선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 그러므로 본 연구는 먼저 낙엽송 및 백합나무 펠릿에 대한 전계방출 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscopy, 이하 FE-SEM) 및 에너지 분산 X-선 분광기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, 이하 EDX)로 관찰하여 각각 반탄화 펠릿의 표면 및 반탄화 조건에 따른 리그닌의 분포 차이를 확인하기 위하여 수행하였다. 또한 반탄화 낙엽송 및 백합나무 펠릿의 내구성 향상을 위하여 반탄화한 목분에 탄수화물, 단백질, 리그닌을 바인더로 첨가하여 목재 펠릿을 제조한 후, 내구성을 조사하여 바인더가 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 조사하였다.
- 또한 반탄화 낙엽송 및 백합나무 펠릿의 내구성 향상을 위하여 반탄화한 목분에 탄수화물, 단백질, 리그닌을 바인더로 첨가하여 목재 펠릿을 제조한 후, 내구성을 조사하여 바인더가 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 조사하였다. 이 결과를 토대로 반탄화 낙엽송 및 백합나무 펠릿의 내구성 향상 방안을 제시하고자 수행하였다.
제안 방법
- 4. Durabilities of larch and tulip tree pellets fabricated with sawdust adjusted to moisture contents of 2%, 10% and 15%.
- EDX 분석은 X-선의 출사각도를 35°로 조정하였으며, 발생된 2차 X-선을 검출기로 포집한 후, 그 값을 CPS(count per second) 단위로 측정하여 목재 칩 및 펠릿 표면에 존재하는 리그닌의 분포 및 정량분석을 실시하였다[23].
- 이 성형기를 이용한 펠릿의 제조 공정은 먼저 금형부의 온도, 성형 압력 및 시간을 원하는 조건까지 조절한 후, 펠릿 내구성의 실험 오차를 최소화하기 위하여 1 g의 목분을 원료 투입부에 넣었다. 경화 강철대의 3회 왕복으로 목분을 금형부로 밀어 최대압력을 가하고 3분 후에 사출부로부터 성형된 하나의 펠릿을 제조하였다. 이렇게 제조된 펠릿의 평균 직경 및 길이는 각각 7 mm와 20 mm로 측정되었으며, 실험실 내에서 최소 24시간 방치한 후 내구성 실험에 사용하였다.
- 낙엽송 및 백합나무 칩의 반탄화 처리 온도(230 ℃, 250 ℃, 270 ℃)와 시간(30 min, 50 min, 70 min)이 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 다원변량분석(3 × 3)을 이용하여 통계학적으로 분석하였다.
- 내구성 측정 결과에 따라 목분의 함수율을 10%로 고정한 후, 바인더로 리그닌, 전분, 단백질 보충제를 목분의 전건무게를 기준으로 2 wt%를 첨가하여 상기와 동일한 조건에서 펠릿의 제조 및 내구성을 측정하여 반탄화 목분으로 제조한 펠릿 제조에 있어 바인더의 첨가가 내구성에 미치는 영향을 조사하였다.
- 이렇게 함수율이 조절된 목분을 지퍼백에 넣은 후, 최소 24시간 동안 보관하였으며 이를 이용하여 펠릿을 제조하였다. 다음으로 2.2절에서 명시한 방법과 동일한 조건에서 펠릿 제조 및 이 펠릿에 대한 내구성을 측정하였다.
- 한편 펠릿 제조에 있어 반탄화 목분의 초기함수율(무첨가, 10%, 15%)이 낙엽송 및 백합나무 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 통계학적으로 분석하였다. 다음으로 반탄화 목분의 함수율을 10%로 고정한 상태에서 리그닌, 전분, 단백질을 첨가하여 펠릿을 제조하였으며, 이렇게 제조된 펠릿의 내구성을 측정하여 내구성 향상에 바인더 종류가 미치는 영향을 분석하였다. 상기 분석 결과가 p < 0.
- 따라서 목분의 함수율 조절 및 펠릿 제조시 바인더의 첨가가 펠릿의 내구성 향상에 미치는 영향에 대하여 추가적인 실험을 수행하였으며, 그 결과는 다음 절에 서술하였다.
