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.

우리나라는 2030년 까지 모든 경제분야에 걸쳐 온실가스 배출을 약 37% 감축할 계획을 UNFCCC에 제출하였다. 이에 따라 온실가스 감축목표를 설정하고 부문별･업종별 배출권 할당량을 결정하고 있다. 따라서 보다 정확한 온실가스 배출량을 산정하는 것이 중요하며 현재는 배출활동별 온실가스 배출량 세부산정방법과 기준을 Tier 1, 2, 3, 4로 마련하여 관리하고 있다. 활동자료와 배출계수로 계산하는 Tier 1~3 기준에는 화석탄소함량(FCF)을 적용하여 폐기물에 포함된 바이오매스의 비율이 제외될 수 있는 반면, 소각시설에서 발생하는 배출가스 중의 온실가스를 직접적으로 측정하는 Tier 4(연속측정법)에서는 총 CO2만 측정 가능하기 때문에 온실가스 중의 바이오매스량을 제외하기 위해서는 화석연료 기원물질에 의한 배출량과 바이오매스 기원물질에 의한 배출량 구분이 필수적이다. 따라서 본 연구에서는 생활폐기물 소각시설과 사업장폐기물 소각시설 각각에서 연소 후 배출되는 가스를 가스샘플링장치를 이용하여 포집하였으며, 포집한 가스성분과 CO2 중의 바이오매스 기원물질량을 확인하였다. 기체시료 중의 바이오매스량을 측정분석하기 위해서 탄소동위원소를 이용한 가속기 질량분석기(Accelerator Mass Spectrometry)를 이용하였으며 보다 명확한 온실가스배출량 산정을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.

지속적인 화석 연료의 사용으로 인해 발생하는 환경오염 때문에 대체에너지를 찾는데 많은 연구가 진행되고 있다. 국내에서 발생되는 폐기물은 가연분 함량이 높아 폐기물 고형연료로 생산할 경우 화석원료의 대체제로 사용 가능성이 크다. 이러한 SRF는 최근 주목 받기 시작한 기술로 폐기물을 선별･파쇄 및 건조를 거쳐 생산되며, 국내 SRF의 발열량 기준은 약 3,500kcal/kg 으로 화석연료 및 바이오매스와 비교했을 때 연료로 사용하는데 문제가 없을 정도의 품질기준을 만족시키고 있다. 하지만 SRF의 생산 효율이 60%이하로 낮은 실정에 있어, 연료로 사용가능한 폐기물들이 버려지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 극복하기 위한 방안으로 SRF를 생산하고 남은 잔재물(저품위 폐기물)을 다시 고형연료로 생산하여 열처리 시설에서 에너지 회수 시설에 적용하기 위한 실험의 하나로 저품위 폐기물의 기초특성분과 본 폐기물의 연소특성에 대해서 평가하였다. 실험결과 비록 MBT(Mechanical Biological Treatment) 처리를 거친 저품위 폐기물을 사용했지만 기존 SRF 연소특성과 비교했을 때 좋은 연소특성을 보였으며, 대기배출허용기준 또한 만족하였다. 본 연구에서는 SRF를 이용하여 에너지화 기술 중 하나인 가스화기술을 적용해 실험을 진행하였다. 실험조건으로는 고정층 반응기에서 공기 산화제를 사용하였으며 반응온도와 시료투입량을 900℃와 1g/min으로 고정하였다. 최적 ER(Equivalent ratio)을 찾기 위하여 0.2,0.4,0.6으로 변화를 주었다. 또한, 가스특성을 평가하기 위하여 Micro-GC를 통해 합성가스의 조성을 파악하였으며, 건조가스수율, 냉가스 효율, 탄소 전환율을 가스화특성 평가 인자로 사용하였다.

