KR101656724B1 - 커피 파치먼트를 포함하는 연료 브리켓 - Google Patents

Abstract

본 발명은 버려지는 커피 파치먼트를 재활용하여 경제성이 높고 환경적으로도 유리한 연료 브리켓을 제공하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 브리켓은, 커피 파치먼트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해, 커피 파치먼트를 이용하여 소정 수준의 열량을 가지면서도 경제성이 뛰어난 연료 브리켓을 제조할 수 있다.

Description

커피 파치먼트를 포함하는 연료 브리켓{Fuel Pellet Comprising Coffee Briquet}

본 발명은 커피 파치먼트를 포함하는 연료 브리켓에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버려지는 커피 파치먼트를 재활용하여 만든 연료 브리켓에 관한 것이다.

일반적으로, 커피는 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이 외껍질(Outer skin)(1), 점액질(2), 파치먼트(Parchment)(3), 생두(Green bean)(5) 순으로 구성된 잘익은 커피 체리(Coffee Cherry)를 내츄럴 프로세스(natural processing) 혹은 워시드 프로세스(washed processing) 등의 과정을 거쳐서 생두를 획득한 후, 볶아서 원두(Whole bean)로 만들어 사용한다.

이때, 상기 내츄럴 프로세스는 수확된 커피체리를 그대로 건조후 훌링(Hulling)하여 생두를 획득하는 것이고, 워시드 프로세스는 커피체리를 수확 후 펄핑(Pulping)과정을 통해 외껍질을 제거하고, 파치먼트에 붙어있는 점액질(pectin layer, mucilage)을 물로 완전 제거한 후 파치먼트(Parchment)가 붙어있는 상태로 건조시켜 파치먼트를 훌링(Hulling)하여 생두(Green Bean)를 만드는 것이다.

그리고, 상기 가공 방법외에도 펄프드 내추럴 프로세스 등 외껍질을 벗긴 후 파치먼트 상태에서 건조하는 가공과정이 다수 있다.

이와 같이 생두를 얻는 과정에서 발생되는 커피 파치먼트는 도 3에 나타내는 바와 같이 아이보리색 또는 연노랑색으로, 단백질, 지방, 탄수화물 등의 성분을 포함하고, 커피 생두의 10% 정도의 부피를 차지함에도 불구하고 소각 또는 매립 등의 형태로 버려지고 있어서, 대기오염을 일으키거나 쉽게 썩지 않아 토양 오염 문제를 발생하고 있다.

그러나, 상기 파치먼트를 재활용할 수 있는 기술은 전혀 개발되고 있지 않은 실정이며, 다만 커피와 관련한 재활용 기술로 원두에서 커피를 추출하고 버려지는 커피 부산물(폐기물)을 연료로 재활용하는 기술만이 한국공개특허공보 제10-2009-0085382호, 한국등록특허 10-1315522, 한국등록특허 10-1033212 등에 개시되어 있을 뿐이다.

따라서, 생두를 얻는 과정에서 버려지는 파치먼트 등을 활용하는 기술에 대한 개발이 근본적으로 필요하다고 할 것이다.

상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 버려지는 커피 파치먼트를 재활용하여 경제성이 높고 환경적으로도 유리한 연료 브리켓을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿과 브리켓에 있으며, 상기 커피 파치먼트는, 수분 함량이 30% 이하이고 평균 입경이 5mm 이하로 분쇄된 것임을 특징으로 한다.

그리고, 상기 커피 파치먼트는 낮은 지방 및 리그닌함량에 의하여 커피 파치먼트간 응집성 및 유동성이 낮으므로 이를 해결하기 위하여 연료 팰릿 및 브리켓에는 커피파치먼트외에 수분, 전분, 리그닌(lignin) 또는 황토 중에서 택일된 어느 하나 혹은 두가지 이상의 혼합물이 더 추가된다.