- 그러므로 본 연구는 먼저 낙엽송 및 백합나무 펠릿에 대한 전계방출 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscopy, 이하 FE-SEM) 및 에너지 분산 X-선 분광기(Energy Dispersive X-ray Spectrometer, 이하 EDX)로 관찰하여 각각 반탄화 펠릿의 표면 및 반탄화 조건에 따른 리그닌의 분포 차이를 확인하기 위하여 수행하였다. 또한 반탄화 낙엽송 및 백합나무 펠릿의 내구성 향상을 위하여 반탄화한 목분에 탄수화물, 단백질, 리그닌을 바인더로 첨가하여 목재 펠릿을 제조한 후, 내구성을 조사하여 바인더가 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 조사하였다. 이 결과를 토대로 반탄화 낙엽송 및 백합나무 펠릿의 내구성 향상 방안을 제시하고자 수행하였다.
- 본 연구에서는 먼저 여러 조건에서 반탄화 처리한 LAR과 TUT를 이용하여 펠릿을 제조하였으며, 이 펠릿에 대한 내구성을 측정하였다. 또한 이 펠릿의 FE-SEM과 SEM-EDX 관찰을 통하여 반탄화 조건에 따른 펠릿의 표면 및 결합 부분의 차이를 분석하였다. 아울러 반탄화 목분을 이용하여 제조한 펠릿의 내구성 향상을 위하여 수분 및 바인더를 첨가하여 펠릿을 제조하였으며, 이 결과를 통하여 수분 및 바인더의 첨가가 반탄화 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 조사하였다.
- 먼저 목재 칩을 razor blade로 0.5 × 0.5 × 0.5 cm3 치수의 시편으로 절삭하고, 이 시편을 100±5 ℃의 오븐에서 24시간 완전건조를 실시한 후, 2% KMnO4 용액에 2시간 동안 침지하였다.
- 반탄화 조건에 따른 목재 칩과 펠릿 표면의 차이를 시각적으로 확인하기 위하여 각 조건에서 반탄화 처리한 목재 칩과 이를 이용하여 제조한 펠릿의 표면을 전계방출 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscopy, 이하 FE-SEM)으로 관찰하였다. 목재 칩은 반탄화 시편을, 펠릿은 0.2 g의 목분을 상기의 펠릿제조 조건과 동일한 방법으로 제조한 후 현미경 관찰에 사용하였다. 현미경 관찰에 앞서 목재 칩과 펠릿은 100±5 ℃에서 24시간 완전건조를 실시하였으며, 이렇게 준비된 시편을 양면 탄소 접착테이프를 사용하여 금속 stud에 올려 고정시키고, 백금을 20 nm의 두께로 sputter-coating을 실시하여 FE-SEM(Supera 55VP: Carl Zeiss, Oberkochen, Germany) 을 이용하여 관찰하였다.
- 반탄화 처리는 500 g의 칩을 반탄화 반응기((주)건조기술, 광주, 광산구)에 투입한 후, 무산소 조건에서 2 L/min의 속도로 질소가스를 투입하면서 수행하였다. 목재 칩의 반탄화 조건에 따른 펠릿의 내구성 차이를 확인하기 위하여 230 ℃, 250 ℃, 270 ℃의 온도에서 30 min, 50 min, 70 min의 시간으로 반탄화 처리하였으며, 이렇게 처리된 반탄화 칩을 400 mL 용량의 가정용 후드믹서(한일전기, 서울, 영등포구)를 이용하여 분쇄하였다. 이 목분을 8~18 mesh(2.
- 무반탄화 및 반탄화 칩 그리고 각각을 이용하여 제조한 펠릿 표면의 리그닌 분포를 조사하기 위하여 에너지 분산 X-선 분광기(Energy Dispersive X-ray spectrometer, 이하 EDX, XFlash 4000; Bruker AXS Microanalysis, Berlin, Germany)를 사용하였다. 먼저 목재 칩을 razor blade로 0.
- 반탄화 목분으로 제조한 펠릿의 내구성 향상을 위하여 목분의 전건무게 기준 2 wt%의 바인더를 첨가하였는데, 이 제조 과정에서 바인더의 접착 효과를 충족시키기 위하여 함수율을 10%로 조절한 목분을 사용하였다. 먼저 반탄화 LAR 펠릿의 경우 바인더를 첨가하지 않고 제조한 펠릿의 내구성은 64.
- 반탄화 조건에 따른 목재 칩과 펠릿 표면의 차이를 시각적으로 확인하기 위하여 각 조건에서 반탄화 처리한 목재 칩과 이를 이용하여 제조한 펠릿의 표면을 전계방출 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscopy, 이하 FE-SEM)으로 관찰하였다. 목재 칩은 반탄화 시편을, 펠릿은 0.
