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.

자동차 산업 발달로 인하여 해마다 증가하는 폐타이어 발생과 그에 따른 처리에 관한 문제는 날로 심각해지고 있다. 폐타이어는 연소 시 오염물질 발생으로 인한 2차 환경오염을 야기하므로 보다 안정적으로 재생 에너지화 하는 폐기물 처리 방법에 대한 기술개발 중요성이 날로 증대되고 있다. 또한 국내 폐타이어의 주 이용 분야가 시멘트 킬른 또는 단순 소각에 의한 열원으로의 이용이 약 60%를 차지한다는 점에서 폐타이어의 재생에너지원으로서 경제성을 향상 시키는 요구가 나타나고 있다. 따라서 폐타이어 재생 에너지화의 경제성 문제를 해결하기 위하여 부가가치를 높이는 기술 개발이 절실히 요구되고 있다. 폐타이어를 자원화 하는 열분해 기술은 무산소 조건에서 400~600℃ 정도의 반응온도로 폐타이어를 가열하여 고분자 물질을 분해하는 친환경적인 공정으로, 열분해오일, 카본블랙, 철심과 같은 열분해 부산물의 회수를 통하여 경제성 또한 높일 수 있는 이점을 가지고 있다. 이에 따라 본 연구에서는 폐타이어의 재생 에너지화 연구를 위하여 폐타이어의 열분해 특성 연구를 수행하였다. 폐타이어의 열분해는 기체-고체간 열 및 물질 전달이 우수한 원뿔형 분사층 반응기를 사용하여 실험을 수행하였다. 폐타이어 열분해 실험은 열분해 반응온도와 시료의 투입속도를 실험 변수로 선정하여 실험을 수행하였으며, 실험 조건별로 생산된 열분해 오일의 물리-화학적 특성을 분석하여 폐타이어 열분해 오일의 특성을 연구하였다.

전 세계적인 화석연료 사용의 증가로 인하여 기후변화, 대기오염과 같은 환경 문제와 자원 고갈로 인한 화석연료의 가격 상승과 같은 에너지안보 문제가 지속적으로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 화석연료를 대체할 여러 가지 연구가 지속적으로 이루어지고 있으며, 특히 바이오 에너지가 중요한 대체 에너지 자원으로서 각광받고 있다. 바이오연료의 한 종류인 Cashew nuts shell liquid(CNSL)는 견과류의 일종인 캐슈넛(Cashew nuts)을 수확하고 버려지는 견과 껍질 부분에서 추출한 식물성 오일이다. CNSL은 높은 발열량과 인화점을 가지므로 산업용 보일러 설비에 중유와 혼합하여 사용이 가능하다. 하지만 장시간 보관 시에 외부 요인에 의한 산화가 쉽게 일어나며, 안정적인 사용을 위하여 산화를 방지하기 위한 전처리가 필요하다. 본 연구에서는 CNSL의 산화안정도를 향상시키기 위한 전처리 기술로서 산화방지제를 사용하였다. 산화방지제의 종류와 혼합 비율을 변수로 두어 산화방지 효율 및 특성을 연구 하였으며, 산화방지제는 Butylated hydroxytoluene(BHT), Tert-butyl hydroquinone(TBHQ), Pyrogallol(PY), Propyl gallate(PG)를 사용하였다. 가속산화실험을 통하여 CNSL의 장기간 보관으로 인한 산화 환경을 설정하였으며, CNSL의 전산가 측정 시험을 통하여 산화안정성을 평가하였다.

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.