[논문]반탄화 과정이 바이오매스 연료의 구조 및 연소성에 미치는 영향

정종원; 김경민; 야누아르 유디 이스워로; 전충환

doi:10.7316/khnes.2018.29.3.280

[국내논문] 반탄화 과정이 바이오매스 연료의 구조 및 연소성에 미치는 영향
The Effect of Torrefaction Process on the Structure and Combustion of Biomass Fuel 원문보기

한국수소 및 신에너지학회 논문집 = Transactions of the Korean Hydrogen and New Energy Society, v.29 no.3, 2018년, pp.280 - 291

정종원 (부산대학교 기계공학부) , 김경민 (부산대학교 기계공학부) , 야누아르 유디 이스워로 (부산대학교 기계공학부) , 전충환 (부산대학교 기계공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Torrefaction is one of the methods to increase combustion calorific value and hydrophobicity of biomass. In this study, the effects of torrefaction on devolatilization, char reactivity and biomass structure were analyzed. Empty fruit bunch (EFB) and Kenaf biomass were used as fuels to be torrefied in the N2 environment at 200, 250 and $290^{\circ}C$. Devolatilization and char kinetics were analyzed by using TGA and biomass structure was investigated through petrography image. The reactivity showed different trends depending on the torrefaction temperature and biomass structure. The herbaceous biomass, Kenaf, was shown as high reactivity and thin wall structure. On the contrary, the woody biomass, EFB, had relatively low reactivity and thick wall structure.

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AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

반탄화란 넓은 의미에서 열분해 과정을 거치는 것으로 바이오매스가 연료로 사용될 때 전처리 과정으로 반탄화 과정을 겪으면 고정탄소의 증가로 발열량이 증가하고 친수성 작용기들의 열분해로 인하여 소수성을 띄어 고유수분함량이 줄어들게 된다³⁾. 그럼에도 불구하고 여전히 반탄화 바이오매스는 기존 연소로에서 사용되던 연료와 비교하였을 때 많은 특성 차이를 보이고 있기 때문에 본 연구에서는 반탄화 과정이 탈휘발 과정에 끼치는 영향과 바이오매스 촤의 연소성을 확인하고 반탄화 과정에서 바이오매스 시료의 구조적 변화를 관찰하여 바이오매스의 반탄화 과정에 대한 특성을 파악하고자 한다.
