KR100779421B1 - 목질계 바이오매스를 이용한 고형 탄화연료의 제조방법 - Google Patents

목질계 바이오매스를 이용한 고형 탄화연료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 목질계 바이오매스(biomass)를 이용한 고형 탄화연료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연상태에서 무한정 생산이 가능한 목질계 바이오매스; 착화제, 점결제 및 점착제의 특성을 나타내는 카사바 전분; 및 산화제로서 초석;을 혼합 및 성형하여 친환경 고체 탄화연료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 자연상태에서 무한정 생산이 가능한 목질계 바이오매스를 사용함으로써 경제적이고, 원료의 구성이 간단하여 제조가 용이하며, 연소성이 우수할 뿐만 아니라 단위중량당 발열량이 높은 친환경 고형 탄화연료를 제조할 수 있으며, 상기 고체 탄화연료를 전기 및 스팀생산이 가능한 대형 보일러의 연료로 사용할 수 있다.
탄화연료, 목질계, 바이오매스, 숯가루, 카사바

Description

목질계 바이오매스를 이용한 고형 탄화연료의 제조방법{Method for Preparing Solid Carbonizing Fuels Using Wood Biomass}
본 발명은 목질계 바이오매스(biomass)를 이용한 고형 탄화연료의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자연상태에서 무한정 생산이 가능한 목질계 바이오매스; 착화제, 점결제 및 점착제의 특성을 나타내는 카사바 전분; 및 산화제로서 초석;을 혼합 및 성형하여 친환경 고체 탄화연료를 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 목재연료를 대체 에너지원으로 활성화하는 '21세기형 장작불' 방안이 정부 차원에서 추진되고 있다. 이는 산림에서 자연 발생하는 폐기목이나 생활 및 산업부문에서 발생되는 폐목재를 열병합발전의 연료로 사용하도록 지원체계를 마련한다는 내용으로, 특히 신재생 에너지 활용을 늘리는 방안의 하나로 '목질계 바이오매스 공급 활성화 방안'이 제시되었다. 바이오매스란 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의해 생성되는 식물체, 균체 및 이들을 먹고 살아가는 동식물체를 포함하는 생물 유기체를 말한다.
매년 홍수 등 자연재해나 임야의 개발, 가구나 산업 부산물로 발생하는 폐목재 등 연료로 쓸 수 있는 목재는 318만톤이고, 이를 이용하면 석유 143만톤 상당의 에너지를 얻을 수 있을 것으로 추정되고 있으나, 현재 산림 부산물 목재의 90%, 생활, 건설 및 산업 분야의 폐목재 60% 이상이 폐기되고 있는 실정이다. 이에 따라 이들 목재를 유용한 대체에너지원으로 활용할 수 있을 것이라 기대되고 있다.
현재, 목질계 바이오매스를 에너지원으로서 사용하기 위한 시도로서, 목질계 원료를 이용하여 바이오에탄올을 제조하기 위한 연구가 진행되고 있으나, 아직 상용화되고 있지 못하며, 그 외의 다른 분야에서는 목질계 바이오매스를 에너지원으로 실용화할 수 있는 연구결과가 미미한 실정이다.
한편, 종래에는 탄화연료를 제조하는 과정에서, 탄화된 숯가루를 성형하기 위한 접착제로서 곡물 전분을 반죽하여 첨가하거나 또는 실리콘과 같은 화학 접착제를 첨가하여 사용하였다. 그러나, 곡물 전분 반죽은 대량생산이 불가능하여 탄화연료 제조시에 경제성이 떨어지고, 화학접착제는 탄화연료의 연소시 유해가스를 발생시키는 문제점이 있다.
또한, 탄화연료의 연소성을 향상시키기 위하여 벤젠계통의 유기화합물을 첨가하여 연료를 제조하기도 하는데, 이같은 경우, 발암물질인 유해가스가 발생되어 환경문제 뿐만 아니라, 인체에도 치명적인 해를 끼칠 수 있다.
최근, 목질계 바이오매스를 분쇄한 다음 180~230℃의 온도에서 압착하여 제조된 고형연료가 개발된 바 있으나, 강도가 약하고 발열량이 4800~5500kcal에 불과하여 연료로서의 성능에 한계가 있다 (WO 06/077652A1).
