전 세계적으로 화석연료의 고갈로 인한 유가 상승 및 화석연료의 사용으로 인한 지구 온난화 문제가 이슈로 떠오름에 따라 신재생에너지의 기술 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다. 이런 신재생에너지 중에서 바이오매스에 의해 생산되는 신재생에너지의 비중이 50 % 이상을 차지하고 있다. 바이오매스는 나무, 풀, 농작물, 슬러지 등 생물학적 원료를 총칭하는 것으로 총량이 상당하며 비교적 저가이고 질소와 황의 함량이 작은 것이 장점으로 부각 되고 있다. 이런 바이오매스를 에너지화 하는 기술에는 열화학적 처리, 생화학적 처리, 화학적 처리로 나눌 수 있다. 열화학적 처리는 ...
전 세계적으로 화석연료의 고갈로 인한 유가 상승 및 화석연료의 사용으로 인한 지구 온난화 문제가 이슈로 떠오름에 따라 신재생에너지의 기술 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다. 이런 신재생에너지 중에서 바이오매스에 의해 생산되는 신재생에너지의 비중이 50 % 이상을 차지하고 있다. 바이오매스는 나무, 풀, 농작물, 슬러지 등 생물학적 원료를 총칭하는 것으로 총량이 상당하며 비교적 저가이고 질소와 황의 함량이 작은 것이 장점으로 부각 되고 있다. 이런 바이오매스를 에너지화 하는 기술에는 열화학적 처리, 생화학적 처리, 화학적 처리로 나눌 수 있다. 열화학적 처리는 바이오오일을 생산하는 열분해, 고순도의 합성 가스를 생산하는 가스화, 직접 연소로 나눌 수 있으며 생화학적 처리에는 알코올 발효를 통해 바이오에탄올을 생산하거나 혐기성 분해를 통해 바이오가스, 즉 메탄을 생산하는 기술이다. 마지막으로 화학적 처리에는 바이오디젤을 생산하는 기술 등이 있다. 이런 기술들 중 바이오매스의 열분해는 공정을 통해 연료로 사용하는 바이오오일이나 대체 화학원료를 생산하는 기술로 고유가 시대의 에너지 문제 해결을 위한 유망하고 친환경적인 방법 중의 하나로 부각되고 있다. 본 연구에서는 palm kernel shell과 우리나라에서 발생되는 폐목재 중 폐각목을 유동층 급속 열분해를 실시하여 바이오오일 및 대체 화학원료를 생산하는 연구를 진행하였다. Palm oil wastes는 바이오디젤을 생산하고 부산물로 생기는 폐바이오매스로 2008년 기준 말레이시아에서만 약 990만 톤이 발생하고 있으며 매년 5 %씩 증가하고 있는 실정이다. 국내에서 폐목재는 2005년 기준 연간 약 510만 톤이 발생되고 있으며 재활용률은 약 35.9 %에 불과한 실정이다. 폐목재의 경우 접착제 사용 및 방부 처리 등으로 인해 화학약품이 첨가되어 있으므로 이에 대한 처리 또한 중요한데 본 연구에서는 첨가제가 사용된 폐목재 열분해의 기초자료로 사용하고자 첨가제가 함유되지 않은 폐각목을 사용하였다. 열분해 반응온도, 시료 크기, 시료 투입 속도, 유동화 매체의 변화를 통해 최적의 바이오오일의 수율을 알아보고자 하였고 열분해 생성물인 오일, 가스, 촤의 기본적인 특성을 알아보았다. 