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문제 정의
- 이러한 산림에서 발생하는 간벌재나 폐잔목, 일반폐목 질 자원은 원유가 전혀 생산되지 않는 우리의 현실에서 매우 유용한 대체에너지원임에 틀림없다. 따라서 본 논문에서는 목질바이오매스의 연료화 공정 중의 하나인 급속열분해에 의해서 생산된 액상의 바이오오일에 관한 물리적, 화학적 특성에 대하여 기술하고자 한다.
제안 방법
- 분석하였다. 검출기는 정성 분석용으로 MSD(Mass selective detector), 정량분석용으로 FID(flame ionization detector)를 사용하였으며 자세한 분석 조건은 아래와 같다.
- 급속열분해에 의해서 생성된 너도밤나무와 독일가문비나무 바이오오일의 주요 화학 성분은 가스크로마토그래프로 분석하였다. 검출기는 정성 분석용으로 MSD(Mass selective detector), 정량분석용으로 FID(flame ionization detector)를 사용하였으며 자세한 분석 조건은 아래와 같다.
- 너도밤나무와 침엽수 혼합재에서 생산된 바이오 오일의 화학적 성분을 분석하기 위하여 gas chromatography(GC)분석을 실시하였다. Fig.
- 열분해 반응기는 특수합금강으로 제조되었으며, 반응기 길이는 330mm 이고 직경은 41mm 이었다. 반응기내에는 열분해 과정 중에 흘려주는 유동화 가스인 질소가스의 원활한 분산을 위하여 직경 Iran인 구멍이 26개 있는 두개의 판을 서로 엇갈리게 장착하였다. 열분해 반응기에는 열전달 유동매체인 모래(크기: 0.
- 5mm)를 120g 정도 채우고 유동매체부분의 온도가 470°C에 도달하면 톱밥상의 목질바이오매스는 스크류방식의 원료공급 장치에 의해서 열분해 반응기에 채워진 유동 매체 속으로 공급되면서 열분해반응은 시작된다. 시료투입량은 시료가 투입되는 과정에서 반응 기내 유동매체(모래)부분의 온도변화가 없을 정도의 속도로 투입하였다. 시료투입속도는 대략 시간당 350g 정도를 유지하였다.
- 탄소, 수소, 질소와 황의 함량은 Thermo Quest Elementary Analyzer, Flash EA1112( Milano, Italy)를 이용하여 측정하였다. 산소 함량은 100 에서 탄소, 수소, 질소와 황 성분의 함량을 제외한 나머지 부분으로 계산하였다.
대상 데이터
- 바이오오일 생산을 위해 사용된 열분해기는 독일 연방목재화학연구소가 보유한 fluidized bed형 급속열분해기를 사용하였다. 본 실험에 사용한급속열분해기의 모식도는 그림 1에 제시하였다".
- 본 실험에서는 너도밤나무와 침엽수 혼합재(전나무: 독일가문비나무 = 50:50)의 목부부분을 사용하였다. 공시재료 목분의 입자크기는 0.
- 있다. 열분해 반응기는 특수합금강으로 제조되었으며, 반응기 길이는 330mm 이고 직경은 41mm 이었다. 반응기내에는 열분해 과정 중에 흘려주는 유동화 가스인 질소가스의 원활한 분산을 위하여 직경 Iran인 구멍이 26개 있는 두개의 판을 서로 엇갈리게 장착하였다.
- 를 이용하여 Karl Fisher Titration 법에 의거하여 측정하였다. 적적용 시약으로는 Hydranal Composite 2(Riedel de Haen 34806)를 사용하였다.
이론/모형
- 바이오오일의 수분함량은 Titro Line Alpha Instrument(Schott) 를 이용하여 Karl Fisher Titration 법에 의거하여 측정하였다. 적적용 시약으로는 Hydranal Composite 2(Riedel de Haen 34806)를 사용하였다.
성능/효과
- 두 수종에서 재의 생성율은 9% 정도로 비슷한 수율을 나타났다. 그러나 바이오오일생성량은 너도밤나무가 60%로 침엽수혼합재보다높았으며, 가스 생성량은 침엽수혼합재가 42%로상대적으로 높았다. 위에서 언급했듯이, 열분해생성물의 수율은 온도에 매우 민감하므로 본 실험에서 나타난 열분해 산물의 조성차이는 재료적인 차이점에 기인할 수도 있지만, 열분해과정에서 바이오매스로의 열전달의 균일성과 열분해 온도의 불안정성에서도 원인을 찾을 수 있다.
- 이는 열분해 과정에서 목질 바이오매스가 분해되면서 초산이나 프로판산이 생성되었음을 암시한다. 급속열분해 과정에서 생성되는 고형분은 전기집진장치에서 대부분 제거되었음에도 불구하고 바이오오일에는 0.3% 가량의 고형분이 포함되어 있는 것으로 확인되었다. 이러한 고형분 양은 일반적으로 화석오일에 존재하는 고형분의 함량(0.
- 두 종류의 목질바이오매스에서 생산된 바이오 오일에는 총 90여종의 저분자량 화합물이 검출되었으며, 이들의 함량은 바이오오일의 31-33%(dry weight basis) 정도로 측정되었다. 이러한 열분해 화합물은 주로 산류, 비고리형 화합물(nonaromatic compounds, Fig, 4)과 고리형 화합물(aromatic compounds, Fig.
- 나타난 것으로 보인다. 또한 이들 성분의 구성비율을 살펴보면 침엽수 혼합재의 바이오오일에는 syringol류 화합물이 전혀 검출되지 않았고, 반대로 너도밤나무 바이오오일에는 syringol 류와 guaiacol류가 약 2:1의 비율로 존재하고 있으며, 이는 수종별 리그닌의 화학적 조성차이에따른 결과라고 할 수 있다.
- 바이오 오일의 비중은 리터당 1.2kg 으로 일반적인 오일(light fuel oil)의 리터당 0.85kg 보다 높게 나타났다. 이러한 수치는 중량을 기준으로 할 때바이오오일의 에너지 함량은 일반연료유의 42% 정도이며, 부피기준으로는 61% 에 미치는 것을의미하며 바이오오일을 보일러나 엔진용 연료로사용할 경우 연료분사기의 제작에 매우 중요한의미를 지닌다.
- 결과를 제시하였다. 바이오오일은 Karl Fisher법에 의해서 측정한 결과 약 17-22%의 수분을 함유하고 있었고, pH값은 2.7-2.9로 약산성을 띠고 있었다. 이는 열분해 과정에서 목질 바이오매스가 분해되면서 초산이나 프로판산이 생성되었음을 암시한다.
- 목질 바이오매스의 급속열분해 과정은 1-2초로 매우 짧기 때문에 열분해 공정에서 가장 중요한 관건은 바이오매스를 얼마나 균일하게 열분해 최적온도에서 반응시키는 조건을 만드는 것이다. 이를 위한 해결방안으로는 바이오매스 입자를 톱밥과 같이 미세하게 분쇄함으로서 열전달 속도의 균일성을 최대한으로 유지하였다. 이러한 목질바이오매스의 열분해 공정에서 생산되는 생성물은 크게 바이오 오일, 탄(char), 그리고 가스로 구분된다.
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