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.

2013년 국내 시설(비닐, 유리 온실)에서 재배되는 토마토, 풋고추, 파프리카의 생산량은 총 632,315톤으로 잎, 줄기 등 발생되는 폐기물은 수확량의 약 30%에 해당되는 189,695 톤으로 추정되며 대부분 노지에 방치 유실되거나 소각 처리된다. 본 연구에서는 이 처럼 단순 폐기되는 농업폐기물을 재활용한 고형연료 제조에 필요한 건조 장치를 개발하고 실험을 통해 그 성능을 확인하고자 하였다. 연구를 위해 건조용량 100kg/hr인 실험실용 건조기를 제작하였다. 경상남도 진주시 농업기술원 온실에서 재배되는 파프리카, 토마토, 딸기, 가지, 고추 등의 부산물을 실험원료로 사용하였다. 원료성상, 원료이송방식, 송풍량, 건조온도, 건조시간에 따른 부산물 건조특성을 파악하였다. 원료를 비교적 짧게 절단하고 열풍이 배출되는 다공판위를 견인형 컨베이어로 이송시키는 형태의 경우 건조실험 결과 세절된 원료에서 추출된 내부 수분이 외부로 유출되어 원료들 사이의 공극을 채워 건조공기가 원료 층을 통과하지 못하게 하고, 특히 100℃ 이상 고온에 노출되는 경우 원료표면에 잔류하는 유출 수분이 건조되면서 막을 형성하여 내부 원료들은 전혀 건조가 되지 못하는 현상이 관측되었다. 이러한 원료내부의 공극형성 불량으로 국부적으로 공기가 통과되는 부분만 집중적으로 급격한 건조가 진행되고 공급된 건조공기 대부분이 이 부분으로 유출되어 효과적인 건조가 전혀 진행되지 못하였다. 피건조물 사이의 공극형성을 위해 원료를 절단하지 않고 수행한 건조실험 결과 송풍량 및 온도에 따라 건조속도 및 처리용량이 다르게 나타나는 것을 알 수 있었다. 특히 송풍량과 압력을 증가시킨 건조 실험결과 건조 상하층 간 불균일 건조해소 및 건조속도, 건조능력에서 연구목표치인 100kg/hr, 60%/hr를 상회하는 결과를 보였다. 특히 건조공기온도 150℃ 이하에서도 송풍량을 증가시켜서 원하는 건조작업 수행이 가능함을 확인할 수 있었다. 결론적으로 시설농업폐기물 같은 산물밀도가 작은 초본계 원료도 컨베이어형 원료이송 형태로 연속식 열풍건조가 가능함을 확인하였다.

본 연구는 갈색거저리(Tenebrio molitor)의 사료로 주로 이용되는 밀기울을 대체할 사료원료 개발을 목표로 수행되었다. 대체원료로서 열풍 건조시킨 귤껍질, 배추, 새송이버섯 및 팽이버섯 폐배지를 사용하였으며, 투여 후 유충의 생존율, 유충 무게, 유충의 발육기간, 용화율, 용무게를 측정하였다. 귤껍질과 배추를 첨가한 배지는 대체 먹이로 적합하지 않았다. 새송이버섯 폐배지의 모든 실험군에서 유충의 생존율은 대조군과 비 슷하였으나 유충의 무게는 대조군에 비해 다소 낮게 나타났고, 유충 발육기간은 폐배지의 함량이 높아질수록 길어짐이 관찰되었다. 팽이버섯 폐 배지 20~50% 첨가 조건에서 대조군과 비슷한 유충 및 용무게가 측정되었으며, 계대사육시 밀기울 사료에 40~50% 팽이버섯 폐배지를 첨가하 는 것이 용화율을 고려했을 때 가장 효과적일 것으로 분석되었다. 결론적으로, 팽이버섯 폐배지를 40%~50% 첨가한 조건에서 기존의 밀기울 사 육법과 비슷한 높은 효율성을 나타내기 때문에 팽이버섯 폐배지는 갈색거저리 유충의 대체사료로서 적합하다고 사료된다.