또 palm kernel shell에서 생성된 바이오오일로부터 pyrolytic lignin을 추출하는 실험을 실시하여 기본 특성을 알아보았다. Palm kernel shell의 열분해 반응온도 실험 결과 약 490 ℃에서 바이오오일 수율이 약 48.8 wt.%로 최대가 되었다. 시료 크기 변화에 따른 생성물 수율을 비교해 본 결과 시료의 크기가 클수록 열전달률이 떨어져 바이오오일의 수율이 떨어지는 것을 확인하였다. 시료 투입 속도의 영향 고찰에서는 투입속도가 빠를수록 바이오오일의 생성 수율이 높아지는 것을 확인하였다. Palm kernel shell의 열분해를 통해 회수한 바이오오일을 GC/MS로 분석한 결과 주로 acids, furfural, phenol 및 phenolic compounds로 이루어져 있었는데 특히 phenol 및 phenolic compounds의 함량이 다른 바이오매스에 비해 매우 높은 것을 확인 하였다. 생성된 가스를 분석한 결과 열분해 반응온도가 상승함에 따라 가스 수율 역시 증가하며 주요 구성 성분은 CO, CO2, CH4로 나타났다. 또 반응온도가 상승함에 따라 CO2는 줄고 CO가 증가하는 경향을 보여주었고 최대 발열량은 약 8 MJ/kg이었다. 생성된 촤를 분석한 결과 주로 탄소와 회분으로 이루어져 있음을 확인하였고 FE-SEM/EDX와 Micro/Mesopore and surface area analyzer로 촤의 표면을 분석한 결과 촤의 비표면적은 약 1.6~3.7 m2/g 으로 나타났으며 반응온도가 증가함에 따라 촤가 melting되어 비표면적이 줄어드는 것을 확인하였다. 촤의 경우 활성화 과정을 거쳐 활성탄과 같은 흡착제로써 사용이 가능할 것으로 보여졌다. Palm kernel shell를 열분해 하여 생성된 바이오오일에서 pyrolytic lignin을 추출하는 실험을 실시하여 435 ℃의 바이오오일에서 최대 약 46 wt.%의 수율을 얻을 수 있었다. 이렇게 생산된 pyrolytic lignin은 phenol resin 등의 제조에 대체원료로써 사용이 가능하다고 판단된다. 폐각목의 열분해 실험결과 반응온도 약 485 ℃에서 최대 바이오오일 수율인 약 41.3 wt.%를 확인하였다. 유동화 매체로 생성 가스와 질소 가스로 비교하여 실험을 한 결과, 생성 가스를 사용한 경우 바이오오일의 수율이 높아지는 것을 확인하였다. 이는 생성가스 내 탄화수소류들이 반응기에서 생성된 vapour와 반응을 하여 오일의 생성을 촉진하는 것에 기인한 것으로 보아진다. 생성된 바이오오일을 GC/MS로 분석한 결과 주성분은 ammonia, acetaldehyde, acids, phenol 및 phenolic compounds였다. 생성 가스의 조성과 경향은 palm kernel shell의 경우와 거의 같음을 확인하였고 최대 발열량은 약 10 MJ/kg을 나타내었는데 발열량을 고려해 보면 생성가스는 열분해 공정 운전 시 보조 연료원으로 사용 가능하다고 판단되어진다. 원시료, 바이오오일, 촤 내의 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 함량을 분석한 결과 촤에 비해 오일 내 함량이 매우 적은 것을 확인하였는데 이는 촤 분리 시스템이 효과적으로 작동하였음을 의미한다.
