이하며, 높은 에너지 밀도를 갖는 고형 연료를 생산하는 기술로 낮은 발열량과 높은 함수율을 갖는 바이오매스의 전처리 과정으로 국내외에서 연구되어 왔다. 일반적인 반탄화 기술의 공정은 원료를 200~300℃의 저온에서 환원분위기를 유지하며 10분에서 60분 동안 열처리하는 기술을 말한다. 본 연구에서는 폐목재와 하수슬러지를 반탄화 기술에 적용하여 고형연료를 생산하는 기술 개발을 위한 0.1 ton/day 급 규모 설비의 운전 특성 파악을 위해 수행하였다. 실험에 쓰인 폐바이오매스는 일반 폐목재(40%)와 하수슬러지(60%)를 혼합하여 사용하였다. 반탄화 공정은 Rotary Kiln에서 반응 온도 250℃, 300℃, 체류시간 40분, 60분의 실험 조건에서 반탄화 실험을 실시하였다. 실험 결과 반탄화 반응을 통해 생성된 반탄화물은 반응 온도가 증가함에 따라 연료수율 및 연료비는 감소하는 경향을 나타냈으며, 연료수율이 70% 이상을 나타내는 반응 영역에서는 연료비가 2.5~3.0의 범위를 나타내었다. 발열량의 경우 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 반탄화물의 에너지 수율은 250℃부터 서서히 증가하다가 270℃ 부근에서 감소하는 경향을 나타내었다.

하수슬러지는 2006년 런던협약이후 해양투기 금지 대상물질로 지정되어 효율적인 처리에 대한 연구가 진행되고 있다. 이에 대한 방안으로 각광 받고 있는 반탄화 공정은 시료의 분쇄성을 높여 혼소에 용이하며, 처리 후 시료가 소수성을 띄기 때문에 미생물에 대한 오염이 적다. 또한 에너지밀도를 높일 수 있어 원시료에 비해 높은 발열량을 가진다. 하지만 다량의 수분을 함유하고 있어 그 이용이 제한적이다. 본 연구에서는 고 함수율 시료인 하수슬러지의 단점을 보완하고자 저 함수율 시료인 폐목재를 1:1로 혼합하여 lab규모 실험을 통해 반탄화 특성을 파악하였다. 반응시간 20분 조건에서 반응온도를 200 ℃에서 50 ℃ 간격으로 550 ℃까지 승온시켰으며, 반응온도 250 ℃, 300 ℃조건에서 반응시간 10분에서 10분 간격으로 50분까지 증가시켰다. 생성된 반탄화물에 대하여 공업분석, 원소분석 및 발열량분석을 진행하였으며, 이를 통해 에너지수율, 연료비, 탄소비 등 반탄화물의 특성을 파악하였다. 반탄화물의 공업분석결과 반응온도 및 반응시간이 증가할수록 가연분은 감소하였으며, 회분과 고정탄소는 증가하는 경향을 보였다. 발열량의 경우 반응온도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보이다가 반응온도 400 ℃에서 최대 값(5082.7 kcal/kg)을 보인 후, 감소하는 경향을 보였다. 또한 원소분석결과를 기반으로 석탄 종의 O/C와 H/C의 비(Van Krevelen Diagram)을 비교하였다. 수소 및 산소는 반응온도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타냈으며, 탄소함량은 전반적으로 증가하는 경향을 보였다.