이에 본 연구에서는 바이오매스 시료의 반탄화 온도에 따른 탈휘발 과정 kinetic 그리고 바이오매스촤의 연소에서의 kinetic을 살펴보고 연소성을 도출하고자 한다. 나아가 반탄화된 바이오매스 시료가 온도에 따라 구조가 어떻게 바뀌는지 초본계 바이오매스와 목질계 바이오매스에는 어떤 차이점을 갖는지 확인하고 분석하고자 한다.
이에 본 연구에서는 바이오매스 시료의 반탄화 온도에 따른 탈휘발 과정 kinetic 그리고 바이오매스촤의 연소에서의 kinetic을 살펴보고 연소성을 도출하고자 한다. 나아가 반탄화된 바이오매스 시료가 온도에 따라 구조가 어떻게 바뀌는지 초본계 바이오매스와 목질계 바이오매스에는 어떤 차이점을 갖는지 확인하고 분석하고자 한다. 이를 바탕으로 구조의 변화가 연소성에 끼치는 영향을 확인한다.
나아가 반탄화된 바이오매스 시료가 온도에 따라 구조가 어떻게 바뀌는지 초본계 바이오매스와 목질계 바이오매스에는 어떤 차이점을 갖는지 확인하고 분석하고자 한다. 이를 바탕으로 구조의 변화가 연소성에 끼치는 영향을 확인한다.
본 연구에서는 반탄화 바이오매스 제작에는 TGA 시스템(TGA701)을 사용되었고 바이오매스의 열분해 반응률과 바이오매스 촤 연소 반응률을 알아보기 위하여 상용 열중량 분석기(thermogravimetric analysis, TGA) 시스템(SDT Q600, TA Instruments)로 바이오매스 원료 및 반탄화 과정을 거친 바이오매스를 분석하였다. 바이오매스의 열분해 반응률 도출을 위하여 Anthony와 Howard⁷⁾와 Vand⁸⁾에 의하여 제안되고 Miura⁹⁾에 의하여 보완된 Distributed Activation Energy Method (DAEM)를 이용하여 반응속도를 도출하였으며 가우스 분포함수로 표현되는 활성화 에너지(activation energy, E_a)와 상수로 도출된 pre-exponential factor (k₀)로 도출되었다.
첫 번째 실험은 바이오매스 원료를 사용하여 질소 분위기에서 승온율을 5, 10, 20℃/min로 600℃까지 승온하였다. 이 실험을 통해서는 반탄화되는 과정에서 바이오매스의 탈휘발 과정 kinetic을 알아보기 위한 목적이 있다.
앞서 논의된 탈휘발 반응률 및 촤 산화 반응률을 종합해본 결과, 초본계 바이오매스 Kenaf는 목질계 바이오매스 EFB보다 전체적으로 낮은 활성화 에너지로도 반응이 잘 일어나는 특성을 관찰하였다. 이는 두 바이오매스가 연질 성분이 많은 연료와 경질 성분이 많은 연료로 구분할 수 있다는 가정 하에 서로 다른 결과를 보이는 원인을 찾기 위하여 petrography를 통하여 구조적인 관점에서 이를 관찰해보고자 하였다¹⁵⁾.
본 연구는 바이오매스 반탄화 과정의 특성을 알아보기 위하여 목질계 바이오매스인 EFB와 초본계 바이오매스인 Kenaf를 선정하여 탈휘발, 촤 산화 반응,그리고 반탄화 온도에 따른 바이오매스 샘플의 구조적 변화에 대하여 알아보고자 하였다. 분석을 위하여 상용 TGA 장치를 통한 열중량 분석과 petrographic analysis를 통한 이미지 분석이 수행되었다.