전 세계적으로 화석연료의 고갈로 인한 유가 상승 및 화석연료의 사용으로 인한 지구 온난화 문제가 이슈로 떠오름에 따라 신재생에너지의 기술 개발이 활발히 이루어지고 있는 실정이다. 이런 신재생에너지 중에서 바이오매스에 의해 생산되는 신재생에너지의 비중이 50 % 이상을 차지하고 있다. 바이오매스는 나무, 풀, 농작물, 슬러지 등 생물학적 원료를 총칭하는 것으로 총량이 상당하며 비교적 저가이고 질소와 황의 함량이 작은 것이 장점으로 부각 되고 있다. 이런 바이오매스를 에너지화 하는 기술에는 열화학적 처리, 생화학적 처리, 화학적 처리로 나눌 수 있다. 열화학적 처리는 바이오오일을 생산하는 열분해, 고순도의 합성 가스를 생산하는 가스화, 직접 연소로 나눌 수 있으며 생화학적 처리에는 알코올 발효를 통해 바이오에탄올을 생산하거나 혐기성 분해를 통해 바이오가스, 즉 메탄을 생산하는 기술이다. 마지막으로 화학적 처리에는 바이오디젤을 생산하는 기술 등이 있다. 이런 기술들 중 바이오매스의 열분해는 공정을 통해 연료로 사용하는 바이오오일이나 대체 화학원료를 생산하는 기술로 고유가 시대의 에너지 문제 해결을 위한 유망하고 친환경적인 방법 중의 하나로 부각되고 있다. 본 연구에서는 palm kernel shell과 우리나라에서 발생되는 폐목재 중 폐각목을 유동층 급속 열분해를 실시하여 바이오오일 및 대체 화학원료를 생산하는 연구를 진행하였다. Palm oil wastes는 바이오디젤을 생산하고 부산물로 생기는 폐바이오매스로 2008년 기준 말레이시아에서만 약 990만 톤이 발생하고 있으며 매년 5 %씩 증가하고 있는 실정이다. 국내에서 폐목재는 2005년 기준 연간 약 510만 톤이 발생되고 있으며 재활용률은 약 35.9 %에 불과한 실정이다. 폐목재의 경우 접착제 사용 및 방부 처리 등으로 인해 화학약품이 첨가되어 있으므로 이에 대한 처리 또한 중요한데 본 연구에서는 첨가제가 사용된 폐목재 열분해의 기초자료로 사용하고자 첨가제가 함유되지 않은 폐각목을 사용하였다. 열분해 반응온도, 시료 크기, 시료 투입 속도, 유동화 매체의 변화를 통해 최적의 바이오오일의 수율을 알아보고자 하였고 열분해 생성물인 오일, 가스, 촤의 기본적인 특성을 알아보았다. 또 palm kernel shell에서 생성된 바이오오일로부터 pyrolytic lignin을 추출하는 실험을 실시하여 기본 특성을 알아보았다. Palm kernel shell의 열분해 반응온도 실험 결과 약 490 ℃에서 바이오오일 수율이 약 48.8 wt.%로 최대가 되었다. 시료 크기 변화에 따른 생성물 수율을 비교해 본 결과 시료의 크기가 클수록 열전달률이 떨어져 바이오오일의 수율이 떨어지는 것을 확인하였다. 시료 투입 속도의 영향 고찰에서는 투입속도가 빠를수록 바이오오일의 생성 수율이 높아지는 것을 확인하였다. Palm kernel shell의 열분해를 통해 회수한 바이오오일을 GC/MS로 분석한 결과 주로 acids, furfural, phenol 및 phenolic compounds로 이루어져 있었는데 특히 phenol 및 phenolic compounds의 함량이 다른 바이오매스에 비해 매우 높은 것을 확인 하였다. 생성된 가스를 분석한 결과 열분해 반응온도가 상승함에 따라 가스 수율 역시 증가하며 주요 구성 성분은 CO, CO2, CH4로 나타났다. 또 반응온도가 상승함에 따라 CO2는 줄고 CO가 증가하는 경향을 보여주었고 최대 발열량은 약 8 MJ/kg이었다. 생성된 촤를 분석한 결과 주로 탄소와 회분으로 이루어져 있음을 확인하였고 FE-SEM/EDX와 Micro/Mesopore and surface area analyzer로 촤의 표면을 분석한 결과 촤의 비표면적은 약 1.6~3.7 m2/g 으로 나타났으며 반응온도가 증가함에 따라 촤가 melting되어 비표면적이 줄어드는 것을 확인하였다. 촤의 경우 활성화 과정을 거쳐 활성탄과 같은 흡착제로써 사용이 가능할 것으로 보여졌다. Palm kernel shell를 열분해 하여 생성된 바이오오일에서 pyrolytic lignin을 추출하는 실험을 실시하여 435 ℃의 바이오오일에서 최대 약 46 wt.%의 수율을 얻을 수 있었다. 이렇게 생산된 pyrolytic lignin은 phenol resin 등의 제조에 대체원료로써 사용이 가능하다고 판단된다. 폐각목의 열분해 실험결과 반응온도 약 485 ℃에서 최대 바이오오일 수율인 약 41.3 wt.%를 확인하였다. 유동화 매체로 생성 가스와 질소 가스로 비교하여 실험을 한 결과, 생성 가스를 사용한 경우 바이오오일의 수율이 높아지는 것을 확인하였다. 이는 생성가스 내 탄화수소류들이 반응기에서 생성된 vapour와 반응을 하여 오일의 생성을 촉진하는 것에 기인한 것으로 보아진다. 생성된 바이오오일을 GC/MS로 분석한 결과 주성분은 ammonia, acetaldehyde, acids, phenol 및 phenolic compounds였다. 생성 가스의 조성과 경향은 palm kernel shell의 경우와 거의 같음을 확인하였고 최대 발열량은 약 10 MJ/kg을 나타내었는데 발열량을 고려해 보면 생성가스는 열분해 공정 운전 시 보조 연료원으로 사용 가능하다고 판단되어진다. 원시료, 바이오오일, 촤 내의 알칼리 금속 및 알칼리 토금속의 함량을 분석한 결과 촤에 비해 오일 내 함량이 매우 적은 것을 확인하였는데 이는 촤 분리 시스템이 효과적으로 작동하였음을 의미한다.
R&Ds on the renewable energy technology have become more active because of lack of fossil fuel and global warming. Among the renewable energy sources, biomass energy take 50 % of the renewable energy. Biomass is biological materials such as trees, grasses, agriculture crop. Advantages on the utiliza...