본 연구는 신재생 바이오매스 원료인 폐목재를 사용하는 스팀생산 설비의 잉여스팀을 이용하여 압력차 발전공정을 개발하는 것을 목적으로 수행되었다. 보일러 생산가능 용량 중 스팀공급량을 제외한 잉여분의 스팀을 활용하여 75kW급 압력차 발전공정의 적용 및 운전기술을 개발하고자 발전효율 특성을 조사하였다. 발전공정은 기존 스팀공급을 위해 운영중인 소각시설의 스팀공급 배관에서 별도의 스팀배관을 분기하여 발전기로 연결하였고, 발전기의 설치 장소는 현장 여건을 고려하여 2.2m x 4.5m 의 콘크리트 바닥에 압력차 발전기 및 계통연계 제어공정을 설치하였다. 기존 스팀배관에서 50m정도의 스팀공급 배관을 분기하여 설치하고 발전기를 거친 배출 스팀배관은 응축수 탱크에 연결하여 응축수를 회수 하거나 스팀사이렌서를 통해 대기로 배출되도록 구성하였다. 발전기의 운영조건에 따라 발전기 출구의 스팀 배출압이 높을 경우에는 기존 응축수 탱크로 유입시켜 증기를 회수하며, 출구 스팀배출압이 대기압과 비슷한 수준으로 낮은 경우에는 스팀 사이렌서로 유입시켜 외부 대기로 배출하는 방안으로 선택적으로 구성하였다. 발전기의 운전 특성을 파악하기 위하여 발전기로 유입되는 스팀의 유량을 확인 할 수 있는 스팀 유량계, 유입되는 스팀의 압력과 온도 조건 등을 확인할 수 있으며 발전기 운전을 위해 유입되는 스팀의 양을 조절 할 수 있도록 수동 밸브 및 자동 밸브를 적용하였다. 압력차 발전기의 에너지 전환효율 시험조건은 스팀 입구 압력조건 2.5K~4K, 스팀 유량 600kg/hr~1,000kg/hr, 스팀 출구 압력조건 0.3K 이었고, 스팀공급조건과 유량 변화에 따른 실험 결과 에너지 전환 효율은 약 47~59%로 나타났다.

화석연료의 고갈문제와 더불어 지구온난화 등의 환경문제에 대한 대응방안으로 전 세계적으로 지속가능한 에너지자원의 확보에 대한 필요성과 관심이 높아지고 있다. 중국, 인도 등의 국가에서 경제 성장을 위한 화석연료 의존도가 계속 높아지고 있다. 그러나 화석연료는 가격의 변동이 심하고, 한정된 매장량을 지니기 때문에 지나친 화석연료의 사용은 환경적으로 심각한 악영향을 미칠 수 있다. 바이오매스 및 폐자원을 활용하여 에너지를 생산하는 바이오에너지 분야는 최근 각광받는 신재생 에너지 분야 중 하나이다. 바이오에너지는 바이오매스, 폐자원으로부터 전환된 에너지 사용 시 발생되는 이산화탄소가 순환을 통하여 바이오매스의 성장에 다시 쓰이게 되므로 탄소중립적인 친환경 에너지이며 바이오매스의 경작, 재배를 통하여 지속적으로 생산 할 수 있다는 장점을 가진다. 바이오매스는 열분해, 가스화, 연소 등의 열화학적 분해공정을 통하여 더욱 가치있는 에너지의 형태로 활용 가능하며, 그 중 급속열분해 공정은 무산소 조건, 약 500℃의 반응온도, 2초 이하의 짧은 기체체류시간을 반응조건으로 하여 생산된 타르를 응축과정을 통해 액상 생성물인 바이오원유로 회수하는 공정이며 바이오원유의 회수율을 가장 높일 수 있는 공정이다. 바이오오일의 수율 및 성상은 급속열분해 운전조건에 따라 영향을 받으며 그 중 반응온도가 가장 중요한 인자이다. 따라서 본 연구에서는 낙엽송 톱밥을 원료로 하여 400 - 550℃로 반응온도를 변화시켜가며 바이오원유를 생산하고 생산된 바이오원유의 수율 및 다양한 물리화학적 분석(고위발열량, 수분함량, 점도, pH 등)을 통하여 그 특성을 파악하는 연구를 진행하였다.

리그닌은 두번째로 풍부한 바이오매스 구성성분이며 지구상에서 non-fossil organic carbon 중 약 30%를 차지한다고 알려져있다. 또한 coniferyl, coumaryl, sinapyl alcohol로 이루어져있는 리그닌은 자연에서 얻을 수 있는 우수한 aromatic resource로 연료나 chemicals을 생산할 수 있다. 특히 리그닌의 급속 열분해는 액체 연료를 가장 저렴한 가격으로 생산하는 기술로 평가받고 있지만, 리그닌을 급속열분해 할 때 plugging, char foaming등의 문제점이 생겨 연속적인 열분해 공정을 개발하는데 어려움이 있다. 이번연구는 이러한 문제점을 해결하기 위해 로타리 킬른형 반응기를 제작하여 실험을 진행하였다. 초기의 장치 구성은 저장장치. 투입장치, 열분해장치, 응축장치로 구성하였고, 원활한 리그닌 투입을 위해 반응기를 약 5°정도 기울여서 설치하였다. 리그닌의 종류에 따라 최적 열분해 조건을 알아보기 위해 유량, 온도, 투입속도 등에 변화를 주어 실험을 진행하였다. 또한 발생한 가스와 오일의 정확한 분석을 위해 GC와 GC/MS를 이용하여 각각 성분을 분석 할 것이다.