- 반탄화 처리에 의한 목분의 낮은 함수율(3%)이 펠릿의 내구성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단되어 수분 첨가를 통하여 반탄화 처리한 목분의 함수율을 10% 및 15%로 조절하였다. 반탄화 처리 목분의 함수율 조절은 미리 무게가 측정된 양의 3% 함수율의 반탄화 처리 목분을 tray에 얇은 층으로 올리고, 이 tray를 저울에 다시 올려 원하는 양의 수분을 분무기로 분사하였다. 이렇게 함수율이 조절된 목분을 지퍼백에 넣은 후, 최소 24시간 동안 보관하였으며 이를 이용하여 펠릿을 제조하였다.
- , 이하 TUT) 칩은 국립산림과학원으로부터 공급받았다. 반탄화 처리는 500 g의 칩을 반탄화 반응기((주)건조기술, 광주, 광산구)에 투입한 후, 무산소 조건에서 2 L/min의 속도로 질소가스를 투입하면서 수행하였다. 목재 칩의 반탄화 조건에 따른 펠릿의 내구성 차이를 확인하기 위하여 230 ℃, 250 ℃, 270 ℃의 온도에서 30 min, 50 min, 70 min의 시간으로 반탄화 처리하였으며, 이렇게 처리된 반탄화 칩을 400 mL 용량의 가정용 후드믹서(한일전기, 서울, 영등포구)를 이용하여 분쇄하였다.
- 반탄화 처리에 의한 목분의 낮은 함수율(3%)이 펠릿의 내구성에 부정적인 영향을 미치는 것으로 판단되어 수분 첨가를 통하여 반탄화 처리한 목분의 함수율을 10% 및 15%로 조절하였다. 반탄화 처리 목분의 함수율 조절은 미리 무게가 측정된 양의 3% 함수율의 반탄화 처리 목분을 tray에 얇은 층으로 올리고, 이 tray를 저울에 다시 올려 원하는 양의 수분을 분무기로 분사하였다.
- 본 연구에서는 먼저 여러 조건에서 반탄화 처리한 LAR과 TUT를 이용하여 펠릿을 제조하였으며, 이 펠릿에 대한 내구성을 측정하였다. 또한 이 펠릿의 FE-SEM과 SEM-EDX 관찰을 통하여 반탄화 조건에 따른 펠릿의 표면 및 결합 부분의 차이를 분석하였다.
- 또한 이 펠릿의 FE-SEM과 SEM-EDX 관찰을 통하여 반탄화 조건에 따른 펠릿의 표면 및 결합 부분의 차이를 분석하였다. 아울러 반탄화 목분을 이용하여 제조한 펠릿의 내구성 향상을 위하여 수분 및 바인더를 첨가하여 펠릿을 제조하였으며, 이 결과를 통하여 수분 및 바인더의 첨가가 반탄화 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 조사하였다.
- 제조된 펠릿의 내구성 측정은 국립산림과학원 고시 “목재펠릿 품질규격”에 기술된 방법에 의거한 간의방법에 따라 수행하였다[14]. 즉, 제조된 5개의 펠릿을 직경 3.15 mm의 표준체 위에서 거르고 표준체 위에 남은 펠릿의 무게를 0.01 g 수준까지 측정한 후, 내구성 시험기에 넣고 분당 50회로 총 10분간 텀블링을 수행하였다. 텀블링이 완료된 펠릿을 다시 표준체로 걸러내고 잔류한 펠릿의 무게를 측정하였으며, 내구성 실험 전과 후의 펠릿 무게 차이를 백분율로 환산하여 내구성 값을 구하였다.
- 01 g 수준까지 측정한 후, 내구성 시험기에 넣고 분당 50회로 총 10분간 텀블링을 수행하였다. 텀블링이 완료된 펠릿을 다시 표준체로 걸러내고 잔류한 펠릿의 무게를 측정하였으며, 내구성 실험 전과 후의 펠릿 무게 차이를 백분율로 환산하여 내구성 값을 구하였다.
