자원 고갈로 인해 원자재 가격 상승과 고유가 문제를 해결하기 위한 대안 중 하나로 저가의 고유황 석탄의 사용이 고려되고 있다. 생산공정에서 고유황 석탄의 사용은 원가절감의 큰 효과를 얻을 수 있다. 하지만 높은 황함량에 따른 다량의 황화합물의 배출로 대기오염 및 설비의 부식에 대한 문제가 예상된다. 그렇기 때문에 최근 고유황 석탄으로부터 발생되는 화합물에 대한 특성을 파악하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 고유황 석탄의 유기황, 무기황의 분포를 파악하였다. 일반적으로 석탄에 함유된 황성분은 크게 무기질과 유기질의 두가지 형태로 나눌 수가 있다. 무기황 성분은 대부분 pyrite 형태로 존재하고, 유기황 성분은 크게 thiols, sulfides, disulfides, thiopenes의 혼합형태로 존재하게 된다. 이와 같이 다양한 화합물의 혼합형태로 석탄에 함유된 황성분은 석탄전환 과정에서 분해 및 화학반응을 거치게 된다. 석탄이 고온에서 열분해가 일어나면 석탄중에 함유된 무기질 및 유기질 황성분이 분해를 시작하여 H₂S, COS, CS₂ 등으로 변환되어 각 반응기 내에서 고체물질과 반응하여 순환된다. 여기서 저가 고유황 석탄의 사용량을 증가시킬 경우에 수처리 설비 및 가스 청정계에 부하를 더 심화될 수 있다. 따라서 저가 고유황 석탄의 열전환과정에서 석탄으로부터 방출되는 황화합물에 대한 특성 연구를 통하여 황의 반응특성 해석 및 순환과정을 정량적으로 파악할 수 있어야 한다. 석탄의 황 형태별 분포 비율을 알기 위해서 총 황함량과 무기황의 함량을 분석해야 한다. 이때 무기황의 분석은 아래와 같은 4단계의 과정을 거쳐서 진행이 된다. 석탄 시료를 묽은 염산 및 질산 환류 용액 내에서 황산염과 황철광의 용해도 차이를 이용하여 용액 내에서 연속적으로 취하고 직접 정량한다. 1단계는 황산염 및 황산철의 황 성분 분리 단계, 2단계는 황산염 황 정량 단계, 3단계는 황철광 황의 정량 단계, 4단계는 유기황의 정량 단계로 구분이 된다. 고유황 역청탄의 실험결과 총 황함량은 2.82wt.% 이고, pyritic sulfur 함량은 1.186wt.%, sulfate sulfur 함량은 0.026wt.%, 유기황 함량은 1.608wt.% 이다. 총 황함량 중에서 황 형태별 분포 비율을 보면 유기황 함량 비율이 57.09%, pyritic sulfur 함량 비율이 42.2%, sulfate sulfur 함량 비율이 1.06%로 총 황함량 중에서 유기황 함량 비율이 약 57%로 무기황 함량 비율보다 약간 높음을 알 수가 있다. 또한 무기황과 유기황의 비율(Inorganic S/Organic S)은 0.754, pyritic sulfur와 유기황의 비율(Pyritic S/Organic S)은 0.738을 나타내었다.

산업화 이후 지속적으로 사용된 화석연료의 고갈에 따라 에너지 수급 등의 문제가 발생하고 있으며, 이에 고효율성을 갖는 새로운 방식의 에너지 기술들이 각광 받는 추세이다. 이 중 직접탄소 연료전지(DCFC)는 탄소연료를 이용하여 전기 에너지로 전환하는 과정 중 가장 효율이 뛰어나고, 오염물질의 발생이 적은 발전 방법으로 기대를 모으고 있으며, 또한 DCFC에 활용할 수 있는 탄소연료는 고등급부터 저등급까지 매우 다양하게 취급할 수 있을 것으로 전망되어진다. 본 연구에서는 직접탄소 연료전지의 연료로 적용 가능한 탄소원을 설정함에 있어 공업분석, CO₂ 반응성, 열적특성, 황화합물 분포 등의 여러가지 판단 기준 중 전기저항성을 이용한 직접탄소 연료전지(DCFC) 탄소연료 선택의 적용 가능성을 평가하였다. 원료물질의 온도 변화에 따른 전기저항성을 측정하기 위하여 ASTM C 611를 참고하였으며, 이 실험장치는 1300℃까지 승온이 가능한 전기로, 탄소시료 전류측정 홀더, DC Power Supply, Current Meter, Variable Resistor, Volt Meter 등으로 구성되었다. 시료의 전기적 특성 파악을 위하여 설계한 장치에 적합하도록 펠렛 형태로 가공하였다. 