바이오매스의 가스화 기술은 바이오매스를 합성가스로 변환하여 보일러, 엔진, 가스터빈 등에 직접적으로 활용하거나 화학적 변환을 통해 연료를 생산하는 등 에너지 밀도를 높이고 수송, 저장을 용이하게 할 수 있는 기술이다. 가스화 공정에서 바이오매스는 열분해 과정을 거치며 타르(다양한 종류의 탄화수소)와 가스가 생성된다. 이때, 타르는 약 350℃ 내외에서 응축되기 시작하며, 가스화기 등 각종 설비의 후단에 배관 막힘, 부식, 열전달 저하, 촉매 반응성 저하 등의 문제를 야기한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 가스화기 내부에서 일차적으로 타르를 저감하는 방법에 대한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 저속 열분해를 통해 생성된 타르의 특성에 대해 파악하였으며, 반응기 내부에서 가스의 체류시간 및 반응에 사용되는 촤(char)의 유/무 및 종류에 따른 타르의 분해 특성에 대해 분석하였다. 실험에 사용된 바이오매스 샘플은 전나무이며, 입자 크기는 1 cm³ 이고, 수분함량은 7.8%, 회분 함량 0.6%, 휘발분/고정탄소 비는 4.65으로 나타났다. 타르의 분해를 위해 사용된 촤는 미세 표면적, 기공분포, 밀도가 서로 다른 3 종류의 바이오매스(Paddy straw, PKS, 전나무)를 대상으로 열분해(800℃)를 통해 생산하였으며, 입자 크기를 0.5-1 mm 크기로 분류하여 실험하였다. 본 연구에서는 저속 열분해와 타르 분해 실험(열적 분해/촤 촉매반응)으로 나누어 실험을 진행하였다. 두 실험에 사용되는 반응기는 서로 직렬로 연결되어 있어 저속 열분해에서 생성된 열분해 증기(타르, 가스)가 타르 분해 반응기를 통과한다. 열분해는 고정층 반응기를 사용하여 최종 온도 500℃까지 약 10℃/min으로 승온 하였으며, 퍼지 가스는 질소(1.5 l/min)를 사용하였다. 타르 분해 반응기의 온도는 800℃로 유지하였고, 열분해 증기의 체류시간을 1, 3, 5초로 나누었고, 3종류의 촤를 사용해 타르의 전환 특성을 파악하였다. 저속 열분해의 생성물 수율은 촤 26.0%, 가스 22.8%, 수분/타르 51.2%로 나타났다. 열적 분해만 일어나는 경우 체류시간이 1-5 초로 증가할수록 수분/타르의 수율은 36.2-32.7%로 감소하였다. 반면, 고온 분위기에서 타르가 분해되어 가스로 변환되면서 가스의 수율은 38.0-42.1%로 증가하였다. 열적 분해에 비해 촤 촉매반응의 경우 수분/타르의 수율은 체류시간 1초에서 25.7-32.3%, 3초에서 17.8-23.4%, 5초에서 18.2-21.3%로 감소하였다. 3종류의 촤를 체류시간 3초에 대해 비교하면 수분/타르의 수율은 샘플별로 Paddy straw 23.4%, PKS 17.8%, 전나무 21.2%로 나타났다. 촤 촉매반응의 경우 고온에서 촤와 수분이 반응하여 CO, H2로 변환(C(s)+H2O⟶CO+H2)되어 수분/타르의 수율이 낮게 나타났다. 또한, 반응기 상단의 촤 입자 표면에 분자량이 큰 타르가 흡착되는 것으로 나타났다. 촤 종류에 따라 수분/타르의 수율의 차이는 각각 촤의 특성(미세표면적, 기공분포)에 따라 다양하게 나타났다. 결론적으로, 타르는 고온의 분위기에서 일차적으로 분해되며, 체류시작이 길고 촤를 사용할 때 농도가 낮아지며 타르의 저감 특성도 촤에 따라 변화하는 것을 확인하였다. 이 결과는 고정층 가스화기의 타르 저감을 위한 설계 개선에 활용될 수 있다.