또한, 점결제 없이 폐목재만을 사용하여 상기 폐목재를 분쇄한 다음, 폐목재의 함수율을 조정하는 과정을 거쳐 50~200℃의 온도에서 100~1000 kgf/cm2의 압력으로 압착함으로써 제조된 고형연료도 최근에 개발되었으나, 점결제를 사용하지 않기 때문에 압착과정에서 상대적으로 높은 강도의 압력을 필요로 하며, 제조된 연료는 부스러지기 쉬운 단점이 있다 (JP 2006-31531A2).
종래 목재를 탄화시킨 숯을 이용하여 고체연료를 제조한 대표적인 기술로서, 연소재와 점화재가 단위포장으로 포장되어지는 고체연료 유니트가 공개된 바 있다 (한국등록특허 제478876호). 상기 고체연료 유니트에서 연소재는 대나무를 탄화시킨 대나무숯 단위체이고, 점화재는 대나무숯가루, 활성탄, 미분당, 초석, 바륨 및 전분을 혼합하여 제조된 혼합물을 성형틀에 투입하여 성형한 후, 일정크기로 절단하여 형성되며, 상기 점화재의 화력에 의하여 연소재가 연소되어지는 것을 특징으로 하는데, 상기 고체연료를 제조하기 위하여 많은 수의 원료가 필요하다는 단점이 있으며, 또한, 연료의 구성이 복잡하고 제조비용이 비싸기 때문에 연료공급량에 있어서 한계가 있으므로 대형 보일러용 연료로서는 부적합하다.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 개선하고자 예의 노력한 결과, 고형 탄화연료 제조시에 아카시아 나무 바이오매스를 탄화시킨 숯가루와 카사바 전분 및 초석만을 원료로 하여 고형 탄화연료를 제조한 결과, 간단한 원료의 구성만으로도 유해가스를 발생시키지 않고, 연소성이 우수하다는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 목질계 바이오매스를 이용한 고형 탄화연료 및 그 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하고자 본 발명은 (a) 목질계 바이오매스를 탄화시켜 숯가루를 제조하는 단계; (b) 상기 숯가루에 카사바 전분 및 산화제를 혼합 및 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 성형물을 건조하여 고형 탄화연료를 수득하는 단계를 포함하는 목질계 바이오매스(biomass)를 이용한 고형 탄화연료의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 고형 탄화연료를 제공한다.
본 발명에 따르면, 자연상태에서 무한정 생산이 가능한 목질계 바이오매스를 사용함으로써 경제적이고, 원료의 구성이 간단하여 제조가 용이하며, 연소성이 우수할 뿐만 아니라 단위중량당 발열량이 높은 친환경 고형 탄화연료를 제조할 수 있으며, 상기 고체 탄화연료를 전기 및 스팀생산이 가능한 대형 보일러의 연료로 사용할 수 있다.
본 발명은 일 관점에서, (a) 목질계 바이오매스를 탄화시켜 숯가루를 제조하는 단계; (b) 상기 숯가루에 카사바 전분 및 산화제를 혼합 및 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 성형물을 건조하여 고형 탄화연료를 수득하는 단계를 포함하는 목질계 바이오매스(biomass)를 이용한 고형 탄화연료의 제조방법에 관한 것이다 (도 1).
본 발명에 있어서, 상기 (b)단계에서 카사바 전분 및 산화제의 함량은 숯가루 100 중량부에 대하여 각각 8~17 중량부 및 1~3 중량부인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서, 목질계 바이오매스란 리그닌 또는 셀룰로오스가 포함된 나무, 초본식물 및 이들에서 파생된 제품이나 폐목재, 종이 등을 의미하는 것으로, 종이등과 같은 파생제품으로 가공되지 않은 형태의 일반적인 목재와는 구별되는 것으로, 자연상태에서 무한정 생산이 가능하다.
본 발명에 있어서, 상기 목질계 바이오매스는 아카시아 나무, 참나무, 대나무, 고무나무, 단풍나무, 야자수나무 및 팜트리 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 숯가루의 발열량은 6,500~7,800 kcal/kg인 것을 특징으로 할 수 있다.
구체적으로는, 목질계 바이오매스를 탄화로에 넣어 공기를 차단하고 가열하여 탄화시키면, 수분 및 휘발성분 중 일부분이 제거되고 고정탄소의 양이 증가되어 단위 중량당 발열량이 두 배 이상으로 증가된 숯을 수득할 수 있으며, 이렇게 수득한 숯을 분쇄함으로써 숯가루를 제조하여 본 발명의 고형 탄화연료 제조시에 사용한다.