스테인레스 재질의 몰드에 압력을 가하여 성형을 하였으며, 성형이 안 될 경우에는 물 혹은 석유계 바인더를 사용하여 성형을 하였다. 펠렛 형태로 성형된 시료는 실험장치의 불활성 분위기내에서 상온에서 900℃까지 승온하며 시료에 대한 전기저항성 변화를 파악하였고, 고유저항의 계산은 일정한 저항과 전원상태에서 온도를 600 ~ 900℃까지의 승온하는 동안 탄소연료의 전압강하를 측정한 후, 성형한 펠렛의 길이와 단면적을 이용하여 각 탄소연료의 전기저항성을 계산하였다. 전기저항 측정을 위한 적정 전원은 일반적 탄소원인 흑연을 사용하여 5V, 7.5V, 10V로 측정하였다. 5V에서는 온도에 따른 변화를 파악하기 어려웠고, 7.5V와 10V는 유사한 경향성을 보였다. 이러한 결과를 바탕으로 다른 두 시료 카본블랙과 역청탄 촤에 대해서도 5V와 10V로 각각 측정하였고, 카본블랙의 경우 두 전원에 대해 유사한 경향을 보였으나 역청탄 촤의 경우는 5V 보다 10V에서 더 전기저항성이 변화하는 경향을 더 잘 파악할 수 있었다. 탄소연료의 온도 변화에 따른 시료간의 전기저항성을 비교하기 위하여 전원을 10V로 유지하고 실험을 수행하였다. 그 결과 고등급의 탄소연료인 역청탄 촤의 고유저항이 시작 단계에서 고품위의 흑연, 카본블랙 보다 상당히 높았으나, 900℃ 상태에서 역청탄 촤의 고유저항이 흑연, 카본블랙의 수준까지 내려감을 확인하였고, 이는 직접탄소 연료전지 장치에서 설정하는 반응온도가 900℃ 이상이 되면 탄소연료간의 전기저항성 차이가 작아져서 다양한 탄소연료원을 선택하는데 용이할 것으로 사료된다.

전세계적인 화석연료의 가격 급등, 기후변화협약에 따른 온실가스 감축 대응 필요성 및 신재생에너지 보급목표율 달성 등을 위해서 국가적으로 폐자원 및 바이오매스의 에너지화 정책을 적극적으로 추진 중에 있다. 또한 산업계에서는 신재생에너지 공급의무화제도인 RPS에 관련업체들이 효과적으로 대응해야할 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 국내 미분탄 화력발전소의 경우 현재 석탄을 단일시료로 사용하고 있으나, 향후 신재생에너지 보급 목표율 달성을 위해서는 기존 화석연료에 폐자원 및 바이오매스를 일정량 혼소하여 사용해야 할 필요성이 대두되고 있다. 그러나, 국내의 경우 대표적인 열전환공정인 미분탄 화력발전소 및 유동층 연소로 등에서 석탄과 폐자원 및 바이오매스의 혼소경험이 부족한 실정이기 때문에, 관련 시설에서 혼소가 지속적으로 진행될 경우에 사용하고 있는 연료의 성상 차이 등으로 인해 발생할 수 있는 회분 응집 현상 등 운전장애 요인을 미리 파악하여 대처할 필요성이 있다. 미분탄 화력발전소 및 유동층 연소로 등을 장기간 운전할시 빈번하게 일어나는 문제점 중의 하나는 사용연료의 연소 및/또는 가스화시 고온에서 회분의 용융으로 인하여 발생될 수 있는 회분의 응집 현상이다. 사용연료 회분의 대표적인 응집현상은 미분탄 연소로에서 각각 연소로의 복사면 및 대류전달면에서 주로 발생되는 슬래깅(slagging)과 화울링(fouling), 유동층 연소로에서의 회분 응집(agglomeration) 등이다. 연소로에서 이러한 현상이 발생되면 공정의 효율을 감소시키는 주요 원인이 되고 있을 뿐만 아니라, 궁극적으로 이와 같은 현상이 심화되면 조업을 중단해야 하고, 이로 인해서 막대한 경제적 손실을 초래하게 된다. 회분의 응집현상은 일반적으로 회분 조성, 온도, 입도, 가스분위기, 조업조건 등에 의해서 영향을 받게 되며, 특히 고온에서 회분의 일부가 용융이 되면 이와 같은 현상이 가속화 된다. 따라서 본 연구에서는 석탄 및 가연성폐기물의 혼소에 의한 회분의 영향을 파악하기 위해서, 고온현미경(heating microscope)을 사용하여 각 시료 회분의 온도변화에 따른 용융형상 변화를 측정하였다. 석탄 및 가연성폐기물 회분이 일정 비율로 혼합된 실험용 시료는 100 mesh 이하로 분쇄한 후 몰드를 사용하여 원통형 펠렛으로 제조하였다. 이때 용융온도는 ISO 540을 기준으로 IDT, ST, HT, FT의 4단계로 구분하였으며, 각 단계의 온도는 시료의 높이가 변형되는 형상을 관찰하여 결정한다.