가설 설정

바이오매스 촤에 대하여 승온률을 변화시키면서 바이오매스 촤 연소에 따라 비등온 질량 감량 곡선을 도출하였다. 본 연구에서는 승온률을 변화시키면서 열중량 분석을 할 때 반응차수와는 관계없이 활성화 에너지를 얻을 수 있다고 가정하였다¹⁰⁾. 이를 이용하여 Kissinger equation을 이용하여 촤 산화 반응속도를 고려하였다.

제안 방법

바이오매스 촤에 대하여 승온률을 변화시키면서 바이오매스 촤 연소에 따라 비등온 질량 감량 곡선을 도출하였다. 본 연구에서는 승온률을 변화시키면서 열중량 분석을 할 때 반응차수와는 관계없이 활성화 에너지를 얻을 수 있다고 가정하였다¹⁰⁾.
이는 석탄에서도 확인할 수 있는데 석탄 입자의 구조와 여러 정보들을 petrography microscope 장치를 통해 관찰하고 이는 석탄의 탈휘발 과정이나 연소과정 연구에 있어 중요한 자료가 된다¹¹⁾. 이처럼 두 가지 바이오매스 empty fruit bunch (EFB)와 Kenaf를 200, 250, 290℃의 반탄화 온도에 따른 입자의 구조적인 특징과 변화를 관찰한다.
)을 이용하였다. 온도제어를 통하여 질소 가스 분위기 하에서 승온율은 23℃/min로 제어되었으며, 반탄화 조건온도에 따른 연료 특성 확인을 위하여 설정된 반탄화 조건온도는 200, 250, 290℃이다. 반탄화 조건온도까지 상승된 온도는 30분 동안 온도를 유지한 뒤 22℃/min로 100℃까지 냉각한 후 5분간 온도를 유지하였다.
바이오매스의 구조 분석을 위하여 사용된 petrography microscope 장치는 분광 광도계(spectrophotometer)와 Coalpro-III 소프트웨어를 이용하여 광학 현미경(Axioscope-A1, Zeiss, Germany) 분석을 진행하였다. 광학 현미경은 두 가지 광원을 이용하는데, 구조 분석 및 reflectance 측정 등에 사용되는 백색광(halogen lamp, 100 W)과 특정 마세랄(liptinite 등)과 clay 미네랄의 형광반사를 유도하기 위한 UV광(halogen lamp, 110 W)이 쓰인다.
)를 이용해 연마작업을 거친다. 연마 작업은 연마지를 사용하여 P. 180, P. 400, P. 800, P. 1200의 순서로 1분간 실시한다. 이후, 분석용 샘플 표면의 스크래치 등이 없는지 확인한 후, 연마 작업을 마친다.
공업분석은 TGA (TGA701)를 이용하여 약 5 g의 시료가 분석되었다. 원소분석은 상용 원소분석 장치(Leco Tru-Spec Micro CHNS,LECO Co.)를 사용하여 분석되었으며, 발열량은 상용 열량계(5E-C6600, CKIC)를 이용하여 분석되었다. 위 분석은 American Standards for Testing of Material (ASTM) 기준에 의거하여 분석되었다^12,13).
첫 번째 실험은 바이오매스 원료를 사용하여 질소 분위기에서 승온율을 5, 10, 20℃/min로 600℃까지 승온하였다. 이 실험을 통해서는 반탄화되는 과정에서 바이오매스의 탈휘발 과정 kinetic을 알아보기 위한 목적이 있다.
두 번째 실험은 바이오매스 촤를 이용한 실험으로 기본 공기 조건에서 승온율을 5, 10, 20, 30℃/min로 950℃까지 승온하였다. 이를 통해 촤 산화 kinetics를 관찰한다.
두 번째 실험은 바이오매스 촤를 이용한 실험으로 기본 공기 조건에서 승온율을 5, 10, 20, 30℃/min로 950℃까지 승온하였다. 이를 통해 촤 산화 kinetics를 관찰한다.
마지막으로 바이오매스 원료와 반탄화된 샘플을 현미경으로 분석하였다. 현미경은 3가지의 렌즈가 있는데 100배율, 200배율, 500배율의 확대경이 있다.
현미경은 3가지의 렌즈가 있는데 100배율, 200배율, 500배율의 확대경이 있다. 이 중 주로 사용한 것은 100배율 확대경이었으며 이를 통하여 바이오매스의 전체 구조와 형상을 분석하였다. 시료형상 분석에 사용된 광원은 백색광과 UV광을 사용하였다.
