[논문]오일팜 바이오매스의 자원화 연구 IV - 반탄화된 오일팜 바이오매스의 펠릿 성형 특성 연구 -

성용주; 김철환; 이지영; 조후승; 남혜경; 박형훈; 권솔; 김세빈

doi:10.7584/ktappi.2015.47.1.024

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Domestic companies supplying electricity must increase obligatory duty to use renewable energy annually. If not met with obligatory allotment, the electricity-supply companies must pay RPS (Renewable Portfolio Standards) penalty. Although the power plants using a pulverizing coal firing boiler could...

Domestic companies supplying electricity must increase obligatory duty to use renewable energy annually. If not met with obligatory allotment, the electricity-supply companies must pay RPS (Renewable Portfolio Standards) penalty. Although the power plants using a pulverizing coal firing boiler could co-fire up to around 3 per cent with wood pellets mixed in with coal feedstock without any major equipment revamps, they recorded only about 60 per cent fulfillment of RPS. Consequently, USD 46 million of RPS penalty was imposed on the six power supplying subsidiaries of GENCOs in 2014. One of the solutions to reduce the RPS penalty is that the power supply companies adopt the co-firing of torrefied lignocellulosic biomass in coal plants, which may contribute to the use of over 30 per cent of torrefied biomass mixed with bituminous coals. Extra binder was required to form pellets using torrefied biomass such as wood chips, PKS (Palm Kernel Shell) and EFB (Empty Fruit Bunch). Instead of corn starch, 30, 50 and 70 per cent of Larix saw dusts were respectively added to the torrefied feedstocks such as Pinus densiflora chips, PKS and EFB. The addition of saw dusts led to the decrease of the calorific values of the pellets but the forming ability of the pelletizer was exceedingly improved. Another advantage from the addition of saw dusts stemmed from the reduction of ash contents of the pellets. Finally, it was confirmed that torrefied oil palm biomass such as PKS and EFB could be valuable feedstocks in making pellets through improved binding ability.

주제어

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문제 정의

^8-10) 본 연구에서는 인도네시아와 말레이시아를 중심으로 대량 발생하고 있는 오일팜 바이오매스인 EFB와 PKS의 활용도를 높이고, 발전사업자들의 RPS제도 추가 이행에 도움이 될 수 있도록 반탄화시킨 EFP와 PKS의 성형 특성을 향상시키기 위하여 전분, 톱밥 등과 같은 부원료의 이용 가능성을 탐색하고자 하였다. 특히 톱밥의 사용을 통하여 다량의 회분 함량을 갖는 PKS와 EFB의 회분 함량을 감소시키고 연료로서의 특성을 향상시킬 수있는 방안을 강구하고자 하였다.

제안 방법

따라서 보조 바인더의 첨가를 통하여 펠릿 성형성을 개선하고자 하였고, 바인더로서 전분과 같은 천연 고분자 대신에 국내산 낙엽송 톱밥을 사용하였다. 낙엽송 톱밥은 반탄화된 바이오매스에 대하여 30%, 50%, 그리고 70% 첨가하였고, 반탄화된 바이오매스의 함수율은 12-14% 범위로 조정하였다.
¹⁵⁾ 즉, 펠릿성형장치를 통과하면서 원료 발열이 전혀 되지 않아 성형이 전혀 이루어지지 않기 때문에 분말 형태로 나오게 되고 이로 인해 작업 환경이 매우 불량해진다. 따라서 성형 불량 문제를 해결하기 위해서는 전분과 같은 바인더의 첨가가 필요하지만 본 연구에서는 바인더를 대신하여 낙엽송 톱밥을 첨가하여 펠릿 성형성을 개선하고자 하였다.
하지만 반탄화시킨 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 펠릿 성형 단계에서 성형이 쉽게 되지 않기 때문에 전분과 같은 바인더의 첨가가 필요하다. 본 연구에서는 바인더 역할을 할 수 있는 낙엽송 톱밥을 첨가하여 펠릿을 제조한 후 펠릿의 발열량을 비교하였다.

대상 데이터

경상대학교 펄프종이신소재연구실에서 제조한 반탄화 장치(DUCO, Korea)를 이용하여 준비된 시료들을 반탄화 시키는데 이용하였다(Fig. 1 참조).
그리고 반탄화된 목재펠릿 제조를 위해 국내산 육송(Pinus densiflora) 칩을 사용하였다.
반탄화 실험을 위해 인도네시아 팜유 추출 및 정제 공정에서 부산물로 발생하는 EFB와 PKS를 사용하였다. EFB는 변패로 인하여 고함수율 상태(약 60% 이상)로 국내로 반입될 수 없기 때문에 함수율 약 10% 수준으로 자연 건조시켜 들여온 것을 사용하였다.