본 발명의 다른 특징은 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿과 브리켓 제조방법으로서, 커피 체리의 외껍질을 제거하는 외껍질 제거 단계; 상기 외껍질이 제거된 커피를 건조하는 1차 건조 단계; 상기 1차 건조 단계를 거친 커피에서 파치먼트를 분리하는 파치먼트 분리 단계; 상기 파치먼트 분리 단계를 통해 수득한 파치먼트를 압착하는 압착 단계; 상기 압착 단계를 통과한 파치먼트를 소정의 펠릿 또는 브리켓 형상으로 성형하여 연료 펠릿 또는 브리켓을 획득하는 연료 펠릿 또는 브리켓 획득 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 파치먼트 분리 단계 후 상기 압착 단계 전에, 상기 분리된 파치먼트를 입경 5 밀리미터(mm) 이하로 분쇄하는 분쇄 단계를 더 포함한다.

또한, 상기 분쇄 단계 후 상기 압착 단계 전에, 상기 파치먼트의 전체 중량 대비 수분 함량이 30% 이하가 되도록 건조하는 2차 건조 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 압착 단계 전에, 상기 분리된 파치먼트에 수분, 전분, 리그닌(lignin) 또는 황토 중에서 택일된 어느 하나 혹은 두가지 이상의 혼합물을 전체 중량 대비 0.5 내지 5 퍼센트(%) 첨가하여 유동성을 증가시키는 유동성 증가 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 파치먼트 분리 단계 후 상기 압착 단계 전에, 상기 분리된 파치먼트에 접착 성분을 0.5 내지 5 퍼센트(%) 첨가하여 파치먼트 사이의 응집성을 높이는 응집성 증가 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 유동성 증가 물질과 접착성분을 모두 첨가하는 경우 총 첨가량이 전체 중량 대비 1-5%되도록한다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면 커피체리로부터 생두를 생산하는 과정에서 버려지는 커피 파치먼트를 재활용할 수 있고, 이로부터 바이오에너지를 위한 고형연료(solid refuse fuel)로서 사용되어, 커피생산과정에서 발생되는 환경오염 뿐 아니라 최근 전세계적으로 화력발전 등에 사용되는 연료를 대체할 수 있어 화력발전 등으로 인한 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

또한, 천연 성분인 커피 파치먼트를 연료 팰릿 또는 브리켓으로 제조하여 환경호르몬이 검출되지 않는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 상술한 효과들로 제한되지 않는다. 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 커피 체리를 구성하는 요소인 외껍질, 파치먼트 및 생두를 나타내는 사진이다.
도 2는 커피 체리를 구성하는 요소인 외껍질, 파치먼트 및 생두를 나타내는 도면이다.
도 3은 커피 파치먼트를 나타내는 사진이다.
도 4내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿에 사용되는 파치먼트의 성분을 도시한 표이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿 제조방법 과정을 도시한 순서도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿의 성능 판단의 기준이 되는 SRF 와 BIO SRF 기준표를 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿 제조방법을 통해 제조된 연료 펠릿을 도시한 사진이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하되, 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때에는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿과 브리켓에 관한 것으로, 주성분인 커피 파치먼트의 성분에 대해 도 3 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿에 사용되는 파치먼트의 성분을 도시한 표로서, 도 4은 생산된지 3년이 경과한 파치먼트이고, 도 5는 생산된지 1년이 경과되지 않은 커피 파치먼트로, 커피 파치먼트는 100g당 수분이 7.9-8.2g, 지방이 0.1-0.2g, 단백질 1.4-1.7g, 회분 0.3-0.7g, 탄수화물 89.5-90g 포함한다.

이와 같이 커피 파치먼트는 지질의 함량이 적어서 파치먼트의 접착성과 팰릿 생산시 유동성이 낮아 연료로서 활용도가 떨어지는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 생산성 저하 문제를 해결하여 파치먼트를 연료로서 활용할 수 있도록 한 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿 제조방법에 대해 도 6 내지 도 8을 기초로 설명한다.

[실시예 1]

먼저, 도 6에 도시된 바와 같이, 커피 체리의 외껍질을 제거한다(S110). 그리고, 외껍질을 제거한 커피를 1차로 건조한다(S120). 여기서 상기 건조과정을 수행하는 이유는 생두를 둘러싸고 있는 점액질을 효과적으로 제거하면서도 추후 파치먼트를 효과적으로 분리하기 위함이다.

