지구온난화 완화를 위한 노력이 전 세계적으로 계속되고 있는 가운데 우리나라는 2030년 온실가스 배출량을 Business As Usual (BAU) 대비 37% 감축하는 목표를 설정하고 이산화탄소 순 배출 제로 달성을 목표로 하는 ‘2050탄소중립 시나리오’를 발표하였다. 이러한 상황에서 케나프 (Kenaf)는 높은 탄소흡수율과 빠른 성장으로 인해 대체 해결방안으로 제안된다. 시료선정에 대한 분석결과, 케나프 잎은 질소 함량이 높아 적합하지 않은 것으로 나타났고, 줄기와 잎-줄기 혼합 케나프는 Biomass-Solid Refuse Fuel (Bio-SRF) 등급을 충족했다. Bio-SRF 등급을 만족하였지만, Bio-SRF 등급으로 이용할 수 있는 활용처가 뚜렷하지 않다. 따라서 케나프의 연료품질을 반탄화 공정을 통해 개선하여 보다 효율적으로 활용하고자 한다. 반탄화 공정의 공시재료로 줄기만 사용하는 것보다 시료 이용률이 높은 잎-줄기 혼합 케나프를 선택하였다. 반탄화 공정은 여섯가지의 공정 온도 (200·210·220·230·240·250℃)와 다른 세 가지 공정 시간(20·30·40 min)에서 수행되었다. 반탄화 공정결과, 공정시간이 길수록 230℃, 240℃, 250℃ 온도에서 질량감소가 크기 때문에 에너지수율이 낮았다. 따라서 본 연구에서는 200℃·20 min, 200℃·30 min, 210℃·20 min, 220℃·20 min의 에너지 수율이 높고 질량감소가 작아 최적 반탄화 공정 조건으로 선정하였다.

본 논문은 유기성 폐자원의 하나인 가축분뇨(우분)를 사용하여 고형연료화 가능성을 연구하고자 하였으며 생성물 제작 시 반탄화 방법을 이용하였다. 우분의 낮은 발열량을 개선하기 위해 첨가물을 사용하였으며 첨가물은 임업부산물인 톱밥과 계설성 폐기물인 낙엽을 사용하여 폐기물을 자원화 하고자 하였다. 반탄화 실험 진행 시 반응온도는 200-260℃까지 20℃씩 차이를 두어 생성물을 제작하였으며 반응 시간은 15분, 30분, 45분으로 나누어 생성물을 제작 후 실험 조건이 반탄화 생성물에 미치는 영향을 알고 자 하였다. 첨가물은 우분 대비 9:1, 8:2(우분:첨가물)의 비율로 섞어 시료 제작 후 반응생성물을 제작하였다. 본 실험을 통해 우리나라 고형연료제품 기준인 3,500 kcal/kg에 준하는 생성물을 얻을 수 있었으며, 첨가물을 추가하여 개선된 생성물을 얻을 수 있었다.

본 연구에서는 고수분 음식물 및 농업 폐기물을 재활용한 고형연료 제조에 필요한 열분해장치를 개 발하고 실험을 통해 그 성능을 확인하고자 하였다. 연구를 위해 건조용량 50kg/hr인 실험실용 열분 해장치를 제작하였다. 건조 처리된 농업폐기물과 음식물 폐기물을 열분해처리용 실험 원료로 사용하 였다. 원료종류, 열분해 온도, 열분해 시간에 따른 농업폐기물과 음식물 폐기물의 열분해 특성을 파악 하였다. 농업폐기물 건조물의 열분해 처리 결과, 열분해 처리능력은 평균 55.35kg/hr, 저위발열량은 평균 3,333kcal/kg으로 측정되었다. 열분해처리 하지 않은 농업폐기물의 고위발열량은 3,400kcal/kg, 저위발열량은 3,090kcal/kg으로 측정되어 열분해처리로 발열량이 향상됨을 알 수 있었다. 음식물 폐기 물 건조물의 열분해 처리 결과, 열분해 처리능력은 평균 88.27kg/hr, 저위발열량은 평균 4,016kcal/kg 으로 측정되었다. 열분해처리 하지 않은 음식물 폐기물의 고위발열량은 4,040kcal/kg, 저위발열량은 3,686kcal/kg으로 측정되어 열분해처리로 발열량이 역시 향상됨을 알 수 있다. 열분해 처리능력은 연구목표치인 50kg/hr보다 높게 나타났으며, 저위발열량은 연구목표치인 4,000kcal/kg 보다 다소 높게 나타났다. 다만 저위발열량 측정 기준 함수율이 습량기준으로 약 10%로 추정되는 바 5%로 조절하 고, 열분해 열풍온도를 상승시키면 발열량이 더욱 향상될 것으로 판단되었다.