상기 목질계 바이오매스를 탄화시켜 제조한 숯가루는, 연료가 연소할 때 산화반응에 의해 상기 숯가루의 발열량에 해당하는 열을 방출함으로써 연료로서의 역할을 수행할 수 있도록 하는 기능을 수행한다.
상기 숯가루는 본 발명에 따라 제조되는 고형 탄화연료의 주성분으로서, 연소시 산화반응에 의하여 상기 숯가루의 발열량인 6,500~7,800 kcal/kg에 해당하는 열을 방출함으로써 연료로서의 역할을 하게 된다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 목질계 바이오매스로서 아카시아 나무를 사용할 수 있다. 아카시아 나무는 철도 침목, 가구재, 땔감 등으로 사용되는데, 특히, 연기가 적고, 화력이 좋아 연료로서의 효용성이 높다. 또한, 상기 아카시아 나무를 이용하여 제조한 숯은 다른 목재의 숯에 비해 휘발분이 많이 함유되어 있어 연소속도가 빠르고, 연소의 지속성이 높다.
본 발명에서 카사바 전분은 종래에 사용하였던 화학성분의 점결제와는 달리 자연에서 구할 수 있는 천연 성분의 점결제 역할을 수행한다.
카사바란 남아메리카가 원산지인 쌍떡잎식물 쥐손이풀목 대극과의 낙엽관목으로서, 사방으로 퍼지는 덩이뿌리를 가지고 있다는 데에 그 특징이 있다. 카사바 의 덩이뿌리는 사방으로 퍼지고 그 끝이 고구마처럼 굵어지며, 20~25%의 녹말을 함유하고 있다. 상기 카사바의 덩이뿌리에서 채취하는 녹말은 타피오카(tapioca)라고 하며, 점성이 있어 과자·알코올·풀·요리 원료로 사용될 수 있다.
본 발명에서, 카사바 전분은 카사바 뿌리를 잘게 부수어 건조한 후 분쇄기를 이용하여 미세한 가루형태로 만든 것으로, 상기 카사바 전분을 물과 혼합하고 가열하여 카사바 전분 혼합물을 제조한 뒤, 상기 카사바 전분 혼합물을 점결제로서 사용한다.
카사바 전분은 상기에 기재한 바와 같이 물질에 점성을 주어 잘 엉기도록 하는 점결제로서의 기능 이외에도, 다른 녹말 가루와는 달리 카사바 전분은 연료의 점화를 신속하게 하는 착화제로서의 특성 및 물질을 달라붙게 하는 작용을 하는 점착제로서의 특성을 나타내는 바, 본 발명에서 사용된 카사바 전분은 고형 탄화연료의 제조시에 점결제, 착화제, 점착제 등의 물질을 각각 첨가했던 종래 기술에 비해 본 발명에 따른 고형 탄화연료의 기술적 구성을 간소화시킬 뿐만 아니라 그 성능을 향상시킬 수 있는 효과는 나타낸다.
한편, 카사바 전분의 착화제로서의 특성은 아밀로오스의 함량에 기인한다고 할 수 있다. 카사바 전분은 옥수수 전분과 같은 기타 천연성분의 전분에 비해 아밀로오스의 함량이 높고 호화온도(gelatinization temperature)가 낮아, 카사바 전분이 접착성질을 띄게 되는 호화공정에서 가열시간이 단축되므로 공정시간 단축으로 생산량의 증대가 가능하고 가열에 필요한 연료의 소모가 적게 된다.
본 발명에서, 카사바 전분의 첨가비율이 8 중량부 미만이면 숯가루와 혼합시 에 점성이 약화되어 최종적으로 제조된 고형 탄화연료가 부서지기 쉽고, 착화속도가 감소되며, 카사바 전분의 첨가비율이 17 중량부를 초과하면 숯가루의 첨가비율이 상대적으로 줄어들게 되면 고형 탄화연료의 발열량이 감소하고 고형 탄화연료의 착화가 급작스레 이루어져 안정성이 저하되어 연료로서의 효용이 떨어지므로, 본 발명에서는 숯가루 100 중량부에 카사바 전분이 8 ~ 17 중량부의 비율로 첨가되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 (b)단계의 산화제는 초석인 것을 특징으로 할 수 있다.