한편, 상기 건조과정을 수행하기 전에 물로 씻어서 점액질을 제거한 후 건조 과정을 수행할 수도 있다.

그리고, 외껍질이 제거되고 건조된 커피 생두의 바깥쪽에 있는 파치먼트를 기계 또는 수작업을 통해서 분리한다(S130).

그리고, 위 분리 과정에서 수득하는 파치먼트를 수거하여 소정의 크기로 분쇄한다(S140). 여기서 소정의 크기는 5mm 이하가 될 수 있다. 이러한 크기는 추후 연료 펠릿 제조 과정에서 이송 및 압착이 잘 일어나도록 하면서 발열량을 높이기 위한 것이다.

그리고, 분쇄한 커피 파치먼트를 재차 건조(2차 건조)시킨다(S150). 파치먼트를 재차 건조시키는 이 과정은 추후 압착 과정에서 필요한 파치먼트 내 수분 함량을 조절하기 위함이다.

바람직하게는 파치먼트가 함유하는 수분의 양이 파치먼트 전체 중량의 10% 내지 30% 이하가 되도록 한다. 이는 추후 고온 압착될 때 물성 변화가 없도록 하고 양질의 연료 펠릿을 얻기 위함이다.

그런 다음, 파치먼트를 압착한다(S160). 이러한 압착 과정은 제조하고자 하는 펠릿의 크기에 맞게 소정의 금형 틀을 준비하고 금형 틀을 향해 고압으로 파치먼트를 밀어 넣는 과정을 통해 수행될 수 있다.

마지막으로, 상기 압착 과정을 거친 후 소정 크기의 연료 펠릿을 획득한다(S170).

[실시예 2]

도 7에 도시된 바와 같이 커피 체리의 외껍질을 제거하는 단계(S110), 1차 건조 단계(S120) 및 파치먼트 분리 단계(S130)를 실시예 1과 동일하게 수행한다.

이후, 상기 실시예 1의 분쇄 단계(S140) 및 2차 건조 단계(S150)를 거치지 않고, 파치먼트 분리 단계(S130) 수행 후 연료 펠릿을 생산하기 위한 압착 전에 압착을 위한 파치먼트 이송 과정에서 파치먼트의 유동성을 증가시키는 단계를 수행한다(S145).

이와 같이 유동성 증가 단계를 수행하는 이유는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이 파치먼트는 지방성분이 매우 낮아 성형과정에서 금형 틀 내에서 쉽게 밀려나오지 못하게 되므로 이를 방지하기 위함이다.

이러한 유동성 증가 단계(S145)는 유동성 증가물질을 전체 중량 대비 0.5 내지 5 퍼센트(%)(바람직하게는 1-2%) 첨가하는 데, 상기 유동성 증가 물질로는 수분, 전분, 리그닌(lignin) 또는 황토 중에서 택일된 어느 하나 혹은 이들을 두가지 이상 혼합한 혼합물이 사용되고, 이외에도 이와 동등한 효과를 낼 수 있는 다른 물질이 포함될 수 있음은 물론이다.

그리고, 상기 파치먼트 분리 단계(S130) 수행 후 연료 펠릿을 생산하기 위한 압착 전에, 파치먼트 사이에 응집력을 증가시키기 위한 응집성 증가 단계를 수행한다(S155).

이는 상기 커피 파치먼트에는 성형과정에서 접착제로서 중요한 역할을 하는 리그닌이 3. 21% 포함되어, 사과나무의 7.42%와 비교하여 매우 낮아 재료의 응집성이 크게 저하되기 때문으로, 응집성 증가를 위하여 분리된 파치먼트에 접착 성분(젤라틴 등)을 전체 중량 대비 0.5% 내지 5%(바람직하게는 1-2%)첨가하되, 상기 유동성 증가물질과 접착성분의 합이 총중량대비 1-5% (바람직하게는 2%이하)가 되도록 첨가한다.