- 낙엽송 및 백합나무 칩의 반탄화 처리 온도(230 ℃, 250 ℃, 270 ℃)와 시간(30 min, 50 min, 70 min)이 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 다원변량분석(3 × 3)을 이용하여 통계학적으로 분석하였다. 한편 펠릿 제조에 있어 반탄화 목분의 초기함수율(무첨가, 10%, 15%)이 낙엽송 및 백합나무 펠릿의 내구성에 미치는 영향을 통계학적으로 분석하였다. 다음으로 반탄화 목분의 함수율을 10%로 고정한 상태에서 리그닌, 전분, 단백질을 첨가하여 펠릿을 제조하였으며, 이렇게 제조된 펠릿의 내구성을 측정하여 내구성 향상에 바인더 종류가 미치는 영향을 분석하였다.
- 현미경 관찰에 앞서 목재 칩과 펠릿은 100±5 ℃에서 24시간 완전건조를 실시하였으며, 이렇게 준비된 시편을 양면 탄소 접착테이프를 사용하여 금속 stud에 올려 고정시키고, 백금을 20 nm의 두께로 sputter-coating을 실시하여 FE-SEM(Supera 55VP: Carl Zeiss, Oberkochen, Germany) 을 이용하여 관찰하였다.
대상 데이터
- 반탄화 LAR 및 TUT로 제조한 펠릿의 내구성 향상을 위하여 바인더로 탄수화물, 단백질, 리그닌을 사용하였는데, 탄수화물은 99%의 감자전분(성진식품, 경기, 광주)을, 단백질은 72%의 단백질을 함유한 단백질 보충제(Monster Milk, Cytosport, Benicia, CA, USA)를, 리그닌은 99% Alkaline lignin(Tokyo Chem. Ind. Co., Tokyo, Japan)을 구입하여 사용하였다. 반탄화 처리에 따른 시편 표면의 리그닌 정량분석을 위하여 사용된 과망간산칼륨(KMnO4)은 화학 실험용 시약으로 비엠하이테크(서울, 구로)에서 구입하여 사용하였다.
- , Tokyo, Japan)을 구입하여 사용하였다. 반탄화 처리에 따른 시편 표면의 리그닌 정량분석을 위하여 사용된 과망간산칼륨(KMnO4)은 화학 실험용 시약으로 비엠하이테크(서울, 구로)에서 구입하여 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 낙엽송(Larix kaempferi C., 이하 LAR)과 백합나무(Liriodendron tulipifera L., 이하 TUT) 칩은 국립산림과학원으로부터 공급받았다. 반탄화 처리는 500 g의 칩을 반탄화 반응기((주)건조기술, 광주, 광산구)에 투입한 후, 무산소 조건에서 2 L/min의 속도로 질소가스를 투입하면서 수행하였다.
- 경화 강철대의 3회 왕복으로 목분을 금형부로 밀어 최대압력을 가하고 3분 후에 사출부로부터 성형된 하나의 펠릿을 제조하였다. 이렇게 제조된 펠릿의 평균 직경 및 길이는 각각 7 mm와 20 mm로 측정되었으며, 실험실 내에서 최소 24시간 방치한 후 내구성 실험에 사용하였다.
- 이 시편을 증류수를 이용하여 3~4회 세척하고 기건 및 전건 처리한 후, EDX 분석용 시편으로 사용하였다. 펠릿 시편의 경우, 분쇄/정선된 목분을 상기와 같은 방법으로 KMnO4를 이용하여 염색 및 세척을 실시하였으며, FE-SEM 관찰용 시편과 동일하게 펠릿을 제조한 후, EDX 분석용 시편으로 사용하였다. EDX 분석은 X-선의 출사각도를 35°로 조정하였으며, 발생된 2차 X-선을 검출기로 포집한 후, 그 값을 CPS(count per second) 단위로 측정하여 목재 칩 및 펠릿 표면에 존재하는 리그닌의 분포 및 정량분석을 실시하였다[23].
데이터처리
- 상기 분석 결과가 p < 0.05 범위에 있을 경우 Fisher’s LSD(least significant different: 최소유의차) 검정을 이용한 Student t-test를 통하여 각 평균값 간의 차이가 유의한지를 추가적으로 분석하였다.
이론/모형
- 제조된 펠릿의 내구성 측정은 국립산림과학원 고시 “목재펠릿 품질규격”에 기술된 방법에 의거한 간의방법에 따라 수행하였다[14].
