본 연구에서는 팜 부산물인 Empty Fruit Bunch (EFB)의 연료적 특성을 향상시키기 위해 용탈처리와 습식 반탄화를 연속적으로 수행하였다. 용탈처리는 $25{\sim}90^{\circ}C$에서 5~30분 수행하였으며, $90^{\circ}C$, 10분 조건에서 55.99%의 가장 높은 회분 감소율을 나타냈다. 회분 감소율은 용탈 시간보다 온도에 따라 영향을 받았다. 용탈처리 후 연속적으로 습식 반탄화를 수행하였으며 반응온도 $180{\sim}200^{\circ}C$, 반응시간 5~40분에서 실시하였다. 연속처리에 의해 규소를 제외한 대부분의 무기성분은 제거되었으며 회분 감소율은 41.05~63.58%로 나타났다. 특히, 염소, 칼륨, 마그네슘, 인 성분은 80%이상 제거되었다. 용탈처리 후 $200^{\circ}C$, 40분에서 습식 반탄화를 수행한 결과 발열량은 원시료(4390 kcal/kg)와 비교하여 7.96% 증가한 4736 kcal/kg를 나타냈다.
본 연구에서는 팜 부산물인 Empty Fruit Bunch (EFB)의 연료적 특성을 향상시키기 위해 용탈처리와 습식 반탄화를 연속적으로 수행하였다. 용탈처리는 $25{\sim}90^{\circ}C$에서 5~30분 수행하였으며, $90^{\circ}C$, 10분 조건에서 55.99%의 가장 높은 회분 감소율을 나타냈다. 회분 감소율은 용탈 시간보다 온도에 따라 영향을 받았다. 용탈처리 후 연속적으로 습식 반탄화를 수행하였으며 반응온도 $180{\sim}200^{\circ}C$, 반응시간 5~40분에서 실시하였다. 연속처리에 의해 규소를 제외한 대부분의 무기성분은 제거되었으며 회분 감소율은 41.05~63.58%로 나타났다. 특히, 염소, 칼륨, 마그네슘, 인 성분은 80%이상 제거되었다. 용탈처리 후 $200^{\circ}C$, 40분에서 습식 반탄화를 수행한 결과 발열량은 원시료(4390 kcal/kg)와 비교하여 7.96% 증가한 4736 kcal/kg를 나타냈다.
In this study, sequential leaching and wet torrefaction were performed to improve the fuel characteristics of empty fruit bunch (EFB). Leaching was carried out at $25{\sim}90^{\circ}C$ for 5~30 min. The highest ash removal efficiency of 55.99% was achieved when leaching was performed at <...
In this study, sequential leaching and wet torrefaction were performed to improve the fuel characteristics of empty fruit bunch (EFB). Leaching was carried out at $25{\sim}90^{\circ}C$ for 5~30 min. The highest ash removal efficiency of 55.99% was achieved when leaching was performed at $90^{\circ}C$ for 10 min. The ash removal efficiency was dependent more on leaching temperature than time. Wet torrefaction was carried out at $180{\sim}200^{\circ}C$ for 5~40 min, following the leaching. Most of the inorganic compounds were removed at removal efficiencies of 41.05~63.58% during sequential leaching and wet torrefaction, while silica remained in the biomass. Chloride, calcium, magnesium, and phosphorus showed more than 80% removal efficiencies. The calorific value of EFB increased to 7.96% (4730 kcal/kg) in comparison to the raw material (4390 kcal/kg) when wet torrefaction was performed at $200^{\circ}C$ for 40 min following leaching.
In this study, sequential leaching and wet torrefaction were performed to improve the fuel characteristics of empty fruit bunch (EFB). Leaching was carried out at $25{\sim}90^{\circ}C$ for 5~30 min. The highest ash removal efficiency of 55.99% was achieved when leaching was performed at $90^{\circ}C$ for 10 min. The ash removal efficiency was dependent more on leaching temperature than time. Wet torrefaction was carried out at $180{\sim}200^{\circ}C$ for 5~40 min, following the leaching. Most of the inorganic compounds were removed at removal efficiencies of 41.05~63.58% during sequential leaching and wet torrefaction, while silica remained in the biomass. Chloride, calcium, magnesium, and phosphorus showed more than 80% removal efficiencies. The calorific value of EFB increased to 7.96% (4730 kcal/kg) in comparison to the raw material (4390 kcal/kg) when wet torrefaction was performed at $200^{\circ}C$ for 40 min following leaching.