초석은 KNO3을 포함하는, 질산염광물 중 하나로서 산화제로 쓰이며, 본 발명에서는 고형 탄화연료의 연소시에 산화제 역할을 하여 상기 고형 탄화연료가 쉽게 착화되어 연속적으로 연소될 수 있도록 하는 기능 및 효과를 나타낸다.
구체적으로, 초석은 화약의 성분 중의 하나로 연소시 산소를 발생하여 탄소와 급격히 반응하면서 산화반응을 일으키므로 연소속도를 빠르게 하여 연소시간을 단축하게 하는 기능이 있다. 즉, 초석은 연료의 연소성을 향상시켜 연료의 완전연소가 가능하게 한다.
본 발명에서, 상기 초석의 첨가비율이 1 중량부 미만이면 산화제로서의 기능이 저하되고, 3 중량부를 초과하여 첨가할 경우에는 산화제로서의 기능이 동일하게 나타나므로, 숯가루 100 중량부에 상기 초석의 첨가비율은 1 ~ 3 중량부인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명에서는 수용성을 나타내는 분말 형태의 초석을 사용하여 상기 숯가루 및 카사바 전분과 균일하게 혼합되도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 (b)단계의 성형은 압축성형인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에서는 상기 압축성형으로 인하여 일정한 모양과 균질한 성분조성을 가지는 고형 탄화연료를 제조할 수 있다.
본 발명은 다른 관점에서, 목질계 바이오매스 유래 숯, 카사바 전분 및 산화제를 함유하는 고형 탄화연료에 관한 것이다 (도 2).
본 발명에 있어서, 상기 목질계 바이오매스를 이용한 고형 탄화연료의 발열량은 6,000~7,300 kcal/kg인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 고형 탄화연료는 대형 보일러의 연료로 사용되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 방법에 따라 제조된 고형 탄화연료는 일정한 모양과 균질한 성분조성을 가지고 있어 단위 중량당 발열량이 균일한 특성을 나타내므로, 전기 또는 스팀생산이 가능한 보일러의 연료로 사용시에 연소제어가 용이하고 보일러의 출력이 안정화되어 운전자의 운전부하가 경감되고 설비의 제어효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 환경공해 물질인 질소산화물은 보일러 설비에서 연소시 화염온도의 상승과 공기량의 증가로 인하여 발생하는 열적요인에 기인한 Thermal NOx가 대부분으로, 상기 질소산화물 발생의 증가 원인은 연료의 연소시 공기비가 일정 한도 이상으로 높아지거나 연소실에서의 국부적인 온도상승이 있을 경우인데, 본 발명의 따른 고형 탄화연료의 경우 상술한 바와 같은 발열량의 균일한 특성으로 인하여 연료의 연소시 일정하게 낮은 공기비로 보일러의 운전이 가능하고, 보일러의 연소실은 균일한 온도분포를 형성하므로, 연소 공기비 변화 및 연소온도 변화에 따라 그 발생량에 변화가 나타나는 질소산화물(NOx)의 생성을 억제할 수 있다.
한편, 목질계 바이오매스를 탄화시킨 숯가루는 사용된 목질계 바이오매스에 비해 중량 및 부피가 감소하므로, 상기 숯가루를 이용하여 제조된 고형 탄화연료의 운반비를 대폭 절감할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 목질계 바이오매스를 100%라고 했을 때, 탄화된 숯가루의 중량은 상기 목질계 바이오매스의 15~25% 정도이고, 부피는 40% 이하로 된다.
일반적으로, 목질계 바이오매스를 100%라고 하였을 때, 상기 목질계 바이오매스의 수분함량은 건조 전에는 40%이고, 건조 후에는 20%이다. 연료의 수분 함유량이 높으면, 그만큼 중량이 증가하여 운반비가 증가하게 되는 단점이 있을 뿐만 아니라, 연료의 연소시 함유되어 있는 수분이 증발하면서 수분 단위중량(kg)당 600kcal의 열량이 수분의 기화와 함께 연소열로서 배출되게 되므로 열이용 효율이 그만큼 낮아지게 된다. 즉, 연료의 함수율이 낮아질수록 열이용 효율이 높아지고, 연료의 발열량도 커지게 된다.