석유, 석탄, 원자력, 천연가스 등 화석 연료의 고갈문제가 대두됨에 따라, 전 세계적으로 신･재생에너지에 대한 인식이 점차 증대되고 있으며, 이에 다양한 연구가 개발되고 있다. 신재생에너지 공급 비중은 2012년 기준으로 폐기물(67.77%), 바이오매스(15.08%), 수력(9.21%), 태양광(2.68%), 풍력(2.18%), 해양(1.11%), 연료전지(0.93%), 지열(0.74%), 태양열(0.30%)의 분포를 나타내고 있으며, 특히 이들 중 폐기물과 바이오매스가 80 %이상을 차지하고 있다. 한편, 국내의 경우, 폐기물은 가연분 함량이 높아 SRF (Solid Refuse Fuel)로 재생산하여 보조연료로 활용하고 있으며, 이미 기존 폐기물 소각로로부터 열을 회수하여 지역난방 또는 발전을 도모하는 용도로도 활용되어왔다. 그러나 앞선 통계에서 나타낸 바와 같이, 바이오매스는 국내에서 수급하는데 제한적이므로 신･재생에너지원으로 활용하기엔 공급량이 충분하지 못한 실정이다. 이에 본 연구에서는 팜 오일 산업이 활성화 되어 있는 말레이시아, 인도네시아와 같은 동남아시아 국가를 중심으로 배출되는 해당산업의 부산물을 바이오매스로써 활용하여 부족한 공급량을 충족하고자 EFB (Empty Fruit Bunch)를 이용하였다. 이에 대한 선행연구로부터 열화학반응공정에서의 효율 증가를 위해서는 EFB에 다량함유되어 있는 회분을 제거하여 균질하게 만들어 주는 공정과 바이오매스 가스화 공정에서는 원활한 연속운전을 위해 ‘Agglomeration’ 에 대한 적절한 제어가 필요하다는 것을 확인하였다. 이는 바이오매스 내 알칼리금속이 원인이 되는 것으로 알려져 있어, 이를 위해 본 연구에서는 EFB를 일반 수돗물과 질산용액을 이용하여 세척하여 총 3가지(raw EFB, washed EFB by tap water, washed EFB by nitric acid solution)로 나누어 공업분석과 ICP분석을 수행하였고, 이에 따라 회분 및 알칼리금속 제거 효과를 확인하였다. 이 후, 선행 연구를 통해 도출된 EFB의 가스화 최적조건에 적용하여, 랩 규모(1 kg/hr)의 기포유동층 반응기에서 가스화실험을 수행하였다. 이로부터 합성가스 수율변화, dry gas yield, 냉가스효율 등 가스화 특성변화를 평가하였고, 바닥재를 회수하여 최종적으로 ‘Agglomeration’ 의 저감효과를 정량화하였다.

A RPS (Renewable Portfolio Standard) for South Korea became effective in 2012 with a beginning renewable electricity quota of 2% of total generation of capacities exceeding 500 MW, increasing to 10% by 2022. However, almost of all the coal-fired power plant are not designed to co-firing large amount of biomass with coal. In practice, the biomass cofiring rate is commonly 5 -10% of total heat input. In the case of biomass import, it will cost a great deal on the transshipment, transportation and storage of biomass. Therefore new research and development on the biomass fuel with high energy density in needed to reduce logistics cost on transportation of the biomass fuel. Torrefaction is a thermochemical treatment process of biomass at temperatures ranging between 200 and 300oC. During this process, 70% of the mass is retained as a solid product, and retain 90% of the initial energy content. The physical and chemical properties of torrefied biomass are similar to those of coal. Therefore co-firing torrefied biomass could increase the co-firing percentages much further to even 40%. This review paper looks into the torrefaction technologies of biomass, the technical characteristic of torrefaction reactors, the overview of torrefaction project and the future prospects of torrefaction.

