Tungsten carbide is widely used in carbide tools. However, its production process generates a significant number of end-of-life products and by-products. Therefore, it is necessary to develop efficient recycling methods and investigate the remanufacturing of tungsten carbide using recycled materials. Herein, we have recovered 99.9% of the tungsten in cemented carbide hard scrap as tungsten oxide via an alkali leaching process. Subsequently, using the recovered tungsten oxide as a starting material, tungsten carbide has been produced by employing a self-propagating high-temperature synthesis (SHS) method. SHS is advantageous as it reduces the reaction time and is energy-efficient. Tungsten carbide with a carbon content of 6.18 wt % and a particle size of 116 nm has been successfully synthesized by optimizing the SHS process parameters, pulverization, and mixing. In this study, a series of processes for the highefficiency recycling and quality improvement of tungsten-based materials have been developed.

This paper studies the flow characteristics inside the low-temperature carbonization(LTF) including sealing chamber with labyrinth. The flow behavior inside the furnace was analyzed according to different labyrinth shapes. The effects of labyrinth baffle number, and clearance between upper and lower baffles in the sealing chamber were investigated. The large vortex and stagnation region are generated in the chamber when the gap between the baffle and baffle is small. As a result, the gas discharge flow rate can be increased by 29.4% when the flow space of labyrinth is made 75% of the baffle length.

본 연구는 여러 해조류 소재 중에서 국내 생산량이 많고 연소가 뛰어나 수율이 높은 해초액 화합물을 대량생산 실용화가 가능한 것을 목표로 하며, 해조류인 미역 다시마 톳 기타 김 등을 이용하는 것으로서 주로 원료확보는 폐자원 해조류 등을 이용하여 고온에서 Poly step trap식 건류 공정 적용인 탄화공정을 수반함으로서 생성된 해초 액을 개발하는 연구다. 이를 분리 정제하는 기술적 공정을 개발하고 나아가 시제품을 개발하여 농업, 식품, 비료, 의약품 대체화를 추진함과 동시에 제일 문제시 되고 있는 식품 첨가제를 해결함으로서 고 부가치성 창출과 바이오 생물약제 원료로 개발하고자 하였다. 그래서 해초 액을 추출 분리 및 정제연구를 실시하여 화합물 분석실험을 추진하였다. 그리고 목초액과 성분비교 우위성 입증실험을 성분비교실험을 통해서 비교 검증실험을 추진하였다.

본 연구는 배지 구성물질로서 발포 유리질 소재(CGF)와 탄화 밤나무 목재입자(CCW)를 이용하여 배지를 재발하고 원예재배용 배지의 국산화를 위해 수행되었다. 토마토 종자는 발포 유리질 소재, 탄화 목재입자, 입상암면(GR), 그리고 피트모스를 혼합한 4종의 배지를 만들어 플러그 트레이에 충진하여 종자를 200구 플러그 트레이에 4반복으로 파종한 후 fog 번식상에서 3일간 발아시켰다. 발아 후 양지붕형 유리온실에 난괴법으로 배치하여 저면관수로 양액을 공급하여 육묘하였다. 상업적으로 이용되는 공정육묘 배지(토실이)를 대조구로 이용하였다. 플러그묘의 생육은 파종 후 31일째 측정하였다. 모든 처리에서 유사한 생육결과를 나타냈지만 특히 CCW(67%)+peatmoss(33%) 혼합배지에서 초장, 뿌리등급, 생체중, 그리고 배지의 기상과 가비중이 다른 처리에서보다 유의성 있게 좋았다. 모든 배지의 pH는 6.3∼7.4의 범위로 측정되었다. CGF와 입상암면의 혼합비율이 증가할수록 배지의 pH는 증가하였다. 재배 후 배지의 EC는 대조구에서 가장 높았으나 독성증상은 관찰되지 않았다. 엽수와 엽록소 함량은 처리간 유의성이 없었다.

석탄계 핏치의 열처리 온도 및 압력에 따른 결정화도와 기공도 그리고 산화저항성 등을 관찰하였으며, hexagonal type 4D 탄소/탄소 복합재를 석탄계 핏치로 가압함침 및 탄화시킨 다음 가해준 압력이 고밀도화에 미치는 영향을 관찰하였다. 석탄계 핏치의 가압탄화 압력이 흑연화도에 크게 영향을 미치지 않았으며, 기공면적비에 있어서는 압력을 600bar로 상승시켜 줌으로써 상압 처리한 경우 보다 1.5배 정도 감소 하였다. 650˚C까지 열처리하여 얻은 코우크스의 산화반응 개시온도는 처리압력이 증가함에 따라서 지연되었다. 탄소/탄소 복합재의 함침압력을 100bar에서 600bar로 상승시켜 줄 경우 밀도 증가율이 크게 향상 되었으며 기공도는 감소하였다.