데이터처리

육송 칩, EFB, 그리고 PKS를 반탄화시킨 후 반탄화 전후 연소 특성을 알아보기 위하여 열중량분석 (Thermal Gravimetric Analysis, TGA)을 하였다. 열중량분석기 (SDT Q600, TA, USA)는 반응기 내부 직경이 20 mm이다.

이론/모형

육송 칩, EFB, 그리고 PKS를 반탄화시킨 후 반탄화 전후의 회분 분석은 국립산림과학원의 “목재펠릿 품질 규격”에 근거하여 분석하였다. 분석용 도가니에 0.

성능/효과

하지만 톱밥이 70% 첨가되었을 때 모든 바이오매스가 1등급 수준의 밀도를 나타내었다. 결론적으로 반탄화된 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 종류에 관계없이 톱밥 첨가와 함께 펠릿 성형성은 크게 개선되어 작업성이 매우 향상되었다.
결론적으로 톱밥 첨가로 반탄화된 오일팜 바이오매스의 펠릿 성형성이 개선되면서 PKS와 EFB가 목재 원료를 대체할 수 있는 가치 있는 자원으로 이용될 수 있는 가능성을 확인하였다.
본 연구에서는 바인더로서 낙엽송 톱밥을 첨가하여 펠릿을 제조하였고, 제조된 펠릿의 발열량은 톱밥 혼합량을 증가시킴에 따라 감소하였다. 반탄화된 육송 펠릿은 톱밥 첨가량 50%까지 24 MJ/kg (=5,678 kcal/kg), 그리고 반탄화된 EFB와 PKS로 제조된 펠릿은 20-21 MJ/kg (≒5,000 kcal/kg) 수준으로 매우 높은 발열량을 유지하였다. 톱밥 첨가량이 70%를 넘어서면 반탄화된 육송, PKS, 그리고 EFB로 제조된 펠릿의 발열량은 19.
하지만 반탄화된 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 펠릿 성형 단계에서 성형성이 매우 불량하기 때문에 바인더의 첨가가 필요하다. 본 연구에서는 바인더로서 낙엽송 톱밥을 첨가하여 펠릿을 제조하였고, 제조된 펠릿의 발열량은 톱밥 혼합량을 증가시킴에 따라 감소하였다. 반탄화된 육송 펠릿은 톱밥 첨가량 50%까지 24 MJ/kg (=5,678 kcal/kg), 그리고 반탄화된 EFB와 PKS로 제조된 펠릿은 20-21 MJ/kg (≒5,000 kcal/kg) 수준으로 매우 높은 발열량을 유지하였다.
반탄화된 육송 펠릿은 톱밥 첨가량 50%까지 24 MJ/kg (=5,678 kcal/kg), 그리고 반탄화된 EFB와 PKS로 제조된 펠릿은 20-21 MJ/kg (≒5,000 kcal/kg) 수준으로 매우 높은 발열량을 유지하였다. 톱밥 첨가량이 70%를 넘어서면 반탄화된 육송, PKS, 그리고 EFB로 제조된 펠릿의 발열량은 19.5-20.3 MJ/kg (4,700-4900 kcal/kg)로 감소하였다. 반탄화된 오일팜 바이오매스에 첨가된 톱밥은 펠릿의 회분 함량을 감소시킴으로써 3등급, 4등급 수준의 펠릿품질을 갖도록 하였다.

후속연구

보통 화력발전소에서 사용하는 미분탄 보일러에서 유연탄과 펠릿을 혼소할 경우 펠릿의 화학적 성상이 석탄과 달라지면 혼소량에 있어서 한계가 있기 때문에 반탄화된 바이오매스에 혼합되는 톱밥의 양이 많아지면 보일러 표면에 클링커(clinker)나 슬래그(slag) 발생을 야기하여 보일러의 수명을 단축시키는 원인이 될 수 있다. 따라서 이러한 한계를 극복하기 위해서는 발열량, 회분 등을 고려하여 반탄화된 오일팜 바이오매스에 혼합되는 톱밥의 양을 적정 수준으로 제한할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	풍력 발전의 한계는 무엇인가?	신재생에너지의 의무사용량을 확대하기 위해 태양 광이나 풍력의 의존도를 높이면 좋을 것 같지만, 태양광 발전의 경우 에너지 밀도가 낮아 태양전지 패널 설치를 위한 광활한 면적을 필요로 하는데 국토가 좁은 국내에서는 한계가 있을 수밖에 없다. 풍력 발전의 경우 바람의 세기가 큰 입지를 선정해야 하는 한계가 있고, 소음과 자연경관을 해친다는 이유로 환경단체, 지역 주민 등의 반대가 심하다. 4) 태양광이나 풍력과는 달리 (아)역청탄에 목재펠릿을 섞어 쓰는 혼소 발전은 현재의 유연탄 발전 설비를 그대로 이용할 수 있기 때문에 발전사업자들이 선호하고 있다.
	유가 하락의 문제점은 무엇인가?	유가 하락은 당장은 아니겠지만 석유 소비의 증가를 촉발하고 탄소 배출에 악영향을 미쳐 지구 온난화를 더욱 가속화시킬 잠재적인 위험 요인을 항상 내재하고 있다. 2) 따라서 유가 하락과 별도로 지구 온난화 문제에 능동적으로 대처하기 위해서는 신재생에너지의 외연 확대에 지속적인 관심을 기울일 필요가 있다.
	혼소 발전에서 목재펠릿이 사용되는 이유가 무엇인가?	현재 남동발전과 남부발전을 시작으로 혼소 발전을 도입하면서 현재 3%까지 목재펠릿을 혼소시키고 있다. 발전사업자들의 입장에서 보면 목재펠릿 수입 가격이 RPS 불이행에 따른 과징금과 비교해서 더 유리하기 때문에 외국에서 많은 양의 목재펠릿을 수입하고 있다. 2014년의 경우 남동발전의 경우 62만 톤, 남부발전이 36만 톤, 중부발전과 서부발전이 20만 톤 등 총 144만 톤 수준의 목재펠릿이 수입된 것으로 추정되고, 목재펠릿의 가격이 톤당 250달러라고 가정하면 3억 달러 이상을 지불하고 있다.