그 다음 과정으로는 약 150개의 바이오매스 세포벽을 선정하여 벽 두께를 분석하는 과정을 거친다. 이 과정에서는 이미지 분석 프로그램을 사용하였고 이 프로그램은 자동적으로 지정된 지점에 대하여 gray-scale 값으로 변환되어 digital mapping 방식으로 계산된 세포벽의 크기 및 두께를 측정하고 개수를 구할 수 있다.
설정된 세 개의 승온율 5, 10, 15 K/min에 해당하는 탈휘발 과정 실선 그래프에서 전체 휘발분의 질량 변화율(mv,t, mv,tot=0.1, 0.2, 0.3, …, 1)에 대한 변화를 점선으로 나타내었다.
Petrography를 통하여 바이오매스 시료 EFB와 Kenaf를 관찰한 결과 두 가지 시료에서 다른 형태의 구조적인 차이를 확인하였다. 다만, petrography 분석을 위해서는 연마작업을 필수로 거쳐야 한다.
따라서 Kenaf와 같은 시료는 거시적인 관점에서 이미지만을 통한 cell wall의 정량적인 분석이 힘들게 되는데, 이를 UV 분석 및 이미지 처리 프로그램을 통해 계산하였다. Petrograpic 분석을 통하여 얻어진 이미지를 gray scale 변환을 통하여 약 150개의 세포벽을 선정하여 mapping된 부피를 측정한 결과를 Table 4와 같이 나타내었다.
본 연구는 바이오매스 반탄화 과정의 특성을 알아보기 위하여 목질계 바이오매스인 EFB와 초본계 바이오매스인 Kenaf를 선정하여 탈휘발, 촤 산화 반응,그리고 반탄화 온도에 따른 바이오매스 샘플의 구조적 변화에 대하여 알아보고자 하였다. 분석을 위하여 상용 TGA 장치를 통한 열중량 분석과 petrographic analysis를 통한 이미지 분석이 수행되었다. 최종적으로 도출된 연구 결과는 아래와 같다.
2) 바이오매스 촤 산화 반응률 분석을 위하여 Kissinger kinetic plot를 통하여 5, 10, 20, 30℃/min의 네 가지 승온율 조건에서 char conversion (0.1, 0.3, 0.5, 0.7,0.9)에 따른 kinetics를 알아보았다. 그 결과 char 산화에 있어 초본계 바이오매스인 Kenaf보다 목질계 바이오매스인 EFB가 더 큰 활성화 에너지를 필요로 하는 것을 확인하였다.
4) 이미지 분석을 통하여 계산한 세포 벽 두께를 계산하였다. 분석 결과 세포벽 부피는 EFB와 Kenaf 원료에서부터 양적으로 큰 차이를 보여주었으며, 이미지를 통하여 거시적으로 본 것과 같이 200-250℃에서 EFB와 Kenaf 모두 70% 이상의 큰 비율로 벽의 부피가 소실됨을 확인하였다.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 바이오매스는 목질계 바이오매스인 EFB는 인도네시아에서 시료를 취득하였고 및 초본계 바이오매스인 Kenaf는 전북 농업진흥청을 통해 새만금에서 취득하였다. EFB는 오일팜 산업의 산물인 팜오일(crude palm oil, CPO)의 수요에 따라 열매의 탈기 이후 발생되며 공정상 증해 처리되는 이유로 함유된 수분량이 많다.
본 연구에 사용된 반탄화 연료의 제작을 위하여 상용 TGA 시스템(TGA701, LECO Co.)을 이용하였다. 온도제어를 통하여 질소 가스 분위기 하에서 승온율은 23℃/min로 제어되었으며, 반탄화 조건온도에 따른 연료 특성 확인을 위하여 설정된 반탄화 조건온도는 200, 250, 290℃이다.
실험에서 사용된 입자 사이즈는 400-600 µm를 선정하였다.
원 바이오매스 시료 2종과 제조된 반탄화 연료에 대한 공업분석, 원소분석, 발열량 분석 결과 값을 Table 1에 나타내었다. 공업분석은 TGA (TGA701)를 이용하여 약 5 g의 시료가 분석되었다. 원소분석은 상용 원소분석 장치(Leco Tru-Spec Micro CHNS,LECO Co.
이 중 주로 사용한 것은 100배율 확대경이었으며 이를 통하여 바이오매스의 전체 구조와 형상을 분석하였다. 시료형상 분석에 사용된 광원은 백색광과 UV광을 사용하였다. 백색광은 바이오매스의 형상을 확인하는데 주로 사용하였다.