SCB액비 처리에 의한 포플러 클론들의 생육특성을 조사한 결과, 생존율은 처리구와 무처리구에서 각각 95.0%와 92.5%로 양호하게 나타났다. 포플러 클론들의 평균 줄기 수는 처리구 및 무처리구에서 각각 11.8개와 11.5개로 나타났으며, SCB액비 처리구에서 현사시 72-31, Bonghwa1 및 Clivus 클론이 각각 17.1개, 14.5개 및 13.8개로 우수하게 나타났다. 평균 엽면적은 처리구 및 무처리구에서 각각 71.0 cm2와 52.3 cm2로 나타나 처리구가 35% 높았다. 포플러 단벌기 맹아림의 연평균 지상부 바이오매스 생산량을 조사한 결과, 처리구 및 무처리구의 연평균 바이오매스 생산량은 각각 8.5 ton/ha와 5.6 ton/ha로 나타나 처리구가 51% 우수하였으며, SCB액비 처리구에서 현사시 Clivus, 72-31 및 Bonghwa1 클론이 각각 15.2 ton/ha, 14.0 ton/ha 및 11.6 ton/ha로 우수하였다.

Pyrolysis of biomass is the thermal decomposition of its carbohydrate structures into numerious hydrocarboncompounds, light gases and carbon-rich solid residue. Understanding the pyrolysis characteristics is essential asfundamental data for various thermo-chemical conversion of biomass. This study investigated slow pyrolysis of fourIndonesian biomass (sugarcane bagasse, cocopeat, palm kernel shell (PKS), umbrella tree) for a temperature range of300~600oC. With increase in temperature, all samples showed a decrease in the biochar yield as more compounds werereleased as vapors increasing the bio-oil and gas yields. The biochar became more carbon-rich with a carbon content of85% or higher at 500oC. However, the product yields and properties showed large variations between the samples.Cocopeat had the highest biochar yield, while wood and baggasse had the highest bio-oil yield. Despite the low massyields, the biochar of wood and bagasse had the best quality in terms of macro-pore and micro-pore development, whichis a key property for its applications as adsorbent, soil ameliorator, as well as fuel. The bio-oil did not have a sufficientlyhigh HHV for use as main fuel, but could be utilized through co-firing or slurry production with biochar. In the lightgases, CO and CO2 were dominant, but could be burned on-site to supply the heat required for pyrolysis.

In order to obtain the optimal design of a char removal cyclone, the effect of the vortex finder height and inlet shapeon its performance are numerically carried out. The pressure drop and collection efficiency are calculated for four differentcyclones with different vortex finder heights and inlet shapes. To validate the present numerical process, the calculatedpressure drops for two types of cyclones are compared with experimental results and the results show a good agreementbetween experimental and numerical results. From the results, increasing the height of the vortex finder, the collectionefficiency is increased. As for cyclone inlet shapes, the tangential one is characterized by lower efficiency compared withthe volute counterpart. The current result can be used for the design of cyclones with high collection efficiency, especiallyfor removing tiny char which is generated during fast pyrolysis process of waste biomass.

In the present study, lab-scale fast pyrolysis reactor (1kg/hr) using lignocellulosic waste biomass was numerically modeledwith various reaction mechanism and the calculation results were compared. Three kinds of reaction mechanisms were appliedsuch as three-step mechanism, two-stage, semi global mechanism and Broido-Shafizadeh mechanism to simulate chemicalreactions in the fast pyrolysis reactor. The fast pyrolysis reactor was modeled as function of mass fraction and reactiontemperature following each reaction mechanism. Especially, the reaction temperature is one of important factors to determinebio-oil yield. Hence, in this study, reaction rates and yield of fast pyrolysis products were compared with varying reactiontemperature for the three kinds of reaction mechanism. The variation of reaction rate for two-stage, semi global mechanismand Broido-Shafizadeh mechanism showed very similar pattern but, three-step mechanism has different trend because theeffect of secondary reaction was missing. The yield of tar was increased before reaching maximum tar yield at 430oC and520oC for two-stage, semi global mechanism and Broido-Shafizadeh mechanism, respectively then decreased as temperaturerises more. But, the yield of tar was increased continuously for three-step mechanism as temperature rises. The yield of non-condensable gas and char was increased as temperature rises for three kinds of reaction mechanisms.