R&Ds on the renewable energy technology have become more active because of lack of fossil fuel and global warming. Among the renewable energy sources, biomass energy take 50 % of the renewable energy. Biomass is biological materials such as trees, grasses, agriculture crop. Advantages on the utilization of biomass lie in that biomass is abundant, cheap and has lower content of nitrogen and sulfur. Biomass can be converted to various forms of energy through thermochemical processes, biochemical processes and chemical processes. Thermochemical processes are pyrolysis through which bio-oil can be obtained and gasification for the syngas production. Biochemical processes are alcoholic fermentation for bioethanol and anaerobic digestion for biogas. Lastly, chemical process is biodiesel production technology. Among these technologies, fast pyrolysis is a promising technology for producing bio-oil that can be used as fuel or alternative chemical feedstock. In this study, palm kernel shells and construction woody waste were pyrolyzed in a pyrolysis plant equipped with a fluidized bed reactor and a char separation system. The purpose of this research was to investigate the influence of the reaction temperature, the feed size, the feed rate, and the kind of fluidizing medium on the yield of the bio-oil. In each experiment, mass balance was established, and the characteristics of product oil and gas were analyzed with GCs and a GC/MS system. The char was investigated using a field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) with an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and a Brunauer-Emmett-Teller (BET). To separate the pyrolytic lignin, the bio-oil was very slowly dropped to ice-cooled distilled water while stirring at 6000 rpm using an ultra turrax and filtered to the membrane filter. The pyrolytic lignin was analyzed using gel permeation chromatography (GPC). The maximum yields of bio-oil were 48.8 wt.% at 490 ℃ from palm kernel shell and 41.3 wt.% at 485 ℃ from construction woody waste, respectively. In the production of bio-oil, a smaller feed size and a higher feed rate were shown to be more efficient and the product gas as the fluidizing medium increased the production of oil. The main components of the bio-oil are acids, furfural, phenol and phenolic compounds in the palm kernel shell pyrolysis and ammonia, acetaldehyde, acids, phenol and phenolic compounds in the construction woody waste pyrolysis. Particularly, the contents of phenol and phenolic compounds in the bio-oil from palm kernel shell are much higher than bio-oil from other biomass, it is expected that the high contents in phenol and phenolic compounds comes from higher contents of lignin in palm kernel shell. The main components of the product gas were CO, CO2, CH4 and some minor hydrocarbons. With increasing temperature, yield of gas is also increased. The maximum higher heating value of the gas was about 8 MJ/kg in the palm kernel shell pyrolysis and 10 MJ/kg in the construction woody waste pyrolysis. The char was composed mainly of carbon and ash. The char obtained from palm kernel shell had specific surface area of 1.6-3.7 m2/g and the specific area decreased with increasing reaction temperature. The yield of the pyrolytic lignin which was separated from the bio-oil obtained from palm kernel shell at the reaction temperature 435 0C was approximately 46 wt.% based on the water free oil. As a result of GPC analysis, the weight average molecular weight of the pyrolytic lignin was 463 g/mol.