성능/효과
- 3과 같다. LAR 펠릿의 관찰 결과와 유사하게 무반탄화 TUT 펠릿에서 리그닌이 표면에 고르게 분포하였으며, 반탄화 TUT 펠릿에서는 부분적으로 응집된 리그닌의 분포를 관찰할 수 있었다. 이는 상기에서 언급한 바와 같이 펠릿 제조시 적용된 높은 열에 의한 리그닌의 가소화에서 기인한 결과라 생각한다.
- 47). TUT 펠릿의 내구성 측정 결과를 종합하면, 반탄화 온도의 상승에 따른 반탄화 TUT 펠릿의 내구성 감소는 반탄화 처리에 의한 TUT의 화학적 조성(특히 hemicellulose) 변화에서 기인한 것으로 판단된다.
- 결과를 종합하면, 반탄화 LAR 및 TUT를 이용한 펠릿 제조시 230 ℃ 이하의 온도와 30분 이하의 조건에서 반탄화 처리하는 것이 펠릿의 내구성 유지를 위한 적절한 반탄화 조건이라 판단된다.
- 5). 다음으로 반탄화 TUT 펠릿의 경우 반탄화 LAR 펠릿의 내구성 결과와 같이 230 ℃ 반탄화 TUT 목분을 이용하여 제조한 펠릿이 가장 높은 내구성을 보였으며, 반탄화 시간은 내구성에 영향을 미치지 않았다(Fig. 6). 상기 결과를 토대로 반탄화 LAR 및 TUT를 이용한 펠릿을 제조시 230 ℃ 이하의 온도와 30분 이하의 조건에서 반탄화 처리하는 것이 펠릿의 내구성 유지를 위한 적절한 반탄화 조건이라 생각한다.
- 이와 같이 반탄화 온도의 증가가 반탄화 LAR 펠릿의 내구성에 부정적인 영향을 미치는 이유는 반탄화 온도의 증가와 함께 LAR 표면에 존재하는 수산기 간의 에테르 결합이 증가하고 결과적으로 LAR 목분 간에서 발생할 수 있는 수소결합과 같은 자가결합(auto-adhesion)이 감소하여 나타난 결과로 추정된다. 다음으로 반탄화 시간에 따른 펠릿의 내구성 차이를 보면, 30분에서 내구성이 가장 높았으며(p=0.01), 50분과 70분 간에는 차이가 없었다(p=0.07). 상기 결과들로부터 온화한 조건(230 ℃/30분)에서 반탄화 처리한 LAR 목분으로 제조한 펠릿의 내구성이 가장 높았으며, 그 이상의 조건에서 반탄화 처리한 목분으로 제조한 펠릿의 내구성 간에는 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다.
- 다음으로 반탄화 펠릿의 내구성에 대한 바인더별 차이를 확인한 결과, LG 및 PR을 첨가하여 제조한 반탄화 LAR 펠릿의 내구성 간에는 차이가 없었으나(p=0.07), ST를 첨가하여 제조한 펠릿보다 높았다(p=0.01). 반탄화 TUT 펠릿의 내구성도 반탄화 LAR 펠릿과 마찬가지로 LG- 및 PR-첨가 펠릿에서 ST-첨가 펠릿보다 높았으며(p=0.
- 반탄화 목분으로 제조한 펠릿의 내구성 향상을 위하여 목분의 전건무게 기준 2 wt%의 바인더를 첨가하였는데, 이 제조 과정에서 바인더의 접착 효과를 충족시키기 위하여 함수율을 10%로 조절한 목분을 사용하였다. 먼저 반탄화 LAR 펠릿의 경우 바인더를 첨가하지 않고 제조한 펠릿의 내구성은 64.17%로 측정된 반면, 리그닌(이하 LG), 전분(이하 ST), 단백질보충제(이하 PR)를 첨가하여 제조한 LAR 펠릿의 내구성은 각각 90.4%, 80.5%, 92.6%로 바인더의 사용에 따른 내구성의 증가를 확인할 수 있었다(Fig. 7). 반탄화 TUT 펠릿의 내구성도 바인더 무첨가 펠릿의 93.
- 28%로 조사되었다. 무반탄화와 230 ℃/30분-반탄화 펠릿 간의 리그닌 양에는 차이가 없었으나(p=0.09), 반탄화 조건을 270 ℃/70분으로 하였을 때 리그닌 양은 증가하였다(p=0.01). 이와 같은 결과는 3.