바이오매스 가스화 반응으로부터 생성되는 타르는 가스화 효율을 낮추고 배관폐쇄에 의한 가스화 시스템의 연속운전에 대한 저해 요소로 작용한다. 효율적으로 합성가스 내 타르를 제거하기 위한 방안으로, 촉매를 활용한 수증기 개질 반응이 주목되고 있다. 특히, 수증기 개질 반응을 거친 타르는 합성가스 내 CO와 H2로 분리되어 더 높은 바이오매스 가스화 효율을 얻을 수 있다. 최근 Iron-based 촉매는 타르 분해 반응에 대한 효과가 보고되고 있으며, 열적 안정성이 우수하다고 알려져 있다. 본 연구에서는 Fe 성분을 함유하고 있는 염색슬러지의 회분을 이용하여 대표적인 타르 성분으로 알려진 벤젠의 수증기 개질 반응 특성에 대하여 알아보았다. 또한 최종적으로 촉매 활성을 잘 표현하는 Kinetic을 개발하였다. 염색슬러지 회분을 활용한 타르의 수증기 개질 반응은 weight hour space velocity(WHSV) 및 반응 온도에 대하여 수행 되었다. 염색슬러지 회분을 이용한 모사타르인 벤젠의 최대 분해 효율은 900℃ 조건에서 약 40%로 분석되었다. 상용촉매에 비해 분해 효율은 낮지만 폐기물 유래 촉매로서 추가비용이 들지 않고 공급량이 충분하기 때문에 접촉시간을 충분히 유지한다면 분해 효율은 더욱 증가할 것으로 기대된다. Kinetic 반응의 Power law model를 통해 측정된 벤젠과 수증기의 반응 차수는 각각 0.43과 0이었으며, 활성화 에너지는 187.6 kJ mol-1로 측정되었다.

화석연료는 현재 가장 많이 이용되는 에너지 수단이다. 그러나 화석연료는 매장량이 한정되어 있고 사용하면서 배출되는 배출가스는 지구온난화와 여러 가지 환경문제를 일으키고 있다. 이러한 화석연료의 대체할 에너지로 자연 에너지로서 재생 가능하여 반영구적으로 사용이 가능한 재생가능에너지(Renewable energy)가 주목되어지고 있다. 바이오매스는 다른 재생가능에너지와는 다른 탄소계의 에너지 자원이고 전기에너지 이외에 고체, 액체, 기체연료나 화학연료 및 원료로 변환 할 수 있다는 장점이 있다. 또한 지역적으로 편재되어 있지 않고 carbon neutral 에너지로 지구온난화 문제에서도 자유로운 장점으로 인해서 현재 기술적, 경제적 관점에서 가장 현실적인 대체에너지라 할 수 있다. 그러나 이러한 바이오매스도 에너지밀도가 낮고 분산되어 있어 수집, 저장 및 운반비용이 크고 기후의 영향을 받으며, 다양성으로 인한 불균일성으로 인해서 사용 측면에서 어려움이 있다. 따라서 이러한 바이오매스의 단점을 극복하기 위한 방법으로 열수탄화 방법을 이용한 고형연료 생산기술이 주목을 받고 있다. 본 연구는 실험실 규모의 압력반응기로 바이오매스 중에서 폐목재를 이용하여 열수탄화 반응 특성을 반응조건별로 확인하였다. 생성된 고체생성물의 고형연료 특성과 액체생성물의 특성을 평가하였다. 반응온도와 반응 시간은 증가할수록 발열량은 증가하고 수득율은 감소한다. 또한 휘발분의 함량은 감소하고 고정탄소의 함량은 증가한다. 물과 폐목재의 혼합비율도 반응에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 액체생성물은 반응온도와 시간이 증가할수록 COD와 유기산의 농도는 증가하고 총질소와 총인의 농도에는 변화가 없었다. 열수탄화 전후의 수분 재흡수성을 비교하면 반응 후 고체생성물의 수분 재흡수성이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있다. 또한 기존의 반탄화(torrefaction) 고체생성물보다 성형성이 좋은 것으로 확인되었다.