본 발명에 따라 제조된 고형 탄화연료는 발열량이 6,500~7,800 kcal/kg 목질계 바이오매스를 탄화시켜 제조된 숯가루가 카사바 전분과의 혼합 및 성형 단계를 거치면서 발열량이 감소하지만, 그 후 건조과정을 거쳐 함수율이 낮아지므로 발열량이 다시 높아져, 최종적으로 수득된 고형 탄화연료는 6,000~7,300 kcal/kg의 발열량을 가지게 된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 아카시아 나무, 카사바 전분 및 초석을 이용한 고형 탄화연료의 제조
아카시아 나무를 탄화로에 넣어 공기를 차단하고 400~600℃의 온도에서 22시간 동안 가열하여 수분과 휘발분을 제거함으로써 아카시아 나무가 탄화된 숯을 제조한 다음, 상기 숯을 잘게 분쇄하여 숯가루를 제조하였다. 이때, 제조된 숯가루의 발열량은 6,800kcal/kg이었다.
상기 숯가루 100kg, 물을 첨가하여 가열한 카사바 전분 12kg 및 초석 2kg를 혼합한 다음, 압축성형하여 성형물을 제조였다. 상기 성형물을 약 120℃에서 3시간 동안 건조시켜 원통형의 고형 탄화연료를 제조하였다.
비교예 1: 아카시아 나무, 옥수수 녹말 및 초석을 이용한 고형 탄화연료의 제조
아카시아 나무를 탄화로에 넣어 공기를 차단하고 400~600℃의 온도에서 22시간 동안 가열하여 수분과 휘발분을 제거함으로써 아카시아 나무가 탄화된 숯을 제조한 다음, 상기 숯을 잘게 분쇄하여 숯가루를 제조하였다. 이때, 제조된 숯가루의 발열량은 6,800kcal/kg이었다.
상기 숯가루 100kg, 물을 첨가하여 가열한 옥수수 전분 12kg 및 초석 2kg를 혼합한 다음, 압축성형하여 성형물을 제조였다. 상기 성형물을 약 120℃에서 3시간 동안 건조시켜 원통형의 고형 탄화연료를 제조하였다.
비교예 2: 아카시아 나무 및 옥수수 전분을 이용한 고형 탄화연료의 제조
아카시아 나무를 탄화로에 넣어 공기를 차단하고 400~600℃의 온도에서 22시간 동안 가열하여 수분과 휘발분을 제거함으로써 아카시아 나무가 탄화된 숯을 제조한 다음, 상기 숯을 잘게 분쇄하여 숯가루를 제조하였다. 이때, 제조된 숯가루의 발열량은 6,800kcal/kg이었다.
상기 숯가루 101kg 및 물을 첨가하여 가열한 옥수수 전분 13kg를 혼합한 다음, 압축성형하여 성형물을 제조였다. 상기 성형물을 약 120℃에서 3시간 동안 건조시켜 원통형의 고형 탄화연료를 제조하였다.
비교예 3: 대나무숯 , 카사바 전분 및 초석을 이용한 고형 탄화연료의 제조
대나무를 숯가마에서 탄화하여 대나무숯을 제조한 다음, 상기 대나무숯을 잘게 분쇄하여 대나무 숯가루를 제조하였다.
상기 대나무숯가루 100kg, 물을 첨가하여 가열한 카사바 전분 12kg 및 초석 2kg을 혼합한 다음, 압축성형하여 성형물을 제조였다. 상기 성형물을 약 120℃에서 3시간 동안 건조시켜 원통형의 고형 탄화연료를 제조하였다.
실험예 1: 점결제의 종류에 따른 고형 탄화연료의 비교
실시예 1 및 비교예 1에서 각각 제조된 고형 탄화연료의 성능을 비교한 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, 발열량은 유사하게 나타났으나, 실시예 1에서 제조된 고형 탄화연료의 연소시간이 적게 나타났다. 이 결과는 실시예 1 및 비교예 1에 점결제로서 각각 사용된 카사바 전분 및 옥수수 전분의 차이에 기인한 것으로서, 상기 카사바 전분 및 옥수수 전분은 모두 천연 점결제라는 점에서 공통점이 있으나, 카사바 전분을 이용하여 연료를 제조할 경우, 연소시간도 감소하는 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 카사바 전분 및 옥수수 전분에 함유된 아밀로오스의 함량에 기인한 것으로, 카사바 전분은 아밀로오스의 함량이 높아 호화온도(66℃)가 낮고 옥수수 전분은 아밀로오스의 함량이 높아 호화온도(76℃)가 높으므로, 카사바 전분이 접착성질 띄게 되는 호화공정에서 착화시간이 감소하고 그에 따라 전체적인 연소시간도 감축되게 된다.