‘Jungmo1038', a mid-late maturing, high dry matter yielding rice (Oryza sativa L.) cultivar with glabrous leaf and hull, was developed for whole crop silage (WCS) use. It was derived from a cross between ‘SR24592-HB2319’ with high biomass, smooth leaf and hull and good germinability in low temperature and new plant type (NPT), ‘IR73165-B-6-1-1‘ which had low tillering trait, large panicle, dark green leaf, thick and sturdy stem and vigorous root system. This cultivar had about 125 days growth period from seeding to heading, 99㎝ culm length, 20㎝ panicle length, 13 panicles per hill, 119 spikelets per panicle and 1,000-grain weight of 23.3 g as brown rice in central plain region, Suwon. This hairless WCS rice variety was weak to cold stresses similar to ‘Nokyang’ but was resistant to lodging in the field, strong to viviparous germination and good to low temperature germination. In addition, ‘Jungmo1038’ 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 17.2 MT/ha, 21% higher than that of ‘Nokyang’. This glabrous cultivar had 6.6% crude protein and 62.4% total digestible nutrients a little low compared to ‘Nokyang’. In Korea peninsular, 'Jungmo1038' 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. 5634).

In this study, the COSLIF method for the pretreatment of lignocellulose biomass was employed to overcome the disadvantages of the conventional DA method. When lignocellulose biomass was hydrolyzed by the COSLIF method, dried rice straw produced glucose corresponding to 60.1%, while herbal medicine waste was found in 25.2%. The optimum conditions of the COSLIF method for the pretreatment of biomass were as follows: 84% phosphoric acid, 50oC, and 45 min. The COSLIF method for corn stover showed more lignin-removal characteristics than the DA method. Glucan digestibility in the COSLIF method at a high enzyme dosage was found to be 97% and at least 90% in 12 h and 24 h, respectively, while in the DA method, it was 84% in 72 h. In addition, at a low enzyme dosage, glucan digestibility was 93% in 24 h in the COSLIF method and 60% in 72 h in the DA method. This demonstrates that the COSLIF method is more efficient than the DA method.

임산 폐기물인 폐목재를 포함한 바이오매스(Biomass)는 대체에너지의 한 분야로 전 세계적으로 활발히 연구가 진행되고 있다. 그 중 바이오매스 열분해를 통한 바이오오일이 주목받고 있다. 그러나 매우 높은 산소비율 및 산성을 띄고, 강한 부식성에 화학적으로 불안정한 특징들을 가지고 있다. 석유 대체자원으로서의 단점들을 보완하기 위해 바이오 오일의 고품질화를 통한 원하는 케미컬 물질 향상에 대한 연구가 필요하다. 이에 대한 연구로 촉매적 고품질화가 있으며, 촉매로는 제올라이트가 있다. 하지만 낮은 hydrothermal stability와 높은 가격으로 경제적인 면으로 떨어진다. 이에 metal oxides에 대한 연구를 통해 단점들을 보완 연구가 필요하다. 본 실험은 Semi-batch reactor를 사용한 저속 열분해(slow pyrolysis)공정이며, 이는 낮은 승온률(10℃/min)과 긴 반응시간(40min)반응이다. 실험 전 Feedstock을 65℃, 5일 오븐에 건조시켰으며, 입자크기는 1 mm 내외이다. 고정된 실험조건은 500℃에서 촉매와 폐목재(1:100)를 섞어서 실험하였다. 선정된 촉매는 MeO(Me=Ca, Mg)이며, 바이오오일의 화학적 성분분석을 위해 GC-MS를 이용하였다. 분석 전 전처리 용매(Ethyl acetate)를 사용하였으며, 수분제거는 Na2SO4로 충분히 제거하였다. 실험 결과 회수된 바이오오일의 수득률은 무촉매에서 42 g, 각각 촉매 41 g(Ca), 38 g(Mg)이다. 각 촉매의 영향으로 Phenolic compounds, Furan 등을 분석하여, 바이오 오일의 화학적 질적향상을 평가한다.

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 물성분석과 회분식의 흡착평형실험을 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, 커피부산물을 소재로한 흡착제의 황화수소 평형흡착능은 활성탄을 능가하는 우수한 성능을 보임으로써, 악취제거용 흡착소재로 활용성이 클 것으로 예상되었다.