국내에서 발생된 폐바이오매스 중 에너지화 가능한 폐바이오매스는 2007년 기준 약 1,167 톤이 발생하지만, 이 중 약 3.5%만이 에너지원으로 활용되고 있다. 여러 종류의 폐바이오매스 에너지화 방법 중 소각, 가스화 또는 열분해 같은 열화학적 전환방법은 높은 에너지 수율을 얻을 수 있다는 장점 덕분에 각광을 받고 있다. 이중 급속 열분해는 높은 오일 수율을 얻을 수 있다는 장점과 액체연료가 갖는 장점 때문에 국내외에서 활발하게 연구되고 있다. 이에, 본 연구에서는 폐바이오매스를 이용한 급속 열분해 반응기 모델링이 수행되었다. 모델링된 반응기는 실험실 규모(1 kg/h)로 반응기 내 급속 열분해의 화학 반응 모사를 위해 two-stage semi global kinetic mechanism이 모델에 적용되었으며, 온도와 질량 분율 등의 함수로 모델링되었다. two-stage semi global kinetic mechanism은 폐바이오매스가 응축가스, 비응축가스 그리고 촤로 분해되는 1차반응과 폐바이오매스로 부터 생성된 응축가스가 다시 비응축가스와 촤로 분해되는 2차반응으로 구성되어 있다. 먼저 각각의 반응온도에 따른 반응속도를 살펴보았으며, 반응기 출구에서의 급속 열분해 생성물의 수율을 살펴보았다. 모델링된 급속 열분해 반응기 출구에서의 온도변화에 따른 생성물의 수율은 실험값과 함께 비교, 평가되었다. 모델링을 통해 해석된 결과는 먼저, 응축가스의 경우 온도가 증가함에 따라 증가하다 최고 수율을 갖고 감소하였으며, 비응축가스와 촤의 경우 온도가 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. 바이오오일 수율에 직접적인 영향을 미치는 응축가스 수율을 실험값과 비교하였을 때, 해석된 결과와 같은 경향을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

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.

전 세계의 에너지 수요 증가로 인한 원유 가격의 상승과 화석연료 대체를 위한 신재생에너지 사용에 대한 각국의 인센티브 효과로 인하여 바이오매스와 같은 신재생 에너지의 수요가 상승할 것으로 예측된다. 국내의 경우 신재생에너지 공급의무화 제도인 RPS (Renewable & Portfolio Standards) 제도를 2012년부터 도입하여 500 MW 이상의 발전소는 총 발전량에 대한 신재생에너지를 사용한 전력공급율을 2012년 2%를 시작으로 2022년까지 10%로 실시할 계획이다. 현재 바이오매스 전소발전과 혼소발전에 대한 RPS 가중치가 각각 1.5와 1.0으로 해상풍력, 조력 및 연료전지 다음으로 높기 때문에 고열량이면서 에너지 밀도가 높은 바이오매스 연료의 개발이 요구된다. 반탄화는 반응온도 200 ~ 300℃ 범위의 무산소 조건에서 일어나는 바이오매스의 열화학적 전처리 공정으로 반탄화를 통해서 원래의 바이오매스가 지닌 질량의 70% 정도가 탄화물의 형태로 남고 이 탄화물은 초기 에너지량의 90%를 보유한다. 본 연구에서는 팜 오일 생산공정에서 발생하는 부산물중 하나인 EFB(Empty Fruit Bunch) 및 국내에서 생산된 왕겨를 사용하여 200 kg/hr급 Pilot 규모의 연속식 로타리 킬른 반응기에서의 반탄화 특성을 비교･분석하였다. 특히 사용 원료별 생성물의 수율 및 특성 분석을 통한 전체 시스템의 물질수지와 열수지 결과를 바탕으로 하여 전체 시스템의 에너지 이용 효율을 분석하였다.