- 반탄화 LAR 및 TUT 펠릿의 내구성은 무반탄화 펠릿과 비교하여 낮았으며, 온화한 조건에서 반탄화 처리한 시편을 이용하여 제조한 펠릿의 내구성이 높았다. 이 펠릿들의 SEM-EDX 관찰을 통하여 무반탄화 펠릿의 표면에서는 리그닌이 광범위하게 분포하고 있었으며, 반탄화 펠릿에서는 리그닌이 국부적으로 응집하여 존재하는 것을 확인할 수 있었다.
- 펠릿 표면에 존재하는 리그닌의 정량분석 결과, LAR 펠릿에서는 270 ℃/70분에서 반탄화한 시편을 이용하여 제조한 펠릿에서 가장 높았으나, TUT 펠릿에서는 반탄화 여부 및 조건에 영향을 받지 않았다. 반탄화 LAR 펠릿의 내구성은 목분의 함수율 증가와 함께 향상되었으나, 반탄화 TUT 목분에 수분을 첨가하여 제조한 펠릿의 내구성은 오히려 감소하는 경향을 보였다. 한편 반탄화 펠릿의 내구성은 바인더의 첨가와 함께 향상되었으며, 바인더별 내구성 향상 정도는 ST보다 LG 및 PR의 영향이 큰 것으로 조사되었다.
- 7). 반탄화 TUT 펠릿의 내구성도 바인더 무첨가 펠릿의 93.0%에서 LG-, ST-, PR-첨가 TUT 펠릿의 95.9%, 93.1%, 97.0%로 각각 증가하는 경향을 보였다(Fig. 7). 상기와 같이 바인더와 함께 제조된 펠릿의 내구성 증가는 바인더가 목분 간의 결합을 위한 접착제 역할을 수행함으로써 기인한 것으로 생각한다[22].
- 반탄화 낙엽송(이하 LAR) 목분으로 제조한 펠릿의 내구성은 무반탄화 LAR 펠릿(98.9%)보다 전반적으로 크게 낮았다. 이는 LAR의 반탄화 처리에 따른 함수율 감소로 목분 간의 접착을 담당하는 것으로 알려진 리그닌 성분이 충분히 가소화되지 않아 나타난 결과라 추정된다[22].
- 07). 상기 결과들로부터 온화한 조건(230 ℃/30분)에서 반탄화 처리한 LAR 목분으로 제조한 펠릿의 내구성이 가장 높았으며, 그 이상의 조건에서 반탄화 처리한 목분으로 제조한 펠릿의 내구성 간에는 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다.
- 반면 반탄화 TUT 목분에 수분을 첨가하여 제조한 펠릿의 내구성은 감소하였는데, 이는 비중이 낮은 TUT의 경우 반탄화 처리가 내부까지 진행되어 조직이 약화됨에 따라 내구성 측정 단계에서 미세분 발생량이 증가하여 나타난 결과라 추정된다. 상기 결과를 종합하면, 반탄화 처리한 고비중의 목재를 펠릿의 원료로 이용할 경우 내구성 향상을 위하여 원료에 대한 적절한 함수율 조절이, 그리고 저비중 목재는 함수율 조절보다 반탄화 처리 조건의 조절을 통하여 펠릿 제조용 원료로 이용하는 방안이 효과적일 것으로 생각한다.
- 6). 상기 결과를 토대로 반탄화 LAR 및 TUT를 이용한 펠릿을 제조시 230 ℃ 이하의 온도와 30분 이하의 조건에서 반탄화 처리하는 것이 펠릿의 내구성 유지를 위한 적절한 반탄화 조건이라 생각한다.
- 92%의 내구성을 가진 것으로 조사된 270 ℃/70분 반탄화 펠릿보다 높았다. 이 결과들을 토대로 TUT에 존재하는 리그닌 분포 및 양 외에 펠릿의 내구성에 미치는 여러 인자들이 상호적으로 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서 목분의 함수율 조절 및 펠릿 제조시 바인더의 첨가가 펠릿의 내구성 향상에 미치는 영향에 대하여 추가적인 실험을 수행하였으며, 그 결과는 다음 절에 서술하였다.
- 에서 언급한 바와 같이 고온의 반탄화 처리에 의하여 LAR 표면 내에 존재하는 hemicellulose 성분이 분해되며서 리그닌 성분이 상대적으로 증가하여 나타난 것으로 판단된다[13]. 이 결과를 토대로 LAR에 존재하는 리그닌 분포의 변화가 펠릿의 내구성에 영향을 미치는 것으로 생각한다.
