KR101932834B1

KR101932834B1 - 율피차 부산물과 피마자유를 바인더로 첨가한 고등급 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿 제조방법 및 이에 의하여 제조된 목재펠릿

Info

Publication number: KR101932834B1
Application number: KR1020170009645A
Authority: KR
Inventors: 한규성; 양인
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-12-26
Also published as: KR20180085938A

Abstract

본 발명은 율피차 부산물과 피마자유를 바인더로 첨가한 내습성 및 내구성의 고등급 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿 제조방법 및 이에 의하여 제조된 목재펠릿에 관한 것으로, 본 발명에 따른 신갈나무와 리기다소나무 목재펠릿은 율피차 부산물 및/또는 피마자유를 바인더로서 사용함에 따라서, 제조된 목재펠릿의 내구성 및 내습성이 현저히 향상되어 고등급의 목재펠릿을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

율피차 부산물과 피마자유를 바인더로 첨가한 고등급 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿 제조방법 및 이에 의하여 제조된 목재펠릿 {Development of high-quality rigida pine and Mongolian oak pellets fabricated with by-products of chestnut shell tea and castor oil as a binder}

본 발명은 율피차 부산물과 피마자유를 바인더로 첨가한 내습성 및 내구성의 고등급 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿 제조방법 및 이에 의하여 제조된 목재펠릿에 관한 것이다.

향후 국내 목재펠릿의 수요량 증가에 따른 생산량의 증가에 대비하여 국내산 목재펠릿의 가격 안정화가 필요하며, 이를 위하여 국내에서 사용 가능한 원료의 확보가 선결되어야 할 것으로 생각한다.

현재 국내에서 펠릿 제조를 위한 주요 수종으로는 공급량이 충분한 낙엽송 (20,000 m³)과 참나무류 (50,000 m³) 등이 주로 사용되고 있으며, 이 외에도 소나무 (10,000 m³), 리기다소나무 (10,000 m³) 등도 사용이 가능하다.

그러나, 리기다소나무와 참나무류는 성형조건이 까다로워 이를 주원료로 이용하여 목재펠릿을 제조할 경우, 낮은 내구성으로 품질 저하와 함께 목재펠릿의 안정적인 시장 형성에 악영향이 우려되고 상황이다.

리기다소나무와 신갈나무는 침엽수 및 활엽수 잡목으로 현재 낙엽송과 함께 목재펠릿 제조용 원료로 일부 사용되고 있으며, 두 수종만을 단독으로 이용하여 제조한 목재펠릿은 시장에서 전무한 실정이다.

따라서, 국내에서 안정적인 원료확보가 가능하지만, 성형이 어려운 리기다소나무, 참나무류의 신갈나무에 식품산업 부산물인 율피차 부산물과 피마자유를 바인더로 사용함으로서 제조된 펠릿의 내구성 및 내습성 향상을 도모하기 위하여 수행하였다.

이에, 본 발명자는 신갈나무와 리기다소나무 목재펠릿을 제조할 시에, 율피차 부산물 및/또는 피마자유를 바인더로서 사용할 경우, 제조된 목재펠릿의 내구성 및 내습성이 현저히 향상되어 고등급의 목재펠릿을 제조할 수 있음을 알아내고 본 발명을 완성하였다.

등록특허공보 10-1579930호

본 발명의 목적은 목재펠릿 제조용 바인더를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 리기다소나무 또는 신갈나무 목재펠릿을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 리기다소나무 또는 신갈나무 목재펠릿의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 율피차 부산물 및 피마자유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 목재펠릿 제조용 바인더를 제공한다.

또한, 본 발명은 리기다소나무 또는 신갈나무 목분의 전건무게 91-99 중량부; 및

율피차 부산물 및 피마자유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 바인더의 전건무게 1-9 중량부;

를 포함하는 리기다소나무 또는 신갈나무 목재펠릿을 제공한다.