본 연구에서는 오일팜 나무에서 팜유를 생산할 때 발생하는 부산물인 EFB를 이용하여 무기성분 제거를 위한 최적의 용탈조건과 용탈의 유무에 따라 습식 반탄화 효과를 확인하고자 한다. 최종적으로 용탈처리와 습식 반탄화의 연속처리에 의한 EFB 연료적 특성 향상을 확인하고자 한다.
본 연구에서는 오일팜 나무에서 팜유를 생산할 때 발생하는 부산물인 EFB를 이용하여 무기성분 제거를 위한 최적의 용탈조건과 용탈의 유무에 따라 습식 반탄화 효과를 확인하고자 한다. 최종적으로 용탈처리와 습식 반탄화의 연속처리에 의한 EFB 연료적 특성 향상을 확인하고자 한다.
제안 방법
EFB 내의 잔존하는 이물질 및 무기성분을 제거하기 위해 EFB를 증류수(1 : 30 w/w)와 혼합하여 water bath에서 25, 60, 90℃ 조건으로 5, 10, 30분 동안 150 rpm으로 교반하였다. 용탈된 고형바이오매스를 여과하여 분리한 후 보관하였다.
용탈 처리한 EFB를 증류수와 혼합하여(1 : 8 w/w) 회전식 반응기에서 180, 190, 200℃ 조건으로 5, 10, 20, 40분 동안 150 rpm으로 교반하면서 습식 반탄화를 수행하였다. 목표온도 도달 후 반응시간을 측정하였으며, 반응이 종료된 후 반응기는 100℃ 이하로 냉각시켜 고형바이오매스와 액상가수분해산물로 분리하여 보관하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 말레이시아에서 팜유 추출 후 발생된 부산물인 Empty Fruit Bunch (EFB)를 (주)젠닥스로부터 제공받아 공시재료로 사용하였다. EFB는 10% 내외로 기건한 후 5 mm 이하로 분쇄하여 사용하였다.
이론/모형
습식 반탄화 전후 고형바이오매스의 발열량 변화를 관찰하기 위해 열량계(Automatic Isoperibol Calorimeter, Parr 6400, USA)로 측정하였다. 중량감소율과 발열량을 고려한 에너지수율, 에너지밀도를 식(2), (3), (4)에 의해 계산하였다.
45 µm filter를 통과시켜 적절한 희석 배율을 적용하여 분석을 실시하였다. 액상가수분해산물에 포함되어있는 Total Phenolic Compounds (TPC)의 함량은 Folin-Ciocalteu’s reagent 방법으로 UV spectrophotometer (SHIMADZU, Japan)를 사용하여 측정하였다(Jeong et al., 2013).
성능/효과
, 2014). 90℃, 10분 조건에서 최대 회분 감소율(55.99%)을 보였으며, 용탈처리가 무기성분 제거에 효과적이었다. 무기성분 제거 효율과 경제적 측면을 고려할 때 60℃, 5분을 최적의 용탈처리 조건으로 정하였다.