축산폐수는 질소와 인을 다량으로 포함하고 있으며, 1, 2차 처리 후 90% 제거되는 유기물과는 달리 질소나인 등의 영양염류는 제거효율이 상대적으로 낮다. 이 처리수가 그대로 수계에 방류되면 녹조현상 및 부영양화의 원인이 되기 때문에 폐수의 3차 처리(고도처리)가 필수적이다. 그동안의 연구에서 축산폐수 내 영양염류를 제거하는 데에 미세조류를 이용하는 것이 효과적이라는 사실이 밝혀졌으며, 이때 생산되는 바이오매스는 바이오 에너지의 생산원료로도 활용이 가능하다. 이에 본 연구는 축산폐수 고도처리에 활용 가능한 미세조류 Chlorella emersonii 종의 성장 동역학 및 질소농도변화에 따른 광독립영양성장율과 질소 제거효율을 비교하여 축산폐수의 고도처리 적용 가능성이 가장 높은 배양환경을 도출하고, 미세조류를 이용한 축산폐수 고도처리의 적용 가능성을 response surface methodology를 이용하여 평가하였다. 본 연구는 예비실험 결과 질소 제거와 바이오매스 생산에 효과적인 것으로 나타난 녹조류인 Chlorella emersonii 종을 이용하였고, 축산폐수는 1차 및 2차 처리를 거치고 난 후의 유출수를 공급받아 GF/C filter로 여과 후 고압멸균을 하는 전처리 후 사용하였다. 모든 실험은 triplicate로 진행되었고 평균값을 나타낸다. 실험은 500 mL media bottle (TriForest Enterprises, Inc, USA)을 광반응조로 이용하였고, 유효부피는 400 mL로 설정하였다. 광독립영양성장을 위한 무기탄소원 공급을 위해 0.04%의 CO2 를 포함한 공기를 6 Lair/min의 속도로 0.45 μm filter를 통과시킨 후 주입하였다. 광에너지원은 특수제작된 LED Light를 이용하여 photosynthetically active ratiation으로 실험 조건에 따라 반응조 외부표면 측정기준 80, 160, 240 μmol/s･m²이 되도록 조절해주었다. Shaking incubator를 활용하여 실험 조건에 따른 온도와 교반속도를 각 25, 35, 45℃, 110 rpm으로 제어하였다. 전처리를 모두 거친 축산폐수의 낮은 질소농도는 NH4Cl을 활용하여 반응조 내에서 100 mg N/L 내외의 범위에서 실험계획에 따라 조절하여 배양하였고 인의 농도는 제한하지 않았다. 미세조류 C. Emersonii 종을 최적의 조건에서 배양할 경우 최대 61%의 질소 제거율을 나타냈다. 또한 최적의 조건에서 평균 비성장속도가 0.5096 day-1 이상으로 나타나 바이오매스를 대량으로 생산해낼 수 있는 가능성을 보였다. 종합하면, 본 연구는 미세조류 C. Emersonii 종을 축산폐수처리에 실제 적용이 가능함을 보임과 동시에 유용자원이 되는 바이오매스의 생산이 가능함을 확인하였다.