- 2은 무반탄화/반탄화 LAR 목분으로 제조한 펠릿에서 목분 표면 및 목분 간의 결합 부분을 FE-SEM과 SEM-EDX로 관찰한 결과이다. 이 그림에서 밝은 색의 점은 염색 시약 내에 함유된 망간과 결합된 리그닌을 나타내는 것으로 무반탄화-LAR 펠릿의 목분 표면에서는 리그닌이 광범위하게 분포하고 있었으며, 반탄화-LAR 펠릿에서는 리그닌이 국부적으로 응집하여 존재하는 것을 관찰할 수 있었다. 또한 펠릿에서 목분 간의 결합 부분을 관찰한 결과 리그닌이 주로 결합부분에 분포하고 있었는데, 상기의 결과들은 펠릿 제조 과정에서 높은 열에 의하여 LAR 표면 내에 존재하는 리그닌 성분이 가소화되어 결합 부위로 이동하면서 나타난 것으로 추정된다[23].
- 반탄화 LAR 및 TUT 펠릿의 내구성은 무반탄화 펠릿과 비교하여 낮았으며, 온화한 조건에서 반탄화 처리한 시편을 이용하여 제조한 펠릿의 내구성이 높았다. 이 펠릿들의 SEM-EDX 관찰을 통하여 무반탄화 펠릿의 표면에서는 리그닌이 광범위하게 분포하고 있었으며, 반탄화 펠릿에서는 리그닌이 국부적으로 응집하여 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 펠릿 표면에 존재하는 리그닌의 정량분석 결과, LAR 펠릿에서는 270 ℃/70분에서 반탄화한 시편을 이용하여 제조한 펠릿에서 가장 높았으나, TUT 펠릿에서는 반탄화 여부 및 조건에 영향을 받지 않았다.
- 이와 같은 추론을 확인하기 위하여 LAR 펠릿 표면에 존재하는 리그닌의 정량분석을 수행한 결과, 무반탄화, 230 oC/30분, 270 oC/70분 반탄화 LAR 펠릿에서 각각 0.82±0.13%, 0.70±0.18%, 1.47±0.28%로 조사되었다.
- 펠릿 표면에 존재하는 리그닌의 정량분석 결과, LAR 펠릿에서는 270 ℃/70분에서 반탄화한 시편을 이용하여 제조한 펠릿에서 가장 높았으나, TUT 펠릿에서는 반탄화 여부 및 조건에 영향을 받지 않았다.
- 반탄화 LAR 펠릿의 내구성은 목분의 함수율 증가와 함께 향상되었으나, 반탄화 TUT 목분에 수분을 첨가하여 제조한 펠릿의 내구성은 오히려 감소하는 경향을 보였다. 한편 반탄화 펠릿의 내구성은 바인더의 첨가와 함께 향상되었으며, 바인더별 내구성 향상 정도는 ST보다 LG 및 PR의 영향이 큰 것으로 조사되었다. 결과를 종합하면, 반탄화 LAR 및 TUT를 이용한 펠릿 제조시 230 ℃ 이하의 온도와 30분 이하의 조건에서 반탄화 처리하는 것이 펠릿의 내구성 유지를 위한 적절한 반탄화 조건이라 판단된다.
후속연구
- 그 연구에서 바인더로 전분, lignosulfonate와 단백질 등이 주로 연구되었으며, 이와 같은 바인더는 목재 간의 결합력 향상을 위한 접착제 역할을 수행함으로서 내구성을 향상시키는 것으로 보고되었다[1,15-22]. 따라서 반탄화 처리한 산림 바이오매스를 이용한 펠릿에서 바인더의 첨가가 내구성 향상을 위한 하나의 방안이 될 것으로 판단된다.
- 결과를 종합하면, 반탄화 LAR 및 TUT를 이용한 펠릿 제조시 230 ℃ 이하의 온도와 30분 이하의 조건에서 반탄화 처리하는 것이 펠릿의 내구성 유지를 위한 적절한 반탄화 조건이라 판단된다. 또한 반탄화 처리한 고비중의 목재를 펠릿의 원료로 이용할 경우 내구성 향상을 위하여 원료에 대한 적절한 함수율 조절이, 그리고 저비중 목재는 함수율 조절보다 반탄화 처리 조건의 조절을 통하여 펠릿 제조용 원료로 이용하는 방안이 효과적일 것으로 생각한다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.