이론/모형

본 연구에서는 반탄화 바이오매스 제작에는 TGA 시스템(TGA701)을 사용되었고 바이오매스의 열분해 반응률과 바이오매스 촤 연소 반응률을 알아보기 위하여 상용 열중량 분석기(thermogravimetric analysis, TGA) 시스템(SDT Q600, TA Instruments)로 바이오매스 원료 및 반탄화 과정을 거친 바이오매스를 분석하였다. 바이오매스의 열분해 반응률 도출을 위하여 Anthony와 Howard⁷⁾와 Vand⁸⁾에 의하여 제안되고 Miura⁹⁾에 의하여 보완된 Distributed Activation Energy Method (DAEM)를 이용하여 반응속도를 도출하였으며 가우스 분포함수로 표현되는 활성화 에너지(activation energy, E_a)와 상수로 도출된 pre-exponential factor (k₀)로 도출되었다. 이때 실험에 적용된 승온율은 5, 10, 15 K/min로 설정되었다.
본 연구에서는 승온률을 변화시키면서 열중량 분석을 할 때 반응차수와는 관계없이 활성화 에너지를 얻을 수 있다고 가정하였다¹⁰⁾. 이를 이용하여 Kissinger equation을 이용하여 촤 산화 반응속도를 고려하였다.
본 연구에서는 Raw 바이오매스와 반탄화된 바이오매스를 구조적 관점에서 보기 위하여 petrography microscope 장치(Axioscope-A1)를 활용하였다. 이는 바이오매스 입자의 형태학적인 관점과 기공과 입자의 표면적과 같은 구조적 여러 특징을 확인할 수 있는 장비이다.
)를 사용하여 분석되었으며, 발열량은 상용 열량계(5E-C6600, CKIC)를 이용하여 분석되었다. 위 분석은 American Standards for Testing of Material (ASTM) 기준에 의거하여 분석되었다^12,13). 물성 분석에서 주요하게 사용된 장비 TGA701은 많은 시료를 분석하거나 반탄화 시료에 대한 제조를 위하여 사용되었고 실시간 질량 측정이 불가하여 시료 제조에만 주로 사용이 되고, SDT Q600은 15 mg의 시료에 대해 질량 미소변화에 대한 정량분석을 할 수 있는 장비이다
1과 같이 나타내었다. 그리고 Fig. 1에 활용된 정보 중 pine, bamboo, oil-palm fiber (OPF)는본 연구에서 제조된 반탄화 시료의 비교 검증을 위하여 Melkior 등¹⁴⁾의 연구 결과를 활용하여 추가하였다.
1) 바이오매스 탈휘발률을 분석하기 위하여 DAEM 분석법을 활용하여 EFB, Kenaf를 분석하였다. EFB와 Kenaf 모두 헤미셀룰로오스 분해 영역에서는 비슷한 경향을 보여준다.