본 연구에서는 2D-woven fabric에 결합재로 페놀수지를 사용하여 성형한 CFRP의 탄화거동을 관찰하였다. TMA분석 결과 적층 두께방향에서는 365-370˚C 법선방향에서는 118-128˚C 에서 치수변화가 일어났다. 각 온도 구간별로 광학현미경으로 관찰한 결과 CFRP제조시 형성된 크랙이나 기공은 열처리온도에 따라 성장하였으며, 400-500˚C 부근에서 새로운 많은 크랙이 형성되었다. 기공률과 밀도가 400-500˚C 에서 급격히 변화한 것을 볼 때 이 구간에서 복합재 내부에서 크랙이 형성 및 성장하는 것을 알 수 있었다. 따라서 CFRP를 탄화할 때 승온속도를 구간별로 조절할 필요성이 있는 것으로 판단되었다.

지난해 12월, 저탄소, 청정에너지 체제로의 전환에 역점을 두고 2030년까지 전체 발전량 중 재생에너지의 비중을 20%로 높이는 한편 신규 발전설비 중 95% 이상을 풍력, 태양광에너지로 공급하겠다는 목표를 구체화한 ‘재생에너지 3020 이행계획’을 정부에서 발표하였으나, 국내 자연환경 여건상 풍력, 태양광 에너지 생산 적합여부가 불분명하여 많은 우려를 낳고 있다. 따라서 폐기물, 바이오매스를 통한 에너지 생산기술 개발 시 보다 친환경적이며, 에너지 전환에 소요되는 에너지 소비량을 낮출 수 있는 기술개발이 필요한 실정이다. 고함수율, 저발열량의 하수슬러지와 같은 폐바이오매스를 단독으로 사용한 고형연료 생산에는 선진기술개발 및 다량의 에너지가 요구되고 있어 폐바이오매스를 활용한 고형연료 생산기술 개발 시 경제성 부족으로 어려움을 야기하고 있다. 상대적으로 낮은 함수율과 높은 발열량을 갖춘 폐바이오매스인 폐목재를 혼합하여 고형연료를 생산하는 경우, 소요되는 에너지 소비량을 낮출 수 있는 장점이 있다. 또한, 폐바이오매스의 열적 고형연료화 반응 중 하나인 반탄화 기술을 활용하여 고형연료 생산수율과 고형연료 저장성 증가를 도모할 수 있다. 본 연구에서는 하수슬러지, 폐목재를 활용한 Bench급 혼합폐바이오매스 반탄화 시스템에서 도출한 운전인자 변수(반응온도, 혼합비에 따른 투입시료 함수율, 체류시간)를 통해 열수지 평형을 이용한 건조로, 반탄화반응로, 반응열 공급 연소로로 구성된 엑셀기반 혼합폐바이오매스 반탄화 공정모사해석툴을 구축하였다. 공정모사해석 결과를 바탕으로 혼합 폐바이오매스 반탄화 고형연료 생산 공정에서의 공정구성 및 운전조건의 최적 점을 분석하였다.

Using a mixture of sewage sludge and woody waste, optimal conditions for the bio-briquette process of carbonization residue were evaluated by compressive strength and bulk density. For the bio-briquette process, the optimal conditions were determined to be a molding temperature of 110oC and a moisture content of 10%. As the lignin in the carbonization residue can be used as a natural binder because of its plasticizing property, the bio-briquette process uses this property. To increase the compressive strength to >3.50 MPa, binders such as polyvinyl alcohol (PVA), guar gum, and starch were mixed in the carbonization residue. At 3 wt.% of PVA, 3 wt.% of guar gum, and 5 wt.% of starch, the conditions of binder usage were evaluated. To examine the cost in the bio-briquette production with the addition of the binder, the proportion of binder cost for the bio-briquette production were evaluated at 9.2% for PVA, 8.6% for guar gum, and 3.3% for starch, and starch was determined to be the best binder for the bio-briquette process.

