폐기물 해양투기 방지를 위한 국제협약인 런던협약･의정서에 따라 2012년 가축분뇨의 해양배출이 전면금지 되었으며, 국내 가축분뇨 발생량은 2011년 128,621 ㎥/일에서 2014년 175,651 ㎥/일로 점차 증가하고 있는 실정이다. 또한 가축분뇨를 육상처리 시 발생하는 메탄가스로 인한 악취문제나 처리되지 못한 영양염류 및 고농도의 유기물이 하천으로 배출되어 부영양화를 일으키는 등의 문제가 대두되고 있다. Biochar는 혐기성 상태의 환경에서 분뇨와 같은 바이오매스를 열분해 시켜 생성한 고형물질이다. 최근 연구에 따르면 Biochar를 토양에 적용할 경우 주변의 이산화탄소를 장기간 저장하고 중금속을 흡착하며 토양 내 수분보유능력을 증가시키는 등 친환경 소재로써의 가치가 평가되고 있다. 따라서 본 연구에서는 수분함량이 높아 재활용이 어려운 가축분뇨를 열수가압탄화반응(Hydrothermal Cabonization, HTC)방법으로 Biochar를 제조하여, 중금속 흡착제로서의 사용가능성을 평가하고자 하였다. Biochar는 Stainless재질의 500 mL 용량의 반응기를 사용하였으며 온도, 반응시간, 입경에 따른 생성수율을 도출하고 각각의 원소분석, 삼성분 및 중금속 함량분석 등의 물리·화학적분석을 통한 특성분석을 수행하였다. 이 결과 원료와 비교하여 Biochar의 탄소성분은 약 25 % 증가했고 중금속 함량은 감소하는 경향을 보였다. 또한 흡착능력을 알아보기 위해 요오드 흡착성능을 분석한 결과, 원료 대비 약 52.4 %의 흡착성능 증가를 확인하였다.

Hydrothermal Carbonization(이하 HTC), 열수탄화공정은 가수분해(加水分解)를 통해 유기성 폐자원을 에너지화 하는 기술로 함수율에 관계없이 다양한 재료에 적용할 수 있으며, 고위발열량 6,000kcal/kg 이상의 고효율의 고형연료를 생산할 수 있는 기술이다. 이에 본 연구에서는 0.1ton bench scale HTC 반응기를 이용하여 1) S매립지에 반입되는 건설폐목재를 활용하여 고열량 고형연료를 생산하고, 고형연료의 특성을 분석하였으며, 2) 고함수 유기성폐기물인 감귤박을 이용한 고형연료 생산 및 그 특성 분석을 수행하였다. 본 연구는 0.1ton 규모의 열수탄화(HTC) 회분식반응기를 이용하였다. 저함수율의 폐목재는 매립지로 반입되는 건설폐목재를 1 cm 미만으로 파쇄하여 사용하였다. 0.1ton 반응기에 목재 10kg, 용매(물) 50kg을 투입한 후폐쇄조건 상에서 가열을 진행하였다. HTC공정은 반응온도 260℃, 반응시간 1시간으로 운전되었다. 고함수 유기성폐기물인 감귤박은 제주도개발공사 감귤가공공장으로부터 제공 받아 고형연료 제조에 활용하였다. 감귤박의 경우, 분쇄나 별도의 용매(물) 투입 등의 전처리 없이 감귤박 원료만을 60kg 투입하여, 240℃, 반응시간 1시간으로 운전하였다. 실험결과, 건설페목재의 경우 원재료의 발열량은 고위발열량으로 약 4,340kcal/kg이었으나 열수탄화 후 약 6,920kcal/kg으로 증가하였다. 고함수 원료인 감귤박의 경우 고위발열량 약 4,360kcal/kg에서 열수탄화 후 고위발열량 약 6,690kcal/kg으로 증가하였다. 고정탄소율 역시 건설폐목재 고형연료와 감귤박 고형연료에서 각각 40.5%, 32.3%로 고열량 양질의 고형연료로 활용할 수 있음을 확인할 수 있었다.