성능/효과

촤 연료에서 발열량을 살펴보면 EFB가 Kenaf보다 조금 더 높은 것을 확인할 수 있다. 원시료의 고정 탄소 비율이 촤 연료에서 두 가지 시료 모두 증가하였고 다만 Kenaf의 증가율이 조금 더 컸다. 반면에 휘발분은 EFB가 Kenaf보다 높은 것을 확인하였다.
반면에 휘발분은 EFB가 Kenaf보다 높은 것을 확인하였다. Ash 성분을 비교해보면 Kenaf가 11.23%, EFB가 7.43%로 Kenaf가 더 높은 것을 확인하였다
전체적으로 EFB보다 Kenaf는 보다 저온에서 탈휘발 과정이 시작되는 것을 그래프 상에서 알 수 있다. 승온율이 높아질수록 탈휘발이 시작되는 온도와 종료되는 온도는 모두 증가하는 경향을 보여주고 있으며, 탈휘발 과정이 종료되는 온도 영역의 경우 탈휘발 시작온도와는 달리 EFB와 Kenaf 모두 비슷한 온도에서 종료가 됨을 알 수 있다
7은 도출된 활성화 에너지를 분포함수로 표현하여 탈휘발률을 직접적으로 보여주는 그래프이다. 초본계인Kenaf가 목질계인 EFB보다 같은 휘발분의 질량 변화율에서 더 낮은 활성화 에너지로 반응이 일어난 것을 확인할 수 있다. Fig.
7에 나타난 분포함수에서는 반응이 가장 급격하게 일어난 부분에 가장 높은 고점이 나타난다. 그리고 EFB가 Kenaf보다 분포함수의 폭이 좁고 최대값이 큰 것으로 보아 EFB는 조금 더 넓은 온도 영역대에서 탈휘발이 일어날 가능성이 조금 더 높다는 것을 시사하나 큰 수준의 차이는 아닐 것이라 예측할 수 있다
8에는 승온율에 따른 열중량 분석의 반응속도에 대한 최고점 온도를 나타낸 그래프이다. Kenaf char보다 EFB char의 반응률 최고점 온도가 전체적으로 더 높음을 알 수 있으며, 이 차이는 승온율이증가함에 따라 차이가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 설정된 승온율(5, 10, 20, 30℃/min)별 반응률 peak 온도를 식 (9)를 이용하여 char conversion에 대해 표현한 plot을 Fig.
Kenaf char보다 EFB char의 반응률 최고점 온도가 전체적으로 더 높음을 알 수 있으며, 이 차이는 승온율이증가함에 따라 차이가 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 설정된 승온율(5, 10, 20, 30℃/min)별 반응률 peak 온도를 식 (9)를 이용하여 char conversion에 대해 표현한 plot을 Fig. 9 및 Fig. 10과 같이 표현하였으며, EFB char 및 Kenaf char의 모든 fitting 대하여 R-square 값은 모두 0.99에 근접하는 값으로 적절한 fitting임을 보여준다. 또한 도출된 활성화 에너지 E_a는 Table 3과 같이 나타났다.
또한 도출된 활성화 에너지 E_a는 Table 3과 같이 나타났다. Char conversion이 진행됨에 따라 반응에 필요한 활성화 에너지는 점점 낮아지는 것을 확인할 수 있었으며, 같은 char conversion에서 EFB char 산화에 필요한 활성화 에너지가 더 큰 것으로 나타났다.
앞서 논의된 탈휘발 반응률 및 촤 산화 반응률을 종합해본 결과, 초본계 바이오매스 Kenaf는 목질계 바이오매스 EFB보다 전체적으로 낮은 활성화 에너지로도 반응이 잘 일어나는 특성을 관찰하였다. 이는 두 바이오매스가 연질 성분이 많은 연료와 경질 성분이 많은 연료로 구분할 수 있다는 가정 하에 서로 다른 결과를 보이는 원인을 찾기 위하여 petrography를 통하여 구조적인 관점에서 이를 관찰해보고자 하였다¹⁵⁾.