고분자 합성기술의 발전에 따른 플라스틱의 생산율이 높아짐에 따라 배출되는 폐 플라스틱의 다양성에 따른 환경오염 문제의 관심사로 대두되면서 폐 플라스틱 처리의 해결 필요성이 높아지고 있다. 화석연료의 고갈로 인하여 신재생에너지에 대한 관심이 높아지고 있는 현재 폐기물을 대상으로 하는 가스화 공정은 환경문제와 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있는 공정 중 하나이다. 가스화는 소각기술과는 달리 열화학적 변환기술로서 환원성분위기에서 반응이 진행되므로 폐기물 내의 탄소 및 수소 성분은 일산화탄소 및 수소가 주성분인 고부가 가치의 가스를 생산하여 활용성이 높은 재생에너지를 생산하는 기술이다. 생산된 합성가스는 CO, H₂가 주성분으로서 다양한 공정을 거쳐 합성하면 다양한 원료 물질의 제조가 가능하다. 또한 친환경적인 수소생산을 위해서는 원료선정에 있어서 자원화 및 재생 가능한 원료로 활용하는 것이 바람직하며 이러한 측면에서 수소를 생산하는 다양한 방법 중 폐자원인 바이오매스 및 폐기물을 이용한 가스화를 통해 수소생산방식이 유용하다고 할 수 있다. 폐자원을 자원화 하는 경우 원료 비용 및 처리에 따른 비용절감 효과를 이룰 수 있다. 국내외에서 바이오매스 및 폐기물 각각의 원료에 대한 가스화 실험은 많이 수행되었으나 혼합원료에 대한 연구는 매우 적은 상황이다. 본 연구에서는 목질계 바이오매스 중 반응이 용이한 톱밥과 폐플라스틱 중 많은 비중을 차지하는 polypropylene, polyethylene을 혼합비율에 따른 가스화 반응특성을 알아보는 연구를 수행하였다. 폐 플라스틱 가스화를 통하여 저 발열량을 가지는 물질과 함께 넣어줌으로써 고발열량의 생성물을 생성시켜 줄 것으로 사료된다. 이를 이용하여 합성가스 조성, 탄소전환율, 냉가스효율등의 가스화 효율을 연구하고자 한다. 혼합가스화의 변수별 가스화반응 특성을 알아보기 위해 회분식 가스화 반응기를 이용하여 실험을 수행하였으며 시료 입자크기에 따른 영향을 최소화하기 위해 입자크기를 균일하게 분쇄, 혼합하여 사용하였다. 가스화의 변수는 반응온도와 Equivalence Ratio, 시료혼합비율이며, 각각의 변화에 따른 합성가스 조성 및 수소수율, 일산화탄소 수율변화 등 실험적인 가스조성 변화의 영향을 파악하여 최적 원료 혼합조건을 파악하였다.