최근 화석연료의 고갈, 정부의 신재생에너지 보급정책에 맞추어 바이오매스에 대한 관심이 높아지고 있다. 바이오매스 가스화 공정은 대표적인 신재생연료의 하나인 바이오매스를 가스화반응을 통해 합성가스를 생산하는 친환경적, 탄소 중립적 열적처리 공정이다. 그러나 바이오매스만을 단독으로 가스화 하였을 경우 수급성 및 낮은 발열량으로 인해 문제점이 제기 되고 있다. 따라서 본 논문에서는 사회적으로 처리문제, 건강위해성 문제가 되고 있는 고발열량의 폐플라스틱을 함께 Co-gasification 함으로써 이를 보완하고자 하였다. 또한 본 연구에서는 반응이 용이한 톱밥형태의 목질계 바이오매스와 폐플라스틱 중 많은 비중을 차지하는 Polypropylene(PP), Polyethylene(PE)를 이용하여 여러 조건 변수에 따른 가스화반응 특성을 파악하고, 이러한 혼합원료를 에너지원으로 활용하는데 기초자료를 제공하고자 한다. 바이오매스와 폐플라스틱의 혼합원료 가스화 특성을 파악하기 위해 회분식 반응기를 이용하여 실험을 하였으며 실험 변수는 반응온도와 공기비, 시료의 혼합비율이 고려되었고, 촉매로써 활성탄, 돌로마이트, 올리바인을 사용하여 각각의 변화에 따른 최적의 반응조건을 도출하고 합성가스 조성 및 생성물의 분포특성을 비교 분석하였다. 주요 합성가스 생성물은 CO, H2, CH4로 실험결과 바이오매스와 폐플라스틱 혼합시료는 반응온도가 증가할수록 탄소가 부분 산화되어 일산화탄소가 생성되는 반응, 탄소가 완전 산화되는 반응, 그리고 탄소와 수분이 반응하여 일어나는 수성가스 반응 등의 영향으로 조성비가 증가하여 가스의 발열량이 증가하였다. 또한 PP, PE 혼합 시료의 경우 바이오매스 단독 시료의 가스화보다 생성물이 상대적으로 많이 발생되었음을 확인할 수 있었으며, 혼합비율이 증가할수록 액상생성물 및 타르성분, 왁스성분이 증가하여 가스 생성물의 양이 줄어드는 것을 확인하였다. 촉매의 경우 돌로마이트를 사용할 경우 H2의 생성율이 가장 높았고 올리바인 촉매의 경우 돌로마이트나 활성탄에 비해 크게 합성가스 조성에 긍정적인 영향을 미치지 못했다.

현재 국내에서 은행나무(maidenhair tree)는 상당 부분의 가로수를 차지하고 있으며, 계절 특성상 늦가을을 중심으로 가지치기가 행하여진다. 이때 상당량의 잔재목이 발생되며, 이를 저장하여 4계절동안 사용하는 것이 방법이 고려되는 것이 필요하다. 또한 볏짚 역시 수확기인 가을에 대량으로 발생되는 특징을 갖는다. 이를 전부 비료화하여 이용하는 것은 어렵다고 생각된다. 따라서 계절적으로 다량으로 발생되는 잔재목 및 볏짚을 효율적으로 저장하기위한 방법으로 반탄화를 고려하였다. 물론 반탄화 이후 분진폭발 등의 고려가 필요하며, 물을 첨가하는 방법이 생각될 수 있다. 본 연구에서는 은행나무의 잔재목 및 볏짚을 반탄화하여 이용하는 경우의 중량 및 성상의 변화에 대하여 연구를 실시하였다. 반탄화는 세루로스(Cellulose) 및 리그닌(Lignin)에 비하여 상대적으로 열분해가 용이한 헤미세룰로스(Hemicellulose)를 가스화하여 발열량을 높이고, 적체적인 중량을 감소시키는 방법으로 보관 및 저장에 용이한 장점이 있다. 반탄화 온도는 약 200℃∼350℃범위에서 실시하였으며, 은행나무 및 볏짚의 반탄화물은 TGA (Thermogravimetric Analysis)를 실시하여 가열온도 구간에 따른 질량의 감소의 변화를 관찰하였다. 반탄화에 의한 중량 감소는 온도의 증가에 따라 증가하였으며, 발열량의 증가도 이와 같은 경향을 나타냈다. (은행나무의 경우 초기 2100 kcal/kg에서 반탄화 후 최고 4800kcal/kg) 이는 수분의 증발(목재의 경우는 초기가 약 27%에서 반탄화 후 3,2%) 및 목재 중 산소의 성분의 감소(원소분석 결과 산소는 약 28%∼32%)에 의한 것으로 사료되었다. 반면 탄소의 함유량 변화는 미미 하였으며, 수소의 감소량 역시 상대적으로 적었다. 따라서 C/H(탄소/수소)는 상대적으로 증가였다. 특히 볏짚의 경우가 상대적으로 C/H의 증가가 높았다. 반탄화화에 의한 중량 감소는 은행나무는 약 55%까지 볏짚의 경우 67%)까지 가능한 것으로 판단되었으며, 이에 따른 석탄발전소의 운반 및 이용이 용이할 것으로 사료된다.