나아가, 본 발명은 리기다소나무 또는 신갈나무 목분의 전건무게 91-99 중량부 대비 율피차 부산물 및 피마자유로 이루어지는 군으로부터 선탁되는 1종 이상을 포함하는 바인더의 전건무게 1-9 중량부를 혼합하는 단계(단계 1);

물을 분사하여 목분의 함수율을 9-13%로 조절하는 단계(단계 2); 및

펠릿성형기에서 성형하는 단계(단계 3);

를 포함하는 리기다소나무 또는 신갈나무 목재펠릿의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 신갈나무와 리기다소나무 목재펠릿은 율피차 부산물 및/또는 피마자유를 바인더로서 사용함에 따라서, 제조된 목재펠릿의 내구성 및 내습성이 현저히 향상되어 고등급의 목재펠릿을 제조할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 바인더로서 율피차 부산물 및 피마자유 첨가에 따른 목재펠릿의 함수율 및 내구성을 측정한 결과이다.
도 2는 율피차 부산물의 입도 크기가 목재펠릿의 함수율 및 내구성에 미치는 영향을 측정한 결과이다.
도 3은 바인더로 사용된 20 mesh 크기의 율피차 부산물 첨가량이 10% 및 12%의 목분 함수율에서 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿의 함수율 및 내구성에 미치는 영향을 나타낸 것이다.
도 4는 바인더로 사용된 피마자유 첨가량이 10% 및 12%의 목분 함수율에서 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿의 함수율 및 내구성에 미치는 영향을 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

목재펠릿 제조용 바인더

상기 목재는 리기다소나무 또는 신갈나무를 사용할 수 있고, 바람직하게는 리기다소나무를 사용할 수 있다.

상기 율피차 부산물은 15-25 mesh 크기로 사용할 수 있고, 특히 바람직하게는 20 mesh 크기로 사용할 수 있다.

상기 피마자유는 액상의 기름 상태 그대로 사용할 수 있다.

리기다소나무 또는 신갈나무 목재펠릿

본 발명은 리기다소나무 또는 신갈나무 목분의 전건무게 91-99 중량부; 및

바람직하게는,

리기다소나무 목분의 전건무게 92-98 중량부;

율피차 부산물을 포함하는 바인더의 전건무게 2 중량부; 및

피마자유를 포함하는 바인더의 전건무게 0-6 중량부;

를 포함할 수 있다.

더욱 바람직하게는,

리기다소나무 목분의 전건무게 92-98 중량부;

율피차 부산물을 포함하는 바인더의 전건무게 2 중량부; 및

피마자유를 포함하는 바인더의 전건무게 2-6 중량부;

를 포함할 수 있다.

리기다소나무 또는 신갈나무 목재펠릿의 제조방법

본 발명은 리기다소나무 또는 신갈나무 목분의 전건무게 91-99 중량부 대비 율피차 부산물 및 피마자유로 이루어지는 군으로부터 선탁되는 1종 이상을 포함하는 바인더의 전건무게 1-9 중량부를 혼합하는 단계(단계 1);

펠릿성형기에서 성형하는 단계(단계 3);

내구성 및 내습성 높은 고등급의 목재펠릿을 제조하기 위하여,

리기다소나무 목재펠릿의 경우,

상기 단계 1은 리기다소나무 목분의 전건무게 92-98 중량부 대비 율피차 부산물을 포함하는 바인더의 전건무게 2 중량부 및 피마자유를 포함하는 바인더의 전건무게 0-6 중량부(특히 바람직하게는 2-6 중량부)를 혼합하고,

상기 단계 2는 물을 분사하여 목분의 함수율을 10%로 조절하는 것이 바람직하다.

신갈나무 목재펠릿의 경우,

상기 단계 1은 신갈나무 목분의 전건무게 98 중량부 대비 율피차 부산물을 포함하는 바인더의 전건무게 2 중량부를 혼합하고,

상기 단계 2는 물을 분사하여 목분의 함수율을 12%로 조절하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실험재료

펠릿 제조를 위하여 주원료로 사용된 리기다소나무 및 신갈나무 목분은 산림조합중앙회 중부목재유통센터 (경기, 여주)에서 공급받았다. 이 목분은 각 원목을 5 mm 및 7 mm 폭의 초경날이 부착된 초프밀 (YM-450BM, ㈜ 유림기계, 경북 경산)로 파쇄한 후, 건조된 것으로 리기다소나무와 신갈나무 목분의 함수율은 각각 6.1%와 13.1%로 측정되었다. 이 목분을 4 mesh (< 4.75 mm) 표준체로 선별하여 펠릿 제조용 원료로 사용하였으며, 펠릿 제조에 앞서 각 목분의 함수율을 조습과 건조를 통하여 10% 및 12%로 조절하였다.