58%)와 같은 연료적 특성이 향상되었다. 용탈처리와 습식 반탄화로 바이오매스에 포함된 대부분의 무기성분이 제거됨을 확인하였으며, 특히 염소, 칼륨, 마그네슘, 인이 효과적으로 제거되었다. 따라서 EFB의 용탈처리와 습식 반탄화에 의한 고형연료 제조는 목재펠릿을 대신하는 고밀도 고형연료 활용에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
7% (170 kcal/kg) 증가한 것으로 알려졌다(Ahn and Lee, 2014). 첨가제를 혼합하였을 때 발열량 증가와 비교하여 습식 반탄화 시 원시료(4390 kcal/kg)에 비해 7.96% (346 kcal/kg) 증가한 4736 kcal/kg을 나타내고 있어 첨가제를 혼합하는 것보다 높은 발열량 증가율을 나타냈다. 이는 습식 반탄화 후 바이오매스 내에 일부 휘발성물질 제거로 인해 상대적으로 고정탄소 함량의 증가와 헤미셀룰로오스의 일부가 분해되어 셀룰로오스와 리그닌의 함량이 상대적으로 증가하여 발열량이 향상되었다(Chen et al.
후속연구
용탈처리와 습식 반탄화로 바이오매스에 포함된 대부분의 무기성분이 제거됨을 확인하였으며, 특히 염소, 칼륨, 마그네슘, 인이 효과적으로 제거되었다. 따라서 EFB의 용탈처리와 습식 반탄화에 의한 고형연료 제조는 목재펠릿을 대신하는 고밀도 고형연료 활용에 기여할 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
바이오매스란?
전 세계적으로 기후변화 대응과 에너지 절약을 위해 대체에너지의 개발과 보급이 필수적이다. 그중 바이오매스는 광합성에 의한 이산화탄소 흡수효과와 탄소중립 재료로 국제사회에서 인정받고 있으며, 자원순환 측면에서 재생가능한 친환경적인 자원으로 알려져 있다.
산림 바이오 매스 에너지의 수요가 급증한 이유는?
국내 신재생에너지 의무 할당제(Renewable Portfolio Standard, RPS)가 2012년에 도입되면서 산림 바이오 매스 에너지 수요가 급증하고 있다. 그중 목질계 바이오매스로 생산된 목재펠릿은 연소 시 석유연소에 비해 NOx , SO2 배출량은 1/12, CO2 배출량은 약 1/27의 저감 효과를 가지는 것으로 알려져 있다(Cho, 2015).
오일팜 열매의 부산물인 EFB의 특징은?
EFB는 목질계 바이오매스 부산물로 평균 50% 이상의 셀룰로오스를 함유하고 있어 고형연료로 활용 가능성이 높다. 하지만 EFB는 높은 수분함량과 회분함량 때문에 직접 고형연료로 활용하기에 적합 하지 않으므로 이러한 문제점을 해결하기 위해 특별한 처리방법(용탈처리와 습식 반탄화)이 고려되어야 한다.
참고문헌 (28)
Ahn, B.J., Chang, H.S., Cho, S.T., Han, G.S., Yang, I. 2013. Effect of the addition of binders on the fuel characteristics of wood pellets. Journal of The Korean Wood Science & Technology 41(6): 475-489.
Ahn, B.J., Han, G.S., Choi, D.H., Cho, S.T., Lee, S.M. 2014. Assessment of the biomass potential recovered from oil palm plantation and crude palm oil production in Indonesia. Journal of The Korean Wood Science & Technology 42(3): 231-243.
Ahn, B.J., Lee, S.M. 2014. Evaluation the fuel characteristics of wood pellets fabricated with wood tar and starch as an additive. Journal of The Korean Wood Science & Technology 42(3): 318-326.
Chan, Y.H., Yusup, S., Quitain, A.T., Tan, R.R., Sasaki, M., Lam, H.L., Uemura, Y. 2015. Effect of process parameters on hydrothermal liquefaction of oil palm biomass for bio-oil production and its life cycle assessment. Energy Conversion and Management 104: 180-188.
Chen, W.H., Ye, S.C., Sheen, H.K. 2012. Hydrothermal carbonization of sugarcane bagasse via wet torrefaction in association with microwave heating. Bioresource Technology 188: 195-203.
Chin, K.L., Hng, P.S., Paridah, M.T., Szymona, K., Maminski, M., Lee, S.H., Lum, W.C., Nurliyana, M.Y., Chow, M.J., Go, W.Z. 2015. Reducing ash related operation problems of fast growing timber species and oil palm biomass for combustion applications using leaching techniques. Energy 90: 622-630.