참고문헌 (15)

U.S. Energy Information Administration, "Short-Term Energy Outlook", Independent Statistics & Analysis, December 2014.
Hoeller, P. and Wallin, M., Energy prices, taxes and carbon dioxide emissions, OECD Economic Studies, No.17:92-105(1991).
Lee, J-K, Supply status and direction of policy for Korean renewable energy in 2014, Jr. of the Electric World, No. 4: 41-44(2014).
McCluney, R., "Renewable Energy Limits" in The Final Energy Crisis, Andrew MacKillop, ed., Pluto Press, pp. 1-17 (2003).
Sumanthi, S., Chai, S.P., and Mohamed, A.R., Utilization of oil palm as a source of renewable energy in Malaysia, Renewable and Sustainable Energy Reviews 12: 2404-2421 (2008).

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Sulaiman, F., Abdullah, N., Gerhauser, H., and Shariff, A., An outlook of Malaysian energy, oil palm industry and its utilization of wastes as useful resources, Biomass & Bioenergy 35: 3775-3786 (2011).

상세보기
Hambali, E., Thalar, A., and Komarudin, A., The potential of oil palm and rice biomass as bioenergy feedstock, Biomass Asia Workshop held in Jakarta, Indonesia, Nov. 29-Dec. 1, 2010. pp. 1-11.
Cho, H-S, Sung, Y.J, Kim, C-H, Lee, G-S, Yim, S-J, Nam, H-G, Lee, J-Y, and Kim, S-B, Study of Oil Palm Biomss Resources (Part 3) - Torrefaction of Oil Palm Biomss -, Journal of Korea TAPPI, 46(1): 18-28 (2014).
Sung, Y.J., Kim, C-H, Cho, H-S., Kim, S-H, Sim, S-W, Yim, S-J, Lee J-Y, and Kim, S-B, Study of Oil Palm Biomss Resources (Part 2) - Manufacturing Characteristics of Pellets Using Oil Palm Boimass -, Journal of Korea TAPPI, 45(1): 42-51 (2013).
Sung, Y.J., Kim, C-H, Cho, H-S., Sim, S-W, I-J Cho, and Kim, S-B, Study of Oil Palm Biomss Resources (Part 1) - Characteristics of Thermal Decomposition of Oil Palm Biomass -, Journal of Korea TAPPI, 43(1): 13-20 (2013).
Keppejan, J., Sokhansanj, S., Melin, S., and Madrali, S., Status overview of torrefaction technologies, IEA Bioenergy Task 32 report, Dec., 2, 2012.
Stelt, M. J. C. v. d., Gerhauser, H., Kiel, J. H. A. and Ptasinski, K. J., Biomass Upgrading by Torrefaction for the Production of Biofuels: A Review, Biomass Bioenergy, 35: 3748-3762(2011).
Okoroigwe, E.C. and Saffron, C.M. Determination of bio-energy potential of plam kernel shell by physicochemical characteriziation, Nigerian Jr. of Technology, 31(3): 329-335(2012).
Kavitha, B., Jothimani P. and Rajannan, G., Empty fruit bunch - a potential organic manure for agriculture, International Jr. of Sci. Env., 2(5): 930-937 (2013).
Melkior, T., Jacob, S., Gerbaud, G., Hediger, S., Paper L.L., Bonnefois, L, and Bardet, M., NMR anlaysis of the transformation of wood constituents by torrefaction, Fuel, 92: 271-280(2012).

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