목재 펠릿의 연료적 특성에 미치는 바인더의 효과를 알아보기 위하여 율피차 부산물과 피마자유를 바인더로 사용하였으며, 바인더의 전건무게 2 또는 4 중량부 대비 목분의 전건무게 96 또는 98 중량부로 조정하여 펠릿을 제조하였다. 여기서 바인더로 피마자유를 사용하는 경우 피마자유 내에 수분이 거의 없어 피마자유를 그대로 바인더로서 사용하였다.

바인더로 사용된 율피차 부산물은 사용된 티백에 들어 있는 것을 일정시간 기건시킨 후, 가정용 믹서로 파쇄하였다. 이렇게 파쇄된 율피차 부산물은 추가적으로 6 ± 1%의 함수율까지 오븐에서 건조하였으며, 함수율이 조절된 율피차 부산물을 20 mesh (< 1.27 mm) 및 40 mesh (< 0.635 mm) 표준체로 선별하여 각각을 펠릿 제조를 위한 바인더로 사용하였다. 피마자유의 경우, 피마자 종자 내에서 약 45% 함유된 것을 압착법을 이용하여 채유한 것으로 인도에서 수입된 종자에서 채유된 것을 코리아씨밀락-월터엔터프라이즈 (경기, 하남)에서 인터넷을 통하여 600원/L에 구입하여 사용하였다.

피스톤형 펠릿성형기를 이용한 펠릿의 제조

피스톤형 펠릿성형기를 이용한 펠릿의 제조는 바인더의 종류와 양, 목분의 함수율에 따른 품질 측정값의 오차를 최소화하기 위하여 목분과 바인더의 총 무게를 1.2 g으로 맞추어 성형기 투입구에 주입하였다. 목분과 바인더의 혼합은 율피차 부산물의 경우 목분이 들어 있는 50 L 플라스틱 통에 10회에 걸쳐 넣으면서 충분히 교반하였으며, 피마자유의 경우 무게가 미리 측정된 목분이 깔린 tray를 저울에 올려놓고 피마자유를 분무기로 정해진 양만큼 분사하여 적용하였다. 이렇게 바인더가 적용된 목분을 1,500 ㎏f/㎠의 압력과 180℃의 온도에서 3분의 시간으로 성형하였다. 제조된 펠릿의 평균 직경과 길이는 7.4-7.5 mm 와 17.5-18.0 mm인 것으로 측정되었다.

평다이 펠릿성형기를 이용한 펠릿의 제조

평다이 펠릿성형기를 이용한 펠릿 제조를 위하여, 먼저 첨가되는 바인더의 양은 바인더의 전건무게 2 중량부 대비 목분의 전건무게 98 중량부로 조절하였으며, 이를 파일럿 규모의 평다이 펠릿성형기 [㈜해표산업, 전남 담양군]에 넣고 펠릿을 제조하였는데, 펠릿성형기의 다이 내에서 192개 홀의 길이/직경 (L/D) 비를 5.0으로 그리고 원료 투입량은 72 kg/h로 맞추었다. 펠릿의 품질 평가는 30분간 생산된 펠릿을 10분 단위로 분리하여 모은 후, 무작위로 선정하여 측정하였다.

펠릿의 품질평가

각 펠릿성형기에서 제조된 펠릿은 실험실 내에서 최소 24시간의 자연 건조를 실시한 후, 국립산림과학원 고시 "목재펠릿 품질규격"에 기술된 방법에 따라 함수율, 발열량, 회분 함량, 내구성, 겉보기밀도를 조사하였다. 한편, 제조된 목재펠릿의 내습성을 측정하기 위하여 무게가 측정된 펠릿을 25℃와 90%의 상대습도가 유지되는 항온항습기에 넣고, 3시간 후에 꺼내어 무게를 측정하였으며, 항온항습 전후의 펠릿 무게를 이용하여 내습성을 구하였다. 모든 품질 항목의 측정값은 3회 반복의 평균값으로 표시하였다.