In this study, the efficiency of the anaerobic co-digestion of three categories of rural organic waste (animal manure, slaughterhouse waste, and agricultural by-products) and different mixtures of them was investigated. In addition, the relationship between digestion efficiency and the carbon/nitrogen (C/N) ratio was also conducted. Five different mixtures of feedstock including animal manure as a control were estimated by the biochemical methane potential (BMP) test. The results indicate that the biodegradability of the feedstock mixtures was in the range of 62 ~ 75%, which was at least 1.4 times higher than that of single digestion (43%), while the methane yield was increased by almost twice that of single digestion (0.14 to 0.24 ~ 0.41 m3 CH4/kg VSadd). After the BMP test, four feedstock mixtures were selected for a lab-scale reactor, including animal manure as a control sample. The highest methane yield of 0.355 m3 CH4/kg VSadd was obtained from the A4-mixture sample. With regard to the C/N ratio, the mixture materials showed an increase in methane yield by at least 1.2 times (13.4 to 16.4 ~ 21.3%), which means that the C/N ratio had an effect on the performance of co-anaerobic digestion.

세계적으로 환경문제를 해결하기 위한 하나의 방법으로 화학제품, 천연원료의 사용을 새롭게 대체하는 연구가 활발하게 진행되어지고 있으며, 이중에서 특히 석유에서 파생된 제품의 사용량을 친환경적인 제품으로의 대체 및 사용량 저감을 위해 바이오 계 그린 제품의 개발이 활발하게 진행되어지고 있다. 석유계 합성 물질인 고분자 재료는 생활과 산업에서 주로 사용되어 이로 인해 발생되는 환경문제 발생되고 있다. 이에 석유계 고분자재료의 사용량을 줄이고 일부분을 대체하여 석유계 고분자 폐기물 발생으로 인한 환경오염을 개선하기 위한 하나의 방법으로 바이오매스인 천연섬유를 적용한 바이오 복합체 연구에 주목하였다. 바이오계 천연섬유강화(FRP) 복합체는 경량, 저비용, 적당한 강도와 경도를 얻는 장점이 있으나, 천연섬유의 표면이 친수성을 가지고 있어 소수성을 가진 폴리머 재료와의 낮은 호환성으로 인하여 제작된 복합체의 물리적, 화학적 특성을 저하되는 큰 문제를 가지고 있다. 또한, 비용/편익과 원료가 되는 바이오매스의 공급이 매년 일정해야 한다는 큰 문제점을 가지고 있다. 현재 전반적인 산업에 적용되고 있는 천연재료는 대부분 목질계 자원이 복합체의 재료로서 사용되어지고 있지만 안정적인 공급이 어렵고 그에 따른 생산성의 결실이 낮거나 비용이 증가되는 문제점을 가지고 있다. 안정적인 공급 및 낮은 가격을 가진 천연섬유를 이용한 섬유강화 재료를 적용한 바이오복합체 연구가 활발하게 진행되고 있지만, 단일 폴리머보다 낮은 물리적, 화학적 특성으로 인해 충진제 재료로 사용되는 천연섬유의 표면 개선을 개선하는 전처리 공정에 대한 여러 가지 연구가 필요하다. 본 연구는 낮은 가격 및 안정적으로 공급이 가능한 바이오매스 중에서 전 세계적으로 가장 많이 확보 가능한 천연농업 폐기물인 밀짚을 적용하였고, 폴리머와의 결합력을 높이기 위한 표면개선 방법으로 Vapor-phaseassisted Surface Polymerization(VASP: 기상중합법)을 적용하였으며, VASP 처리된 천연섬유의 개선된 특성을 조사하였다. MMA(Methyl Methacrylate) 모노머를 천연섬유의 표면 개선용 재료로 적용하여 VASP 처리한 결과 섬유 각각에 PMMA(Poly Methyl Methacrylate)로 코팅되어 섬유의 표면이 친수성에서 소수성으로 변경되었으며, 열안정성 또한 증가되어 바이오복합체에 충진제로 적용시 물리적, 화학적 특성이 증가될 것으로 예상된다.