바이오매스는 산업혁명을 거치며 전 세계적으로 화석연료가 이용되기 시작한 이후에도 여전히 중요한 에너지원의 일부를 차지해 왔다. 이는 탄소 중립적인 연료로써 적절한 활용을 통해 지구 온난화 문제해결의 중요한 대안의 하나이며, 신재생연료로 활용가치가 매우 크다고 평가받고 있다. 또한 현대 문명이 만들어낸 혁신적인 제품으로서 20세기를 주도하는 기술 중 하나인 플라스틱은 생산과 소비가 증가함에 따라 빚어진 부산물로 폐플라스틱의 소각 처리 시 높은 발열량과 제 2차 오염물질 발생 등으로 인해 심각한 환경오염 문제를 일으키는 요인으로 알려져 있다. 따라서 목재 및 플라스틱의 재활용에 대한 필요성이 대두됨에 따라 이들 혼합연료를 에너지원으로 사용하기 위한 연구가 선행되어져 있으나 그 중에서도 바이오매스량 산정에 대한 방법과 기초데이터는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 목질계 바이오매스인 목재와 PE를 혼합 목재의 함량을(100%, 80%, 50%, 30%, 10%, 0%)한 연료를 실험실의 반응로에서 연소시켜 배출되는 가스를 포집하여 배출 가스 내의 바이오매스 함량을 가속기질량분석법 (AMS: Accelerator Mass Spectrometry)를 통해 분석하였다. 또한 목재와 PE을 혼합한 고체 연료를 용해선별법(SDM: Selective Dissolution Method)을 통해 고체 혼합연료 내의 바이오매스 함량을 분석하였다. 분석한 결과 연소 후 배출가스를 통한 AMS분석은 목재를 100%, 80, 50, 30, 10, 0의 비율로 연소시켰을 때 결과 값이 100%, 73, 40, 22, 9, 2의 바이오탄소 함량 결과를 얻었으며, 고체연료의 SDM을 통해서는 목재가 100%, 80, 50, 30, 10, 0의 비율로 혼합되었을 때 99%, 74, 44, 27, 9, 1의 바이오매스 함량 결과를 얻었다. 목재와 PE의 바이오매스 함량은 일반적으로 100%와 0% 이나 목재 중의 이물질이 포함되어 있고, PE의 경우 순수한 원료가 아닌 농촌폐비닐을 재활용한 재생 PE제품으로 이에 따른 바이오매스 함량이 변화가 있음을 알 수 있었다. 또한 연료의 혼합 비율에 따라 바이오매스가 포함 되어있고, 연소 후 배출가스 속의 바이오탄소 함량이 고체 연료의 바이오매스 함량과 비교하였을 때 오차가 5%이내 임을 알 수 있었다.

Recently, it is a critical issue for Korea that Metropolitan Landfill site life extension was in crisis contrast for localresidents and local governments. In Europe and Japan, the generation of waste and landfills were suppressed and theyintroduced the MBT facility in order to increase the recycling and energy recovery. In this study, the process of domesticMBT facilities were evaluated by the physical and chemical composition, calorific value and biomass content, the aerobicbiodegradation of biodegradable waste by comparing and analyzing each step through the evaluation. Both organic residuesand inorganic residues carbon content discharged from the MBT analysis, moisture content, calorific value of residues didnot meet solid refuse fuels quality standards. While the biomass content and aerobic biodegradation higher than standardbiodegradable waste landfill in Europe. Biodegradable organic residue selected from domestic solid fuel manufacturingfacility is expected to be able to manage through the biomass content and biological stability analysis. Based on the resultsof future research it is needed to review the criteria and additional landfill energy recovery by incineration residues.