< 실험예 1> 목분과 바인더의 회분 함량 및 발열량 평가

본 실험에서 펠릿 제조를 위하여 주원료로 사용된 리기다소나무와 신갈나무는 각각 0.4%와 0.9%의 회분을 함유하고 있었는데, 신갈나무의 높은 회분함량은 수피에서 기인한 것으로 사료된다. 다시 말하면, 신갈나무의 경우 용이하지 않은 박피로 목분 내에 많은 양의 수피를 가지고 있는 것을 육안으로 확인하였으며, 이로 인하여 회분함량이 높았던 것으로 추정된다. 발열량의 경우 리기다소나무 (20.6 MJ/kg)가 신갈나무 (19.1 MJ/kg)보다 높은 것으로 측정되었는데, 이와 같은 결과는 리기다소나무에서 발열량이 높은 리그닌 및 휘발성 추출물을 많이 함유하고 있는 관계로 나타난 결과라 사료된다.

바인더로 사용된 율피차 부산물과 피마자유의 회분 함량과 발열량은 각각 1.9%, 16.4 MJ/kg 및 0.1%, 24.8 MJ/kg으로 조사되었다. 피마자유의 높은 발열량은 화학적으로 많은 양의 지방/오일에서 비롯된 결과라 사료된다.

< 실험예 2> 피스톤형 펠릿성형기로 제조한 펠릿의 회분 함량과 발열량 평가

바인더와 함께 제조된 펠릿의 회분 함량과 발열량 측정결과를 보면, 리기다소나무 목분에 율피차 부산물 또는 피마자유를 바인더로 첨가하여 제조한 펠릿의 회분 함량과 발열량은 각각 0.4%, 20.4 MJ/kg 및 0.5%, 20.2 MJ/kg로 측정되었으며, 바인더의 첨가에 따른 영향은 없었다. 한편, 신갈나무 목분과 율피차 부산물로 제조한 펠릿의 회분 함량과 발열량은 1.0%와 19.4 MJ/kg으로 율피차 부산물의 첨가가 회분 함량 및 발열량에 영향을 미치지 않았으며, 피마자유의 함께 제조한 펠릿의 회분 함량도 0.9%로 변화가 없었다.

이와 같은 결과는 바인더의 첨가량이 목분의 전건무게 98 중량부 대비 바인더의 전건무게 2 중량부로 제한된 관계로 나타난 결과라 판단된다. 그러나 피마자유와 함께 제조한 신갈나무 펠릿의 발열량은 19.9 MJ/kg으로 바인더의 첨가로 증가하였는데, 이는 저발열량의 신갈나무 목분에 고발열량을 가진 피마자유를 첨가함으로서 나타난 결과라 생각한다. 이 결과를 종합하면, 본 연구에서 제조된 모든 펠릿의 발열량과 리기다소나무 펠릿의 회분 함량은 국립산림과학원 목재펠릿 1급 기준을 상회하였으나, 신갈나무 펠릿의 회분 함량은 신갈나무 목분 자체의 높은 회분 함량으로 2급 기준을 만족하는 것으로 나타나 신갈나무 목분은 고등급 펠릿 제조를 위한 주원료로 부적합한 것으로 사료된다.

< 실험예 3> 피스톤형 펠릿성형기로 제조한 펠릿의 함수율과 내구성에 바인더의 종류와 목분 함수율이 미치는 영향 평가

율피차 부산물 및 피마자유 첨가에 따른 펠릿의 함수율 및 내구성을 측정한 결과는 도 1과 같다.

도 1은 바인더로서 율피차 부산물 및 피마자유 첨가에 따른 목재펠릿의 함수율 및 내구성을 측정한 결과이다.