앞서 언급되었던 200℃에서 반탄화된 샘플의 이미지보다 탈휘발 과정이 훨씬 많이 진행되었음을 명확히 확인할 수 있다. 또 EFB와 Kenaf 두 바이오매스 시료 간의 비교를 통하여 Kenaf가 EFB에 비하여 탈휘발 과정이 더 많이 진행되었음을 추측할 수 있다. 그 근거로 Kenaf의 바이오매스 구조는 전체 사진의 배경과의 경계가 모호할 정도로 밀도에 변형이 많이 생겼고 기공과 전체적인 형태를 사진으로 구분하기 힘들 만큼 변화가 많이 생겼다.
마지막으로 290℃에서 반탄화된 사진인 Fig. 14을보면 EFB, 특히 (B) 영역에서 이전보다 바이오매스 밀도가 더 줄었음을 확인할 수 있고 기공은 250℃에서보다 크기가 작고 모호해진다. 하지만 Kenaf의 경우엔 250℃에서와 큰 차이점을 확인하기 힘들다.
따라서 Kenaf는 200-250℃에서의 변화가 지배적이었다. 전체적으로 샘플의 사진을 비교해보면 EFB의 내부 구조가 Kenaf에 비하여 내부 벽 자체가 두껍고 밀도가 높아 Kenaf보다 열분해 반응이 더 늦고 반응의 영향성이 좀 더 둔감하였던 것을 확인할 수 있었다. 이는 결국 구조가 약하고 연질 구조를 가진 바이오매스인 Kenaf가 열분해가 되는 과정이 더 용이하였음을 시사한다.
그 결과 세포벽의 부피 계산에서 보다 작은 양으로 측정되었다. 세포벽 부피의 변화를 살펴보면, EFB의 경우 200℃에서 반탄화된 시료와 250℃에서 반탄화된 시료의 부피 차이가 절대값 차이로도, 비율적으로도 가장 크게 드러났으며, Kenaf의 경우 원료와 200℃에서 반탄화된 시료가 가장 큰 절대값 차이를 보여주지만, 비율적으로는 200℃에서반탄화된 시료와 250℃에서 반탄화된 시료가 가장 큰 차이를 보여준다. 따라서 초본계인 Kenaf의 반탄화 온도는 목질계 바이오매스의 반탄화 온도보다 높지 않아도 될 것이라는 결론에 도달하였다.
세포벽 부피의 변화를 살펴보면, EFB의 경우 200℃에서 반탄화된 시료와 250℃에서 반탄화된 시료의 부피 차이가 절대값 차이로도, 비율적으로도 가장 크게 드러났으며, Kenaf의 경우 원료와 200℃에서 반탄화된 시료가 가장 큰 절대값 차이를 보여주지만, 비율적으로는 200℃에서반탄화된 시료와 250℃에서 반탄화된 시료가 가장 큰 차이를 보여준다. 따라서 초본계인 Kenaf의 반탄화 온도는 목질계 바이오매스의 반탄화 온도보다 높지 않아도 될 것이라는 결론에 도달하였다.
이를 통해 Kenaf의 셀룰로오스의 비율이 EFB에 비하여 낮음을 시사한다. 또한 탈휘발 시작 온도가 Kenaf가 더 낮은 시점에서 시작되는 점을 관찰하였으며 활성화 에너지를 분석에서는 초본계인 Kenaf가 목질계 EFB보다 낮은 활성화 에너지로 반응이 일어남을 확인하였다. 또한 Arrhenius 상으로 Kenaf는 EFB보다 조금 더 넓은 온도 영역대(200-430℃)에서 탈휘발이 일어날 가능성을 보여준다.
9)에 따른 kinetics를 알아보았다. 그 결과 char 산화에 있어 초본계 바이오매스인 Kenaf보다 목질계 바이오매스인 EFB가 더 큰 활성화 에너지를 필요로 하는 것을 확인하였다.
3) EFB와 Kenaf는 petrographic analysis로 도출된 이미지를 통하여 비교해보았을 때 구조적으로 큰 차이를 보였다. EFB는 Kenaf에 비하여 상대적으로 바이오매스 구조가 밀집하고 촘촘하였던 반면, Kenaf는 구조가 얇고 치밀하지 않았다.
4) 이미지 분석을 통하여 계산한 세포 벽 두께를 계산하였다. 분석 결과 세포벽 부피는 EFB와 Kenaf 원료에서부터 양적으로 큰 차이를 보여주었으며, 이미지를 통하여 거시적으로 본 것과 같이 200-250℃에서 EFB와 Kenaf 모두 70% 이상의 큰 비율로 벽의 부피가 소실됨을 확인하였다. 초본계인 Kenaf의 경우 목질계 바이오매스 EFB보다 낮은 온도에서 반탄화되어도 충분할 것이라는 결론을 내렸다