Cho, H.S., Sung, Y.J., Kim, C.H., Lee, G.S., Yim, S.J., Nam, H.G., Lee, J.Y., Kim, S.B. 2014. Study of oil palm biomass resources (part III). Journal of Korea TAPPI 46(1): 18-28.
Cho, H.S. 2015. Exploration of the alternative wood resources for pellets through torrefaction of oil palm biomass. M.D. Thesis. Gyeongsang National University, Jinju, Korea.
Idris, J., Shirai, Y., Anduo, Y., Ali, A.A.M., Othma, M.R., Ibrahim, I., Husen, R., Hassan, M.A. 2015. Improved yield and higher heating value of biochar from oil palm biomass at low retention time under self-sustained carbonization. Journal of Cleaner Production 104: 475-479.
Jeong, S.Y., Lee, H.J., Lee, J.W. 2013. Recovery of catalyst used in oxalic acid pretreatment of empty fruit bunch(EFB) and bioethanol production. Journal of The Korean Wood Science & Technology 41(6): 507-514.
Kambo, H.S., Detta, A. 2015. Comparative evaluation of torrefaction and hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass for the production of solid biofuel. Energy Conversion and Management 105: 746-755.
Kim, D.S., Sung, Y.J., Kim, C.H., Kim, S.B. 2012. Effect of pre-treatments on the oil palm EFB fiber. Journal of Korea TAPPI 44(6): 36-42.
Kim, J.Y., Oh, S., Hwang, H., Moon, Y., Choi J.W. 2013. Evaluation of primary thermal degradation feature of M.saccbariflorus after removing inorganic compounds using distilled water. Journal of The Korean Wood Science & Technology 41(4): 276-286.
Korea forest service. 2015. The quality standard of wood pellet.
Korea ministry of environment. 2014. The quality standard of biomass-solid refuse fuel.
Lee, J.S., Park, H.H., Yu, J.E. 2010. Stability evaluation on measuring water-soluble chlorid anions from iron artifacts. Journal of conservation science 26(4): 337-406.
Lynam, J.G., Coronella, C.J., Yan, W., Reza, M.T., Vasquez, V.R. 2011. Acetic acid and lithium chloride effects on hydrothermal carbonization of lignocellulosic biomass. Bioresource Technology 102(10): 6192-6199.
Nurdiawati, A., Novianti, S., Zaini, I.N., Nakhshinieva, B., Sumidab, H., Takahashi, F., Yoshikawa, K. 2015. Evaluation of Hydrothermal Treatment of Empty Fruit Bunch for Solid Fuel and Liquid Organic Fertilizer Co-Production. Energy Procedia 79: 226-232.
Park, D.H., Ahn, B.J., Kim, S.T., Lee, J.W., Han, G.S., Yang, I. 2015. Microscopic observation of pellets fabricated with torrefied Larch and Tulip tree chips and effect of Binders on the durability of the pellets. Korean Chemical Engineering Research 53(2): 224-230.
Queiroz, A.G, Francca, L., Ponte, M.X. 2012. The life cycle assessment of biodiesel from palm oil ("dende") in the Amazon. Biomass and Bioenergy 36: 50-59.
Sabil, K.M., Aziz, M.A., Lai, B., Uemura, Y. 2013. Effects of torrefaction on the physiochemical properties of oil palm empty fruit bunches, mesocarp fiber and kernel shell. Biomass and Bioenergy 56: 351-360.
Song, D.Y., Ahn, B.J., Gong, S.H., Lee, J.J., Lee, H.W., Lee, J.W. 2015. Production of hight-density solid fuel using torroffeid biomass of Larch wood. Journal of The Korean Wood Science & Technology 43(4): 381-389.
Sung, Y.J., Kim, C.H., Cho, H.S., Sim, S.W., Lee, G.S., Cho, I.J., Kim, S.B. 2013. Study of oil palm biomass resources (part I). Journal of Korea TAPPI 45(1): 13-20.
AI-Helper
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.