The aim of this project was to explore the potential of the torrefaction treatment for upgrading sewage sludge into valuable product. An ancillary investigation on the cold fluidization and the behavior of sewage sludge was analyzed. The effects of the main torrefaction variables, temperature and residence time, on the performance parameters such as fixed carbon, calorific value; molar ratios, ultimate and proximate analysis, chemical exergy etc. were investigated for torrefied sewage sludge. Results for both the reactors showed that the thermochemical transformations that sewage sludge underwent, as a results of the release of volatile matter due to thermal decomposition of its organic constituents, resulted in significant improvement of their chemical and physical properties. Results obtained from this study showed that despite the leverage that fluidized bed offers (heat and mass transfer) fixed bed configuration was more pronounced for torrefaction of sewage sludge. However, a decisive conclusion cannot be made at this stage as more detail study would be required to draw a definitive conclusion over the preference of reactor for torrefaction.

최근 세계적으로 신재생에너지에 대한 관심이 커지고 있으며, 국내의 경우 폐바이오매스를 이용하는 친환경적인 에너지원으로써 활용할 수 있는 연료화 기술이 각광받고 있다. 국내 폐바이오매스는 크게 식품폐기물, 축산폐기물, 농산부산물, 임산부산물 및 하수슬러지 등으로 구분할 수 있으며, 이를 에너지원으로 전환하는 공정은 생물학적, 열화학적 공정으로 크게 구분할 수 있다. 국내 하수슬러지의 경우, 해양투기가 금지된 이후 에너지로 전환하여 재활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 2014년 환경부에 따르면 전국 하수슬러지 처리시설은 98개 지자체에서 96개의 하수슬러지 처리시설이 운영되고 있고, 추가적으로 18개의 시설이 설계 및 건설되고 있다. 이 중 대부분의 시설은 고화 및 건조연료화를 통해 하수슬러지 처리량 저감을 하고 있으나, 고화 및 건조 연료화를 통한 하수슬러지 저감은 슬러지 자체의 높은 수분함량으로 인해 상대적으로 많은 에너지를 필요로 한다. 본 연구는 하수슬러지의 연료화를 위해 열화학적 공정 중 하나인 반탄화 공정을 이용하여 10 TPD급 폐바이오매스 반탄화 반응 시스템을 구성하였다. 원료물질인 하수슬러지의 높은 수분함량에 따른 열량 부족 문제를 극복하기 위해 폐목재를 혼합하여 사용하였으며, 반응온도(250-350℃)와 하수슬러지와 폐목재 혼합물의 혼합비(6:4, 4:6)에 대하여 운전 조건의 최적화 연구를 수행하였으며, 결과적으로 반탄화물 수율 70% 이상, 생성된 탄화물의 고위발열량 4,000 kcal/kg 이상의 운전조건을 도출할 수 있었다. 이와 더불어 생산된 반탄화물의 원소분석에 따른 C, H, O의 구성비는 저품위 석탄과 유사하게 나타남을 확인할 수 있었다.