분석 결과 세포벽 부피는 EFB와 Kenaf 원료에서부터 양적으로 큰 차이를 보여주었으며, 이미지를 통하여 거시적으로 본 것과 같이 200-250℃에서 EFB와 Kenaf 모두 70% 이상의 큰 비율로 벽의 부피가 소실됨을 확인하였다. 초본계인 Kenaf의 경우 목질계 바이오매스 EFB보다 낮은 온도에서 반탄화되어도 충분할 것이라는 결론을 내렸다
기존 선행 연구와 같이 반탄화 과정에서의 설정 온도가 높아질수록 H/C, O/C 비율은 동시에 낮아지는 경향을 확인하였으며, EFB의 경우 기존 바이오매스들과 비교하였을 때, 산소의 함량이 비교적 더 많은 것으로 확인된다. Kenaf의 경우에는 바이오매스로 분류되는 영역에서도 H/C 및 O/C 비율이 상당히 높은 편으로 분류되었지만, 290℃에서 반탄화된 샘플의 경우 갈탄과 비슷한 특성을 보여주는 영역까지 탄화가 된 것을 보여준다.
Fig. 2(b)의 열중량 분석에서 화학적인 구조를 논할 수는 없지만, 반응 특성을 근거로 추측은 충분히 가능하다는 측면에서, 250℃ 및 300℃에서 반탄화된 시료의 반응률을 온도 최고점 차이로 고려하였을 때 250-300℃ 사이에서 헤미셀룰로오스 구조가 열적으로 분해되어 반응이 더욱 일어나기 쉬운 조건으로 바뀌었을 것이라 추측이 가능하다. 또한 이는 Melkior 등¹⁴⁾의 연구와 상응하는 결과를 보여준다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	반탄화는 무엇인가?	그중 최근 국내·외에서 가장 활발하게 연구되고 있는 기술 중 하나는 바이오매스 반탄화 기술이다. 반탄화란 넓은 의미에서 열분해 과정을 거치는 것으로 바이오매스가 연료로 사용될 때 전처리 과정으로 반탄화 과정을 겪으면 고정탄소의 증가로 발열량이 증가하고 친수성 작용기들의 열분해로 인하여 소수성을 띄어 고유수분함량이 줄어들게 된다3). 그럼에도 불구하고 여전히 반탄화 바이오매스는 기존 연소로에서 사용되던 연료와 비교하였을 때 많은 특성 차이를 보이고 있기 때문에 본 연구에서는 반탄화 과정이 탈휘발 과정에 끼치는 영향과 바이오매스 촤의 연소성을 확인하고 반탄화 과정에서 바이오매스 시료의 구조적 변화를 관찰하여 바이오매스의 반탄화 과정에 대한 특성을 파악하고자 한다.
	바이오매스 시료가 기존 석탄에 비교할 때 차이점은 무엇인가?	바이오매스는 탄소중립적 연료로 탄소배출을 고려하지 않기 때문에 앞으로 이에 대한 연구와 활용가치는 더욱 더 커질 것으로 보인다1,2). 하지만 바이오매스 시료는 기존 석탄에 비하여 발열량이 부족하고 수분함량과 휘발 물질의 성분 그리고 분쇄 특성 등이 석탄과 다르기 때문에 이를 보완하기 위하여 일련의 가공을 거치는 경우가 있다. 그중 최근 국내·외에서 가장 활발하게 연구되고 있는 기술 중 하나는 바이오매스 반탄화 기술이다.
	바이오매스 반탄화 기술은 무엇이고 장점은 무엇인가?	그중 최근 국내·외에서 가장 활발하게 연구되고 있는 기술 중 하나는 바이오매스 반탄화 기술이다. 반탄화란 넓은 의미에서 열분해 과정을 거치는 것으로 바이오매스가 연료로 사용될 때 전처리 과정으로 반탄화 과정을 겪으면 고정탄소의 증가로 발열량이 증가하고 친수성 작용기들의 열분해로 인하여 소수성을 띄어 고유수분함량이 줄어들게 된다3). 그럼에도 불구하고 여전히 반탄화 바이오매스는 기존 연소로에서 사용되던 연료와 비교하였을 때 많은 특성 차이를 보이고 있기 때문에 본 연구에서는 반탄화 과정이 탈휘발 과정에 끼치는 영향과 바이오매스 촤의 연소성을 확인하고 반탄화 과정에서 바이오매스 시료의 구조적 변화를 관찰하여 바이오매스의 반탄화 과정에 대한 특성을 파악하고자 한다.

참고문헌 (16)

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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