도 1에 나타난 바와 같이, 펠릿 함수율의 경우, 수종 및 목분 함수율과 상관없이 바인더로 율피차 부산물의 첨가가 펠릿 함수율에 영향을 미치지 않았다(리기다소나무-10%: p = 0.37; 리기다소나무-12%: p = 0.18; 신갈나무-10%: p = 0.12; 신갈나무-12%: p = 0.20). 그러나 피마자유와 함께 제조한 펠릿의 함수율은 바인더없이 제조한 펠릿 함수율보다 낮은 것으로 조사되었는데, 이는 소수성의 성질은 가진 피마자유의 사용에서 기인한 결과라 생각한다. 반면 10%의 목분 함수율에서 율피차 부산물을 바인더로 첨가하여 제조한 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿의 내구성은 바인더없이 제조한 펠릿의 내구성과 통계학적으로 차이가 없었으나(리기다소나무: p = 0.11; 신갈나무: p = 0.14), 피마자유와 함께 제조한 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿의 내구성보다 높았다(p < 0.01). 한편 12%의 목분 함수율에서 리기다소나무 펠릿의 내구성은 바인더 첨가에 따른 영향은 없었으나, 신갈나무 펠릿에서는 바인더의 첨가가 내구성 증가에 긍정적인 영향을 미쳤다.

펠릿 함수율과 내구성 결과를 종합하면, 목분 함수율과 상관없이 리기다소나무에 율피차 부산물을 바인더로 첨가하는 조건에서 제조하는 것이 적당하다 생각하며, 이 조건에서 제조한 펠릿은 국립산림과학원 목재펠릿 품질규격 1급 기준을 모두 만족하였다.

< 실험예 4> 피스톤형 펠릿성형기로 제조한 펠릿의 함수율과 내구성에 율피차 부산물의 입도 크기가 미치는 영향 평가

바인더로 사용된 율피차 부산물의 입도 크기가 제조된 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿의 함수율 및 내구성에 미치는 영향을 분석하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다.

도 2는 율피차 부산물의 입도 크기가 목재펠릿의 함수율 및 내구성에 미치는 영향을 측정한 결과이다.

도 2에 나타난 바와 같이, 10%의 목분 함수율에서 리기다소나무(p = 0.39) 및 신갈나무(p = 0.31) 펠릿의 함수율은 입도 크기에 의한 차이가 없었다. 그러나 12%의 목분 함수율에서 제조한 펠릿에서는 입도 크기가 감소함에 따라 펠릿 함수율도 감소하였다(p < 0.01). 내구성의 경우, 10%의 목분 함수율에서 제조한 신갈나무 펠릿에서 바인더로 사용된 율피차 부산물의 크기가 감소함에 따라 낮아졌으며, 그 외의 펠릿에서는 율피차 부산물의 크기에 따른 차이는 없었다(리기다소나무-10%: p = 0.15; 리기다소나무-12%: p = 0.22; 신갈나무: p = 0.33).

결과를 종합하면, 펠릿 함수율은 바인더의 입도 크기에 영향을 받았으나 모든 조건에서 국립산림과학원 목재펠릿 품질규격 1급 기준을 만족하여 율피차 부산물의 파쇄 시에 소요되는 동력, 파쇄된 율피차 부산물의 선별 과정에서의 수율 및 이를 이용하여 제조된 펠릿의 내구성을 고려하여 20 mesh 크기의 율피차 부산물을 바인더로 사용하는 것이 적합할 것으로 사료된다.

< 실험예 5> 피스톤형 펠릿성형기로 제조한 펠릿의 함수율과 내구성에 바인더의 첨가량이 미치는 영향

율피차 부산물을 바인더로 사용하여 제조한 펠릿의 함수율 및 내구성에 바인더 첨가량이 미치는 영향을 분석한 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3은 바인더로 사용된 20 mesh 크기의 율피차 부산물 첨가량이 10% 및 12%의 목분 함수율에서 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿의 함수율 및 내구성에 미치는 영향을 나타낸 것이다.

도 3에 나타난 바와 같이, 펠릿 함수율의 경우 목분 98 중량부 대비 바인더 2 중량부의 첨가량에서는 바인더의 첨가 없이 제조한 펠릿과 차이가 없었으나, 목분 96 중량부 대비 바인더 4 중량부까지 첨가량을 증가시켰을 때 감소하는 경향을 보였다. 한편, 내구성의 경우 율피차 부산물의 첨가 여부 및 첨가량의 증가는 각 목분 함수율에서 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿의 내구성 증가에 영향을 미치지 않았다.