In this study, a lab-scale experiment was conducted to derive the optimal torrefaction conditions for upscaling food waste torrefaction to generate solid fuel. Basic characteristic analyses (a proximate analysis, elemental analysis, calorific value and thermogravimetric analysis) were conducted and further used to develop experimental conditions during upscaling. Based on the characteristics analysis, the experiments were conducted by varying the heating rates by 5, 10 and 15oC/min, varying the torrefaction temperature from 200 to 550oC at an interval of 50oC and varying the torrefaction residence time from 0 to 50 minutes at an interval of 10 minutes. The heating rates were varied and only carried out for the combustion experiments of the torrefied product at a temperature range of 50 to 800oC. The results show that the optimal torrefaction temperature and residence time of food waste torrefaction were 250 ~ 350oC and 30 ~ 40 minutes, respectively.

신재생에너지의 보급 확대로 인해 2001년 발전차액제도(FIT)에서 2012년 신재생에너지공급의무화제도(RPS)로 국내 신재생에너지 정책이 변화하였으며 이에 다양한 바이오매스 에너지원에 대한 활용방안이 검토 및 도입되고 있다. 바이오매스를 이용한 연료생산에는 선진기술개발이 요구되고 있으며, 최근 폐목재를 기반으로 한 Torrefaction 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수분함량이 높고 발열량이 낮은 단독 폐바이오매스를 사용한 고형연료 생산 시, 투입되는 에너지 소비량이 높아 경제성이 낮으므로 발열량이 높은 폐바이오매스와 발열량이 낮은 폐바이오매스를 함께 사용한 혼합 폐바이오매스를 고형연료화함으로써 소요되는 에너지 소비량을 낮출 수 있다. 혼합 폐바이오매스를 이용한 Torrefaction을 통하여 고형연료 생산품질 기준에 적합한 적정 운전조건을 도출하는 것이 Scale-up 설계에서 중요하다. 본 연구에서는 Bench급 간접가열 로타리킬른 방식 Torrefaction reactor에서 폐목재 및 하수슬러지 혼합 폐바이오매스를 이용하여 반응온도 및 체류시간에 따른 고형연료 생산 특성을 조사하였다. 폐목재 단일 시료를 반탄화하여 고형연료 생산 시 발생되는 경제성 및 시료공급의 문제를 개선코자 하수슬러지를 혼합 후 공급하여 혼합 폐바이오매스를 제조하였으며 이를 활용하여 반탄화 고형연료를 생산하였다. Bench급 반탄화 시스템의 반응온도(230~270℃) 및 반응기 내 체류시간(20~40분) 변화에 따라 고체수율은 51~70wt%, 발열량은 5,420~6,070Kcal/kg (HHV 기준)로 고형연료가 생산되었다. 고형연료 수율은 반응온도가 증가할수록 고체수율이 감소하였으나 발열량 등 고형연료의 품질은 증가하여 기존 선행연구 된 실험실 규모의 연구 결과와 동일함을 알 수 있었다. 본 연구를 통한 운전조건에 따른 Torrefaction 결과를 포함하여 Pilot 급 Scale-up 설계인자로 활용하였다.

