초록 ▼

최종목표
커피박을 이용하여 6,300kcal/kg이상, 흡수율 8%이하 및 고형연료제품 품질․등급 기준을 충족하는 pilot scale의 목질계 고형연료용 탄화분말 개발 및 열분해 가스 재활용을 통한 건조비용 20% 절감
개발내용 및 결과
커피박 연료화에 의한 경제적 효과를 검증한 결과 톱밥 환산기준 143억원, 목재펠릿연료 환산기준 297억원의 경제적 효과가 예상되며, 커피박의 연료특성은 모든 항목에서 바이오고형연료 규격에 적합하였다. 약산세정 및 열분해(Torrefaction)에 의한 연료특성 제고 실험결과 약산

최종목표
커피박을 이용하여 6,300kcal/kg이상, 흡수율 8%이하 및 고형연료제품 품질․등급 기준을 충족하는 pilot scale의 목질계 고형연료용 탄화분말 개발 및 열분해 가스 재활용을 통한 건조비용 20% 절감
개발내용 및 결과
커피박 연료화에 의한 경제적 효과를 검증한 결과 톱밥 환산기준 143억원, 목재펠릿연료 환산기준 297억원의 경제적 효과가 예상되며, 커피박의 연료특성은 모든 항목에서 바이오고형연료 규격에 적합하였다. 약산세정 및 열분해(Torrefaction)에 의한 연료특성 제고 실험결과 약산세정후 260℃에서 10분 열분해 한 커피박 탄화분말이 가장 최적 조건으로 판단되며, 약산세정에 따른 효과는 1차년도 최적 열분해 조건이었던 280℃, 10분 처리군 대비 열분해온도는 20℃ 낮출 수 있었고 회분 함유량은 3%이상, 칼륨은 10%이상 저감이 가능하였으며, 염소는 거의 전량이 제거되는 효과를 얻을 수 있었다. 또한 열분해가스 회수에 의한 에너지절감효과는 목재펠릿 기준 에너지사용량으로 환산하면 6,021kcal/hr의 에너지 절감이 가능하였으며, 약 24%의 건조비용을 절감할 수 있는 것으로 분석되었다.
기술개발 배경
2012년 RPS제도 시행 등 정부의 신재생에너지 공급 확대 정책에 따라 2013년에는 2010년 대비 350% 급증한 약 200만톤의 발전용 바이오매스 연료 수요가 발생하는 등 수요가 급증하고 있으나 2013년 기준 연료용 목재자원의 공급물량은 180만톤 내외로 수요에 비해 공급물량이 턱없이 부족한 실정으로 대체 목재자원의 필요성이 제기되고 있다.
또한 목재연료의 경우 화석연료 대비 발열량이 낮고, 흡습성에 따른 자연분해현상이 발생하고 분쇄가 어려우며, 기술적으로 석탄과의 혼소가 5% 이내로 제한되는 등의 문제점 및 목재자원의 부족현상이 대두됨에 따라 2010년 이후 유럽을 기점으로 목재펠릿의 문제점을 개선한 torrefied biomass pellet가 점진적으로 목재펠릿을 대체하기 시작하였다.
우리나라의 2010년 커피박 발생량은 전건기준 약 14만톤에 이르며 연평균 8%이상 수입규모가 급증하고 있으나 대부분 폐기되고 있으며, 이는 2011년 보급계획인 목재펠릿 11만톤을 전량대체할 수 있고 2010년 기준 열병합발전소 수요량인 60만톤의 23%에 달하는 규모로 목재펠릿 환산금액으로 연간 약 730억원의 수입대체 효과가 예상되는 에너지자원이다.
따라서 본 연구에서는 국내에서 발생되는 커피박을 바이오고형 연료 자원으로 이용하기 위하여 열분해에 따른 물리, 화학적 특징을 조사하는 한편, pilot plant 구축을 통한 시제품 생산 및 현장실증실험 추진을 통해 커피박을 이용한 바이오고형연료 사업화를 추진하였다.
핵심개발 기술의 의의
본 기술개발의 의의는 국내외에서 최초로 커피를 추출하고 폐기되는 커피박의 연료특성을 분석하는 한편, 이를 기반으로 바이오고형연료를 제조하는 기술을 제공한 데 있으며, 나아가 해외 장비 및 기술 도입 없이 독자기술을 통해 비목재자원인 커피박을 열분해 하여 탄화바이오매스 연료를 제조하는 기술을 확보한 데 그 의의가 있다.
적용 분야
바이오매스 열분해시스템의 핵심기술인 순간 냉각시스템 및 열분해가스 회수 건조시스템은 반응조 형태에 관계없이 다양한 열분해시스템에 적용이 가능한 기술이며, 열분해시스템에 의해 생산된 탄화분말 및 탄화펠릿은 목재펠릿 대체 연료, 석탄혼소발전소용 신재생에너지, 제철용 석탄 코크스 및 유연탄 대체연료로 활용이 가능하다.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 12
• 목차 ... 14
• 표 목차 ... 16
• 그림 목차 ... 18
• 제 1 장 서론 ... 21
• 제 1 절 과제의 개요 ... 21
• 1. 기술개발개요 ... 21
• 2. 기술․제품의 용도 및 적용분야 ... 21
• 3. 개발 기술의 중요성과 파급효과 ... 21
• 제 2 절 관련현황 ... 26
• 1. 국내․외 기술 현황 ... 26
• 2. 국내․외 시장 현황 ... 27
• 3. 국내․외 경쟁기관 현황 ... 28
• 4. 국내․외 지식재산권 현황 ... 28
• 5. 국내․외 표준화 현황 ... 29
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과 ... 31
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 31
• 1. 최종목표 ... 31
• 2. 평가방법 및 평가항목 ... 31
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 32
• 1. 커피박 발생량 및 경제성 검토 ... 32
• 2. 커피박 원재료 적합성 검증 ... 35
• 3. 커피유 추출 및 유지 특성 분석 ... 40
• 4. 열분해(Torrefaction)에 의한 연료특성 제고 ... 46
• 5. 커피박 탄화분말 약산세정 효과 검증 ... 64
• 6. 약산세정 및 열분해(Torrefaction)에 의한 연료특성 제고 ... 67
• 7. 탄화펠릿 생산을 위한 Pelletization 조건 도출 ... 74
• 8. 시험생산 및 성능평가 ... 80
• 9. 열분해가스 공정 재활용 시스템 개발 ... 83
• 10. 열분해가스 에너지 회수 및 건조시스템 개발 ... 96
• 제 3 절 수행결과의 보안등급 ... 104
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 104
• 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 105
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 105
• 1. 연구개발추진일정 ... 105
• 2. 연구개발추진실적 ... 106
• 제 2 절 연구개발 추진체계 ... 107
• 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 108
• 1. 기술 현황 ... 108
• 2. 시장 현황 ... 109
• 3. 사업화 전망 ... 112
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 116
• 참고문헌 ... 117
• 첨부 ... 120
• 첨부 1. 시험성적서 ... 121
• 첨부 2. 설계도면 ... 122
• 첨부 3. 특허등록증 및 출원서 ... 125
• 첨부 4. 투고논문 ... 127
• 끝페이지 ... 132