바이오매스는 효과적으로 바이오 연료를 얻을수 있는 신재생에너지로서 대체에너지로 각광 받고 있다. 특히, 본 연구에서 사용된 팜 부산물(EFB)은 주로 말레이시아, 인도네시아 등에서 팜 오일 생산 공정의 부산물로, 팜열매로부터 증기를 이용해 팜 오일을 추출한 후에 발생되는 부산물로 알려져 있으며, 팜 열매의 약 20%가 EFB로 배출된다. EFB를 포함한 바이오매스에 대해 국내에서는 2030년까지 바이오에너지 공급을 전체 에너지의 3.4%로 그 목표를 설정 하였으나 국내에서는 바이오매스 수급이 어려운 실정이다. 이에 따라 본 연구에서는 이러한 바이오매스 수급 문제와 효율 증대를 해결하기 위해 이미 가스화 공정에 적용가능성이 입증된 화석 연료인 석탄과 바이오매스인 EFB를 혼소 가스화 연구를 진행하였으며, 혼소가스화의 효율성을 확인하기 위해 EFB가스화 공정과 특성을 비교하였다. 본 연구에서 사용된 반응기는 유동층 반응기로서 BFB(Bubbling Fludized Bed) 조건으로 진행 되었으며, EFB와 석탄의 혼소 가스화 적용 가능성을 평가하기 위해 EFB의 기초특성분석을 실시하였다. 기초특성분석에는 원소분석과 공업분석, 발열량 분석을 실시하였으며, 원소분석의 결과 탄소 41.81%, 수소 5.73%, 산소 37.36%, 질소 0.84% 로 분석 되었으며, 발열량(고위발열량 기준)은 3,930 kcal/kg 으로 나타났으며, 마지막으로 공업 분석의 결과 수분 9.03%, 휘발분 64.95%, 고정탄소 19.48%, 회분 5.94%의 함량을 보였다. EFB의 가스화의 각 조건의 합성가스 조성, 건조가스 수율, 냉가스 효율결과를 비교하였을 때, 최적 온도 조건은 900 ~ 1,000℃, ER비는 0.6 으로 나타났다. 이에 비해 혼소가스화의 최적 조건 도출의 경우에도 EFB 가스화 최적 조건 도출과 마찬가지로 비교하였을 때, 온도의 경우 EFB 가스화 반응에 비해 고온에서 최적조건을 보였으며, EFB와 석탄의 혼합비는 석탄의 비율을 10%, 20%, 30% 로 총 3가지 조건을 비교하였다. 이 결과 가장 경제적이며 효율이 있는 혼합비의 조건은 석탄 20% 혼합으로 나타났다. 이러한 결과를 토대로 바이오매스인 EFB와 화석연료 중하나인 석탄의 혼소 가스화 가능성을 판단할 수 있었으며, 최적 조건을 도출 할 수 있었다.

The following are the results from an evaluation of the combustion characteristics of biomass processed with lowtemperature carbonization and coal, and those of a blend of both. Differential thermo-gravimetric (DTG) analysis has revealed that the number of curves was reduced as a result of carbonization and that the fuel quality was improved due to the increase of initial temperature (IT). It was also confirmed that the carbonized samples consisting only of the biomass required less combustion time (tq), while samples blended with coal burned longer than the weighted average value. The combustion time of a blended sample was shorter at an carbonization temperature of 400oC than at 300oC, and the combustion stability was achieved due to a narrow range of change in the combustion characteristics. The reaction rate constant (k) of the samples blended with coal was found to be smaller for all blend ratios, when compared with that of the unblended samples (raw, carbonized biomass). The combustion reaction models that were applicable for the devolatilization-combustion zone were diffusion (D1, D3) and Reaction order (O3) models; diffusion (D1-D4) model was primarily employed in the char combustion zone. In summary, low-temperature carbonization contributed to minimizing the change in the combustion characteristics of the biomass/coal blend.

농업유래의 바이오매스 중 볏짚의 저장형태와 저장기간에 따른 수분함량 변화와 바이오매스의 화학적 성분 변화를분석함으로써 바이오에탄올 생산을 위한 원료의 최적 저장방법을 제시하고자 하였다. 주요 결과는 아래와 같다.1. 볏짚의 수분함량 변이를 측정한 결과 실내에서 보관한사각곤포 및 원형곤포는 약 20 ~ 25%의 수분함량을유지하였으며 실외에서 보관한 비가림 시설을 도입한사각곤포의 경우 20%이하의 낮은 수분함량을 확인하였다.2. 볏짚의 화학적 성분의 변이를 분석한 결과 실외보관곤포는 cellulose 및 hemicellulose의 함량이 큰 폭으로감소하였으나, 실내에서 보관한 곤포들은 비닐원형곤포를 제외한 나머지 집속형태에서는 오히려 성분의 함량의 증가를 확인하였다.3. 볏짚을 장기간 보관할 때에는 외부환경을 차단할 수있는 실내에서 보관하거나 부득이하게 실외에서 보관할 때 최소 비가림 시설을 도입하여 수분함량 및 화학적 성분의 감소를 최소화해야 바이오에탄올 생산을 위한 고품질의 원료로써 이용될 수 있을 것이다.