R&Ds on the renewable energy technology have become more active because of lack of fossil fuel and global warming. Among the renewable energy sources, biomass energy take 50 % of the renewable energy. Biomass is biological materials such as trees, grasses, agriculture crop. Advantages on the utilization of biomass lie in that biomass is abundant, cheap and has lower content of nitrogen and sulfur. Biomass can be converted to various forms of energy through thermochemical processes, biochemical processes and chemical processes. Thermochemical processes are pyrolysis through which bio-oil can be obtained and gasification for the syngas production. Biochemical processes are alcoholic fermentation for bioethanol and anaerobic digestion for biogas. Lastly, chemical process is biodiesel production technology. Among these technologies, fast pyrolysis is a promising technology for producing bio-oil that can be used as fuel or alternative chemical feedstock. In this study, palm kernel shells and construction woody waste were pyrolyzed in a pyrolysis plant equipped with a fluidized bed reactor and a char separation system. The purpose of this research was to investigate the influence of the reaction temperature, the feed size, the feed rate, and the kind of fluidizing medium on the yield of the bio-oil. In each experiment, mass balance was established, and the characteristics of product oil and gas were analyzed with GCs and a GC/MS system. The char was investigated using a field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) with an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) and a Brunauer-Emmett-Teller (BET). To separate the pyrolytic lignin, the bio-oil was very slowly dropped to ice-cooled distilled water while stirring at 6000 rpm using an ultra turrax and filtered to the membrane filter. The pyrolytic lignin was analyzed using gel permeation chromatography (GPC). The maximum yields of bio-oil were 48.8 wt.% at 490 ℃ from palm kernel shell and 41.3 wt.% at 485 ℃ from construction woody waste, respectively. In the production of bio-oil, a smaller feed size and a higher feed rate were shown to be more efficient and the product gas as the fluidizing medium increased the production of oil. The main components of the bio-oil are acids, furfural, phenol and phenolic compounds in the palm kernel shell pyrolysis and ammonia, acetaldehyde, acids, phenol and phenolic compounds in the construction woody waste pyrolysis. Particularly, the contents of phenol and phenolic compounds in the bio-oil from palm kernel shell are much higher than bio-oil from other biomass, it is expected that the high contents in phenol and phenolic compounds comes from higher contents of lignin in palm kernel shell. The main components of the product gas were CO, CO2, CH4 and some minor hydrocarbons. With increasing temperature, yield of gas is also increased. The maximum higher heating value of the gas was about 8 MJ/kg in the palm kernel shell pyrolysis and 10 MJ/kg in the construction woody waste pyrolysis. The char was composed mainly of carbon and ash. The char obtained from palm kernel shell had specific surface area of 1.6-3.7 m2/g and the specific area decreased with increasing reaction temperature. The yield of the pyrolytic lignin which was separated from the bio-oil obtained from palm kernel shell at the reaction temperature 435 0C was approximately 46 wt.% based on the water free oil. As a result of GPC analysis, the weight average molecular weight of the pyrolytic lignin was 463 g/mol.
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