실시예1 비교예1 비교예2 비교예3
발열량 6,200~7,300kcal/kg 6200kcal/kg 6200kcal/kg 6100kcal/kg
연소시간 30분 40분 40분 35분
실험예 2: 초석의 사용 유무에 따른 따른 고형 탄화연료의 비교
실시예 1 및 비교예 2에서 각각 제조된 고형 탄화연료의 성능을 비교한 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, 발열량은 유사하게 나타났으나, 실시예 1에서 제조된 고형 탄화연료의 연소시간이 비교예 1에서 제조된 고형 탄화연료에 비해 짧게 나타났다. 이 결과는 실시예 1에서 사용된 초석의 유무에 기인한 것으로서, 초석이 연료의 연소시 산화제 역할을 하여 연소를 신속하게 진행시킨다는 것을 알 수 있었다.
실험예 3: 숯가루 종류에 따른 따른 고형 탄화연료의 비교
실시예 1 및 비교예 3에서 각각 제조된 고형 탄화연료의 성능을 비교한 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, 연소시간은 유사하게 나타났으나, 실시예 1에서 제조된 고형 탄화연료의 발열량이 비교예 1에서 제조된 고형 탄화연료에 비해 높게 나타났다. 이 결과는 실시예 1과 비교예 3에서 사용된 아카시아 나무 숯가루와대나무 숯가루의 차이에 기인한 것으로, 아카시아나무 숯가루를 사용하여 제조한 연료의 발열량이 높아 연료로서 효용이 크며, 휘발분 함량이 높아 대형 보일러등과 같은 장치의 연료로의 가능성을 가지는 것을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따 라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른, 목질계 바이오매스를 이용한 고형 탄화연료의 제조과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 목질계 바이오매스를 이용한 고형 탄화연료를 나타낸 것이다.

Claims (7)

  1. 다음의 단계를 포함하는 목질계 바이오매스(biomass)를 이용한 고형 탄화연료의 제조방법:
    (a) 목질계 바이오매스를 탄화시켜 숯가루를 제조하는 단계;
    (b) 상기 숯가루에 카사바 전분 및 산화제를 혼합 및 성형하여 성형물을 제조하는 단계; 및
    (c) 상기 성형물을 건조하여 고형 탄화연료를 수득하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (b)단계에서 카사바 전분 및 산화제의 함량은 숯가루 100 중량부에 대하여 각각 8~17 중량부 및 1~3 중량부인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계의 숯가루의 발열량은 6,500~7,800 kcal/kg인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서 상기 (b)단계의 산화제는 초석인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 목질계 바이오매스 유래 숯, 카사바 전분 및 산화제를 함유하는 고형 탄화연료.
  6. 제5항에 있어서, 발열량이 6,000~7,300 kcal/kg인 것을 특징으로 하는 고형 탄화연료.
  7. 제5항에 있어서, 대형 보일러의 연료용인 것을 특징으로 하는 고형 탄화연료.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101529526B1 (ko) * 2008-10-31 2015-06-19 한국과학기술연구원 수생 식물을 활용한 펠렛형 고체 연료의 제조 방법
KR101730019B1 (ko) * 2015-10-14 2017-04-27 (주)포레코 다양한 원료를 펠릿화 할 수 있는 펠릿 제조 장치
KR102386964B1 (ko) * 2021-08-24 2022-04-14 김홍일 연료용 숯 및 이의 제조방법

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0169220B1 (ko) * 1996-02-05 1999-01-15 최주락 탄화된 팜셀숯가루를 주원료로하는 팜셀숯탄 및 그의 제조방법

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0169220B1 (ko) * 1996-02-05 1999-01-15 최주락 탄화된 팜셀숯가루를 주원료로하는 팜셀숯탄 및 그의 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101529526B1 (ko) * 2008-10-31 2015-06-19 한국과학기술연구원 수생 식물을 활용한 펠렛형 고체 연료의 제조 방법
KR101730019B1 (ko) * 2015-10-14 2017-04-27 (주)포레코 다양한 원료를 펠릿화 할 수 있는 펠릿 제조 장치
KR102386964B1 (ko) * 2021-08-24 2022-04-14 김홍일 연료용 숯 및 이의 제조방법

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