그런 다음, 파치먼트를 압착한다(S160). 이러한 압착 과정은 소정의 금형 틀을 준비하고 금형 틀을 향해 고압으로 파치먼트를 밀어 넣는 과정을 통해 수행될 수 있다.

마지막으로, 상기 압착 과정을 거친 후 소정 크기의 연료 펠릿을 획득한다(S170).

[실시예 3]

도 8에 나타내는 바와 같이, 커피 체리의 외껍질을 제거하고(S110), 외껍질을 제거한 커피를 1차로 건조한 후(S120), 파치먼트를 분리한다(S130).

그리고, 위 파치먼트 분리 과정에서 수득한 파치먼트를 수거하여 5mm 이하의 크기(바람직하게는 1mm이하)로 분쇄(S140)하여, 수분함량 10% 이하로 2차 건조한다(S150).

이 후, 커피 파치먼트에 응집성 증가를 위하여 젤라틴 등의 첩착성분을 총 중량대비 0.5-5%(바람직하게는 1-2%) 첨가하여 응집성 증가 단계를 수행한 후(S155), 압착단계를 수행한다(S160).

이러한 압착과정에서 상기 파치먼트는 유동성이 부족하므로, 상기 금형틀 내부에 수분을 분사함으로서 팰릿의 배출이 용이하도록 한다.

이러한 압착 과정을 거쳐 소정 크기의 연료 펠릿을 획득한다(S170).

[실시예 4]

상기 실시예1-3과 동일한 방법으로 성형하되, 성형물이 펠릿이 아닌 브리켓형으로 성형한다.

이와 같이 얻어진 연료 펠릿과 브리켓은 BIO SRF(Solid Refuse Fuel)로서 가치를 가지기 위해서 소정의 조건을 만족하여야 하는데 이에 대해서는 하기에서 상세히 설명한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿의 성능 판단의 기준이 되는 SRF 기준표를 도시한 것으로, 자원의 절약과 재활용촉진에 관한 법률(이하 자촉법이라 한다)에 기준으로 제시된 SRF 및 BIO SRF(Bio Solid Refuse Fuel)의 허가 요건에 관한 것이다.

도 9에서 보듯이, 일반 SRF에 비해 BIO SRF는 회분(ashes)의 함량이 더 적어야 하고, 납 등의 중금속 성분 함량이 낮아야 하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿은 도 10에 나타내는 바와 같이 연소 후 회분 함량이 전체 중량 대비 15% 이하인 5.4%이고, 수분 함량도 전체 중량 대비 10% 인 5.9%이며, 저위발열량 역시 최소기준인 3500kcal/kg를 초과한 4120kcal/kg이고, 기타 중금속 등의 함량의 거의 없으므로 상기 BIO SRF 연료에 해당한다고 할 것이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿은 연료로서의 가치도 가지면서 환경적으로도 장점을 가진다고 할 것이다.

마지막으로 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿 제조방법을 통해 제조된 연료 펠릿의 실제 모습을 도 11을 기초로 이하에서 설명한다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿 제조방법을 통해 제조된 연료 펠릿을 도시한 사진이다.

즉, 도 11에 도시된 바와 같이, 연료 펠릿으로서의 가치 척도 중에서 응집도(부스러짐이 없는지 여부)가 중요한데, 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 커피 파치먼트를 포함하는 연료 펠릿 제조방법에 따라 제조된 연료 펠릿은 응집도도 양호하여 연료의 유통 및 활용 측면에서도 연료로서의 가치가 높다고 할 것이다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

1 : 외껍질
3 : 파치먼트
5 : 생두

Claims (1)

1. 외껍질(Outer skin)(1)과 점액질(2), 파치먼트(Parchment)(3), 생두(Green bean)(5)를 포함하여 구성된 커피 체리(Coffee Cherry)에서, 생두(5)를 얻는 과정에서 획득되며, 전체 중량 대비 수분 함량이 30%이하이고, 입자형태로서 각 입자의 평균 직경이 5밀리미터(mm) 이하인 커피 파치먼트,
   연료브리켓 전체 중량 대비 0.5 내지 5 퍼센트(%) 첨가되고 수분으로 구성된 유동성 증가물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 브리켓.
   

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