피마자유를 바인더로 사용하여 제조한 펠릿의 함수율 및 내구성에 바인더 첨가량이 미치는 영향을 분석한 결과를 도 4에 나타내었다.

도 4는 바인더로 사용된 피마자유 첨가량이 10% 및 12%의 목분 함수율에서 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿의 함수율 및 내구성에 미치는 영향을 나타낸 것이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 10%의 목분 함수율에서 신갈나무 목분 98 중량부 대비 피마자유 2 중량부의 첨가량으로 제조한 펠릿을 제외하고 모든 펠릿 함수율은 피마자유의 첨가량 증가와 함께 감소하는 경향을 보였다. 이는 상기에서 언급한 바와 같이 피마자유의 소수성 성질로 첨가량의 증가가 함수율 감소에 긍정적인 영향을 미친 것으로 생각한다. 한편, 10%의 목분 함수율에서 신갈나무 목분 98 중량부 대비 피마자유 2 중량부의 첨가량으로 제조한 펠릿의 낮은 함수율은 실험적 오차에서 기인한 것으로 추정된다.

내구성의 경우, 리기다소나무 펠릿의 내구성은 피마자유의 첨가량 증가에 영향을 받지 않았으나, 신갈나무 펠릿의 내구성은 신갈나무 목분 98 중량부 대비 2 중량부의 피마자유 첨가량에서 12% 목분 함수율에서는 증가하였으며, 10% 목분 함수율에서는 감소하였다가, 신갈나무 목분 96 중량부 대비 4 중량부의 피마자유 첨가량에서는 각각 감소 및 증가하는 것으로 나타났다. 따라서, 평다이 펠릿성형기를 통한 펠릿 제조를 통하여 이에 대한 면밀한 조사가 필요하다 사료된다.

결과를 종합하면, 바인더 첨가 여부 및 첨가량의 증가는 예상과 다르게 대부분의 펠릿 함수율과 내구성에 영향을 미치는 않는 것으로 분석되었으나, 일부 조건에서 영향을 받는 것으로 나타나 파일럿 규모의 평다이 펠릿성형기를 이용한 펠릿 제조 및 이에 대한 품질 검사를 통하여 각 수종별로 최적의 제조 조건을 찾는 연구를 하기에서 실시하였다.

< 실험예 6> 평다이 펠릿성형기로 제조한 펠릿의 연료적 특성

파일럿 규모의 평다이 펠릿성형기를 이용하여 리기다소나무 또는 신갈나무 목분에 바인더로 율피차 부산물 및 피마자유를 목분의 전건무게 98 중량부를 기준으로 2 중량부 첨가하여 펠릿을 제조하였으며, 이 펠릿의 연료적 특성 측정 결과를 표 2에 나타내었다.

펠릿 제조 원료 조건			펠릿 함수율 (%)	내구성 (%)	겉보기밀도 (kg/m³)
수종	목분 함수율	바인더(2 wt%)	펠릿 함수율 (%)	내구성 (%)	겉보기밀도 (kg/m³)
리기다 소나무	10%	x	9.3	97.6	693
	12%	x	7.6	93.3	617
	10%	율피차 부산물	6.6	98.0	716
	12%	율피차 부산물	7.7	96.1	530
	10%	피마자유	7.0	97.1	691
	12%	피마자유	7.2	96.6	537
신갈나무	10%	x	5.6	94.0	712
	12%	x	7.7	96.8	645
	10%	율피차 부산물	6.1	92.4	688
	12%	율피차 부산물	4.1	98.4	689
	10%	피마자유	6.4	94.8	686
	12%	피마자유	7.1	97.3	660
국립산림과학원 목재펠릿 품질규격 1급			≤10	≥97.5	≥640
국립산림과학원 목재펠릿 품질규격 2급			≤10	≥97.5	≥600
국립산림과학원 목재펠릿 품질규격 3급			≤15	≥95.0	≥550
국립산림과학원 목재펠릿 품질규격 4급			≤15	≥95.0	≥500

상기 표 1에 나타난 바와 같이,

함수율의 경우, 수종, 목분 함수율 그리고 바인더의 사용 여부와 상관없이 모두 국립산림과학원 목재펠릿 품질규격 1급 기준을 만족하는 것으로 조사되었다.