많은 연구에서 기후변화에 따른 화석연료의 문제점을 제시하고 있는 상황에서 신재생 에너지나 대체 에너지 필요성이 요구되고 있다. 바이오 에너지는 대체에너지로서 직접 사용 보다는 다른 공정을 거쳐 자원의 효율화를 높이는 게 중요하다. Torrefaction (반탄화)는 이러한 자원 효율성을 높이는데 효과적으로 하는 공정이다. 반탄화는 주로 200 to 300℃에서 무산소 조건에서 일어나는 공정으로서 열적화학적 전처리 과정이다. 이 공정을 통하여 수분 및 휘발성 유기물 중량을 감소시켜 에너지 밀도를 높일 수 있다. Bergman 등 (2005)은 반탄화 공정에서 온도를 높이면 C/O와 C/H 비율 증가로 인하여 에너지 밀도가 증가 한다고 하였으며 Basu 등 (2014)은 목재의 반탄화를 거친 후 고정 탄화가 증가한다는 연구 결과를 발표하였다. 본 연구의 목적은 왕겨와 커피껍질의 반탄화 과정을 온도변화는 200∼300℃, 체류시간은 20, 40, 60 min을 적용하여 조사하였다. 이를 위하여 반탄화 전 후 물리화학적 특성과 differential thermal analyses (DTA)을 분석하였다. 연구결과, 온도변화가 체류시간보다 더 반탄화에 더 영향을 주었다. 그리고 체류시간 40 min이 농업 부산물인 왕겨와 커피껍질의 재활용으로 적합한 반탄화 조건이었으며 화석연로로 대체하는데 효과적인 실험 결과를 보여 주었다. 물리화학적 특성에서는 휘발성 물질은 왕겨가 70.9%, 커피껍질이 72.2% 이었다. 왕겨와 커피껍질 원료의 발열량은 각각 21.3과 22.5 MJ/kg이었으며 60 min와 300℃에서 반탄화 후 발열량은 29.6과 27.5 MJ/kg이었다. 반탄화에 의한 질량증가는 온도변화와 체류시간, 바이오매스의 특성에 의한 고형물에 의해 결정되었다. Fig. 1은 체류시간 60 min에서 질량증가를 나타내는 그림이며 60 min와 300℃에서 왕겨와 커피껍질의 질량증가는 각각 39.7 wt.%, 32 wt.%이었다. 에너지 밀도는 반탄화 후 잔류탄소함량만으로 추정하였으며 질량증가와 같은 현상인 왕겨가 커피껍질에 비해 높았다. 왕겨와 커피껍질은 농업 부산물로서 커피껍질의 경우 60% 이상 감량화가 일어났음에도 불구하고 에너지밀도의 증가는 큰 차이는 없으나 커피껍질이 왕겨에 비해 상대적으로 에너지 밀도나 고발열량 증가율이 낮은 것은 mass yield와 고발열량 증가율이 적은 영향으로 사료된다. 커피껍질은 왕겨와 비교했을 때 상대적으로 에너지밀도의 증가가 적어 효과가 더 적은 것으로 생각된다.

Carbonization process with pig manure is carried out to estimate the reaction kinetics with increasing carbonizationtime and temperature in the process. From the examination of conversion characteristics of pig manure, carbonizationreaction can be described by the 1st order kinetic reaction. Degree of carbonization, which can be expressed by C/H moleratio, is increased with increasing carbonization temperature. As increased carbonization temperature from 250oC to 400oC,reaction rate constant in the 1st order kinetic reaction is also increased from 0.0622min−1 to 0.1999min−1. Frequency factorand activation energy in Arrhenius equation for pig manure in the carbonization process can be decided by 1.06×10−3min−1 and 5441.8kcal/kmole, respectively. From the results of the reaction kinetics including TGA and SEM analysis,it is desirable that pig manure should be carbonized below carbonization temperature 400oC.

2012년 RPS 제도 시행으로 현재 다양한 신재생에너지의 개발과 바이오매스 탄화 연구가 진행되고 있다. 그러나 혼소에 있어 바이오매스 부산물의 탄화(반탄화)물은 환경･경제성 분석을 통한 바이오매스 연료로써 활용 가능성 규명의 연구 및 분석자료 확보가 필요하나 다양한 바이오매스 원료에 대한 특성분석이 이루어지지 않아 이에 어려움을 겪고 있다. 따라서 탄화물에 대한 고형연료 가능성으로써 사용 가능한 탄화물의 연료범위, 분석방법, 환경･경제성, 정책적 타당성 등 전반적인 검토가 필요한 실정이다. 본 연구에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 목재류(국내) 및 농업부산물(국외) 등의 바이오매스를 탄화(반탄화) 공정을 통해 탄화물 연료로 만든 다음 공업분석, 원소분석, 함수율, 발열량, 비중, 회융점, 회성분 분석 및 중금속 분석을 실시하였다고 이를 통해 바이오매스 원료와 탄화물 고형연료의 특성을 파악하여 연소 특성과 설비영향을 예측하여 석탄화력 혼소연료 품질 기준을 마련하고자 하였다. 아래의 실험은 시료의 건조 후 5 ~ 15mm로 분쇄하여 체류시간 및 온도를 설정 후 반탄화 실험을 진행하여 탄화시간에 따른 온도별 EFB(Empty Fruit Bunches) & PKS(Palm Kernel Shells)의 발열량과 에너지 수율의 분석결과를 Fig. 1, Fig. 2에 나타내었다.