우리나라는 2030년까지 모든 경제분야에 걸쳐 온실가스 배출을 약 37% 감축할 계획을 UNFCCC에 제출하였으며 이에 따라 보다 정확한 온실가스 배출량을 산정하는 것이 중요하다. 국내 발생되는 폐기물의 매립 억제정책으로 인해 폐기물의 재활용율은 향상되고 있지만 소각비율 또한 증가될 수 있다. 따라서 소각시설에서 배출되는 가스물질의 안정적인 관리가 요구되는 실정이다. 본 연구에서는 국내 생활폐기물 소각시설 3개소(4호기) 및 사업장폐기물 소각시설 6개소(8호기)를 대상으로 연소 후 최종 배출되는 가스성분을 분석･포집하였다. 가스상 물질을 안정적으로 포집하기 위하여 가스샘플링장치를 설계･제작하여 적용하였으며, 보다 신뢰성 있는 시료채취를 위하여 3시간, 6시간, 24시간 단위로 각각 포집하여 결과값을 비교하였다. 분석대상 물질은 CO, NOx, SOx 그리고 CO2 였으며 포집한 기체시료 중 14C 분석을 통해 바이오매스량을 구하였다. 명확한 바이오매스량을 분석하기 위하여 탄소동위원소를 이용한 가속기 질량분석기(Accelerator Mass Spectrometry)를 이용하였으며 바이오매스량을 제외한 총 온실가스배출량을 구하였다.

Various efforts have been made to increase use of renewable energy sources and reduce greenhouse gas emissions in Korea as economic and population growth have increased. Bio-energy is a renewable form of energy unlike fossil fuels and is not included in greenhouse gases because it is carbon neutral (sometimes referred to as “climate neutral”) and is exempted from total CO2 emissions. In this study, we determined the low heating value (kcal/kg) and elemental composition using the biogenic content of “wood” and a solid recovered fossil fuel “polyethylene product” to confirm the solid recovered fuel value. Biomass content was also determined using the selective dissolution method and 14C-method (AMS). Additionally, we developed a gas sampling system to collect gases emitted after combustion at 850oC to determine biomass content by AMS.

산업의 발전과 경제규모의 팽창에 따라 에너지소비가 크게 증가되는 가운데 대기오염물질배출이 크게 늘어나면서 심각한 환경문제를 야기하고 있다. 이중에서 황화수소(H2S)는 계란 썩는 냄새가 나는 무색의 유독한 기체로서 인체의 위장이나 폐에 흡수되어 질식, 폐 질환, 신경중추마비 등을 발생시키고 있다. H2S 가스는 폐기물 매립장, 석유 정제업, 펄프공업, 도시가스 제조업, 암모니아공업, 하수처리장 등 다양한 곳에서 발생하고 있으며, 이를 처리하기 위하여 심냉법, 흡수법, 막분리법, 흡착법 등 여러 가지 처리방법이 제시되었다. 본 연구에서는 실험실규모의 장치를 이용하여 바이오매스 커피부산물을 활용한 악취저감용 흡착소재개발을 위해 커피찌꺼기를 대상으로 탄화, 스팀활성처리등의 과정을 거쳐 흡착제를 제조하였으며, BET분석, SEM등을 이용한 물성분석, 회분식의 흡착평형실험, 연속식의 고정흡착탑 파과실험을 통한 흡착특성을 고찰하였다. 실험결과, 커피찌꺼기를 활용하여 탄화 및 활성처리과정을 거치면서 얻을 수 있는 흡착제의 수율은 15~20%에 해당되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 커피부산물은 스팀을 이용한 활성처리 과정에서 온도가 증가할수록. 시간이 증가할수록 스팀-탄소 화학반응에 의해 내부기공이 커지면서 비표면적이 증가되는 것으로 밝혀졌다. 아울러, 커피 부산물을 소재로한 흡착제의 황화수소 평형흡착능과 파과성능은 활성탄대비 비교적 우수한 성능을 보임으로써, 악취제거용 흡착소재로 활용성이 클 것으로 예상되었다.