전 세계적으로 에너지 수요증가와 유가 불안정 현상이 지속됨에 따라 이를 대체할 방안으로 신재생에너지 사용에 대한 관심이 높아지고 있으며 신재생 에너지의 수요가 늘어날 것으로 예측된다. 우리나라는 신재생에너지 공급의무화 제도(Renewable & Portfolio Standards; RPS)를 2012년부터 도입하여 50만kW 이상의 발전소는 총 발전량에 대한 신재생에너지를 사용한 전력공급율을 2012년 2%를 시작으로 2024년까지 10%로 실시할 계획이다. 최근 RPS 의무이행자인 발전사들의 신재생에너지발전원 중 바이오 비율이 70%에 이르며 이는 바이오매스 발전이 투자비 및 연료구매 비용이 낮고 운영효율성이 높아 RPS 이행이 쉽기 때문이다. 하지만 바이오매스로의 쏠림현상은 국내 목재시장의 유통구조에 악영향을 미치고 있으며 바이오매스발전 급증으로 폐목재 수요도 동반 증가하면서 재활용 가능한 목재까지 연료로 사용되고 있는 실정이다. 최근 팜오일 바이오매스는 인도네시아 산업을 이끌 잠재력 있는 자산으로 대두되어 왔으며, 2013년 기준 1억 4,200만 톤의 팜오일과 이에 따른 6,654만톤의 팜 부산물이 생산되고 있어 이를 연료화시 국내에서 거론되고 있는 바이오매스 문제를 해결할 수 있는 신재생에너지원으로써 확보가 가능할 것으로 판단된다. 본 연구에서 대상으로 하는 EFB는 팜오일 생산과정에서 발생되어 일부분만 비료로 사용되고 처리되지 못해 야적되어 있는 것을 사용하였다. 3ton/day급 Pilot급 일체형 다단건조 탄화기를 사용하여 고열량인 EFB(저위발열량 : 4,320 kcal/kg)를 반탄화 고형연료로 생산하기 위해 반탄화 온도(200~300℃)와 시간(30~60분)을 고려하여 고형연료 생산량 및 발열량에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 반탄화 온도 변화에 따라 EFB의 저열량휘발성분의 감소와 탄소함량의 증가로 발열량(5,150 kcal/kg)이 증가하는 경향을 나타나는 것으로 분석되었다. 본 연구로 최적 EFB 반탄화 고형연료 생산인자를 도출함에 따라 경쟁력 있는 바이오매스 신재생에너지로 확보 될 것으로 전망된다.

The objective of this study was to examine the torrefaction process of three lignocellulose biomasses (rice husks, coffee shell, and wood) produced in Vietnam. Three different torrefaction temperatures ranging from 200oC to 300oC and three residence times of 20, 40, and 60 min were considered. The result showed that temperature had a higher effect on torrefaction process of biomass than residence time. Based on the findings of this study, a residence of 40 min could be suggested for an effective and proper torrefaction process to recycle the agricultural biomass and wood at 300oC. The torrefied products become fuel sources which can be applied to replace with fossil fuels.

In this study, the malt residue was torrefied. The torrefaction of malt residue was investigated in a horizontal tubular reactor under nitrogen flow at a temperature ranging from 200 to 450℃. This study presents the effects of torrefaction on the basic characteristics of malt residue. The torrefied malt residue products were characterized in terms of their energy yield, ash content and volatile fraction. The gaseous products were also analyzed. It was found that the malt residue undergoes changes in their physical and chemical properties during torrefaction. Furthermore, the energy and mass yield were found to decrease with an increase in the torrefaction temperature, whereas the higher heating value increased gradually up to 450℃ on increasing the torrefaction temperature.

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.

Korea has adopted a federal renewable electricity standard that begins at 2% in 2012 and requires companies to source 10% of their electricity from renewables by 2022. Therefore the interest in the use of biomass as a renewable energy resource is growing. By importing biomass, the Korea, which produces too little biomass of its own, can meet the needs of the renewable energy sectors. In the case of import biomass, it will cost a great deal on the transportation and logistics of biomass materials. Therefore new research and development on the biomass fuel with high energy density is 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. Typically, 70% of the mass is retained as a char product, containing 90% of the initial energy content. Torrefaction experiments on samples of EFB were performed in a fixed bed reactor to determine the effect of operation variables such as reaction temperature (205-310oC), reaction time (20-40 min) and air ratio (0-0.18) on char yield and characteristics. Increase of the torrefaction temperature led to a decrease of the yield of the char. The heating value of char increased with the increase of the reaction temperature, because the carbon content increased and hydrogen and oxygen content decreased. The yield of char decreased with increasing air ratio. This suggested that oxidation of EFB occurred during torrefaction in the presence of oxygen.