Biomass resources might be recognized as a promising way to alter fossil fuels, such as petroleum oil, natural gas and coal and to prevent the emission of greenhouse gases which will bring about global warming. Therefore many countries have tried to identify and secure available biomass resources. In this study, the energy potential of Korean biomass resources, such as agricultural biomass wastes, municipal solid wastes, and livestock wastes, was analyzed and calculated by using various data. The available energy potential in 5 major cities in Korea was over 3.5 M TOE. Especially the municipal solid wastes was over 1.5 M TOE, so the conversion of municipal solid wastes might be easily adopted.

To produce bioethanol from cellulosic biomass, the cellulosic biomass needs pretreatments for high efficiency saccharification. This study, thus, aims to evaluate the efficiency of several pretreatments using vegetables as a cellulosic biomass among food wastes. The evaluated pretreatment methods were acid treatment, ammonia treatment and hydrogen peroxide treatment, which were used by individual and/or incorporating method. As a result, the concentration of reducing sugar increased 4 ~ 15 times and that of glucose increased 5 ~ 26 times compared to the samples without pretreatment. The acid treatment as an individual treatment was the most efficient, and the efficiency of incorporating treatment showed higher than that of individual treatment. Besides, there were differences in the composition and content of hydrolyzed sugars although the saccharification efficiency was similar by the method of each pretreatment.

In this study, the thermo-catalytic hydrogenation using corn stark and wasted palm kernel shell was carried out for the production of hydrocarbon compounds in direct biomass liquefaction. The conversion of biomass in direct biomass liquefaction over Mo-based catalyst increased with increasing the reaction temperature and the content of the volatile matter contained in biomass and the corn starch was more available than the wasted palm kernel shell. And then, the conversion was about 97.9% using corn starch and was about 92.4% using wasted palm kernel shell at 400oC. It was confirmed that the liquefied products obtained after the thermo-catalytic reaction were C6, C7, C8-typed hydrocarbon compounds.

본 연구는 가축분뇨 해양배출 금지에 따른 처리방안의 일환으로써 포플러류 목재에너지림에 SCB액비를 처리하였을 때 바이오매스 생산량이 우수한 클론을 선발하고자 실시하였다. 아울러 단벌기 집약재배를 실시하는 목재에너지림에서 SCB액비의 화학비료 대체효과 및 바이오매스 생산 증진량을 구명하고자 수행하였다. 경기도 수원시 권선구 호매실동 소재의 연구림에 포플러류 5개 수종, 총 8개 클론을 대상으로 반복당 5본씩 3반복으로 시험림을 조성하였으며, 식재간격은 1m×1m이었다. SCB액비는 2008년에 본당 115L를 처리하였으며, 2009년도 및 2010년도에는 본당 130L씩 처리하였다. 처리 후 클론별 가지 발생량, 엽면적 및 지상부 바이오매스 생산량을 조사하였다. 평균 줄기 발생수는 처리구 및 무처리구에서 각각 11.8개와 11.5개로 나타나 큰 차이가 없었다. 평균 엽면적은 처리구가 71.0cm2로 무처리구 52.3cm2 보다 35% 더 우수하였다. 연평균 지상부 바이오매스 생산량을 조사한 결과, SCB액비 처리구가 ha당 8.5톤으로 나타나 무처리구 5.6톤 대비 51% 우수한 것으로 조사되었다. SCB액비 처리에 따른 클론별 평균 지상부 바이오매스 생산량은 현사시나무가 ha당 13.6톤으로 가장 우수하였으며, 그 다음으로 이태리포플러 9.8톤, 양황철 5.6톤, 미루나무 교잡종 4.6톤 순이었다. 수원포플러는 ha당 3.0톤의 저조한 바이오매스 생산량을 나타내었다. 이상의 연구결과를 종합해볼 때 농지 근처의 산림지역에 단벌기 맹아림을 조성하여 목질계 바이오매스를 생산하기 위해서는 현사사나무 및 이태리포플러가 적합할 것으로 사료된다.