급격한 도시화 및 산업화로 인하여 화석연료의 사용이 증가되고 이에 따라 기후 변화 문제가 급격히 대두되고 있다. 이에 따라 신재생에너지에 대한 관심이 증대되고 있으며, 이에 관한 많은 연구들이 진행되고 있다. 이러한 신재생에너지 중 국내에서는 신재생 에너지 중 폐기물 및 바이오매스를 이용한 신재생 에너지 보급 비율이 70% 이상을 차지하고 있는 실정이다. 하지만, 이러한 신재생 에너지 보급률은 폐기물 열처리 시설의 폐열이용까지 포함된 것으로 실질적인 보급률은 통계에 미치지 못하는 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 바이오매스를 이용한 에너지화 기술에 대하여 연구를 진행하였으며, 에너지화 기술 중 합성가스 생산에 목적을 둔가스화 기술을 적용하였다. 사용된 바이오매스의 경우, 일반적인 바이오매스를 사용하기 위해 톱밥을 사용하였다. 하지만 바이오매스를 이용한 가스화 기술의 가장 큰 단점으로 바이오매스 내 높은 리그닌 성분에 의한 타르 발생을 꼽을 수 있으며, 이를 해소하기 위한 많은 연구들이 진행 되고 있다. 본 연구에서는 추가적인 타르 제어시설을 설치하지 않고 2차 산화제를 주입함에 따라 Thermal cracking의 효과로서 타르를 제어하고자 한다. 발생된 타르에 대해서는 활성탄을 이용하여 중량 변화 측정을 통해 정량 분석을 진행하였으며, Micro-GC를 통해 C2-C6의 탄화수소 물질의 거동을 살펴볼 수 있었다.

폐 바이오매스의 열 화학적 전환 공정 중 하나인 급속열분해 공정은 공정변수에 따라 열분해 생성물의 수율 및 특성이 변화한다. 급속 열분해 반응이 이루어지는 반응기는 전체 급속 열분해 공정의 핵심이며, 폐 바이오매스의 급속열분해 반응을 위해서는 1,000~10,000℃/s의 빠른 열전달 속도, 500℃의 열분해 반응온도, 1~2초이내의 열분해 생성물 체류시간이 요구된다. 따라서 이를 실현하기 위한 급속열분해 반응기 개발에 많은 연구가 진행되었다. 현재 개발되어 사용 중인 대표적인 급속열분해 반응기는 기포 유동층, 순환유동층, 분사층, Augur형, 융해열분해, 진공열분해 등의 반응기가 있다. 이중 분사층 반응기는 기체-고체 간의 열 및 물질전달이 우수하고, dilute spouted bed regime 에서는 반응기 내 열분해 가스의 체류시간이 짧아 오일의 수율을 기존 유동층 반응기 보다 증가시킬 수 있는 장점이 있다. 분사층 급속열분해 반응기 내 폐 바이오매스의 급속 열분해 반응은 기체-고체간의 수력학적 특성과 열전달 특성에 영향을 받는다. 따라서 분사층 급속열분해 반응기의 최적 설계와 운전을 위해서는 반응기 내 수력학적 특성과 열전달 특성에 대한 정보가 필요하다. 그러나 현재까지 분사층의 운전조건에 따른 분사층 내 열전달 특성에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 분사층 내 열전달 특성 연구를 위하여 열전달 센서를 설계/제작하였으며, 제작된 열전달 센서를 통하여 분사층내 기체-고체간의 열전달 특성을 측정하였다. 분사층 내 기체-고체간의 열전달 실험은 공탑 속도, Geldart 입자분류, bed 높이를 실험변수로 하여 실험을 수행하였으며, 실험을 통하여 실험변수에 따른 분사층 내 기체-고체간의 열전달 계수의 변화를 연구하였다.