내구성의 경우, 리기다소나무 목분으로 제조한 펠릿에서는 전반적으로 바인더의 사용과 함께 증가하는 경향을 보였으며, 특히 율피차 부산물을 바인더로 10%의 목분 함수율에서 제조한 펠릿은 국립산림과학원 목재펠릿 1급 기준을 만족하였다. 그러나 나머지 조건에서는 3급 기준을 만족하는 것으로 조사되었다(표 2). 신갈나무 펠릿의 내구성은 10%의 목분함수율에서 바인더의 첨가와 함께 감소 또는 차이가 없었으나, 12% 목분 함수율에서는 증가하였다. 특히 율피차 부산물을 바인더로 12% 목분 함수율에서 제조한 신갈나무 펠릿의 내구성은 1급 기준을 만족하였다. 이 결과로부터 신갈나무 목분을 이용한 펠릿 제조시 목분의 함수율을 12% 이상으로 조절하는 것이 필요할 것으로 생각한다. 다만, 신갈나무의 경우 목분 자체의 회분 함량이 2급 기준으로 나타나 고등급의 펠릿 주원료로 부적합하다(실험예 2 참조).

한편, 리기다소나무 펠릿의 겉보기밀도는 10%의 목분 함수율에서 바인더의 사용으로 증가하거나 차이가 없었으나, 12%의 목분 함수율에서는 크게 감소하였다. 이 결과는 리기다소나무에 함유되어 있는 추출물 성분이 목분 내에 함유된 수분의 증발을 억제함으로서 펠릿 성형기의 다이 홀에서 제조되어 나오는 과정에서 펠릿 내의 높은 수증기압으로 파열현상이 발생하고 따라서 압밀화 정도가 감소되어 나타난 결과라 사료된다. 이 추론은 12%의 목분 함수율에서 제조한 리기다소나무 펠릿의 높은 함수율에서 얻어낸 것이다. 신갈나무 펠릿의 겉보기밀도는 10%의 목분 함수율에서 바인더의 첨가와 함께 감소하였으나 12%의 목분 함수율에서는 증가하였다. 이러한 결과는 신갈나무의 비중이 높아 펠릿 성형과정에서 목분의 충분한 압밀화를 위하여 일정 수준 이상의 수분이 필요하다는 것을 의미한다.

평다이 펠릿성형기로 제조한 펠릿의 연료적 특성 측정 결과를 종합하면, 리기다소나무 및 신갈나무 펠릿은 20 mesh 크기의 율피차 부산물을 바인더로 사용하고 목분의 함수율은 각각 10% 및 12%로 조절하는 것이 최적의 펠릿 제조 조건이라 사료된다. 한편, 피마자유를 바인더로 사용할 경우, 리기다소나무 및 신갈나무는 각각 10% 및 12%의 목분 함수율에서 적용시키는 것이 품질이 가장 높은 펠릿을 얻을 수 있는 조건이나 내구성 측면에서 국립산림과학원 목재펠릿 1급 기준(≥97.5)을 만족하지 못하여 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다 판단된다.

< 실험예 7> 바인더로 율피차 부산물과 피마자유를 함께 사용하여 제조한 리기다소나무 펠릿의 내습성과 연료적 특성 평가

상술한 실험예 6에서 파일럿 규모의 평다이 펠릿성형기를 이용하여 제조한 리기다소나무 펠릿의 연료적 특성 분석 결과를 토대로 목분의 함수율을 10%로 고정하고 목분의 전건무게 잔량과 2 wt%의 율피차 부산물과 추가적으로 2, 4, 6, 8 wt%의 피마자유를 바인더로 첨가하여 펠릿을 제조하였으며, 이에 대한 내습성과 연료적 특성을 측정하였고 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

내습성 평가는 제조한 펠릿을 항온항습기(상대습도 90%, 온도 25℃)에 3시간 보관시킨 후 증가한 무게증가율로 평가하였다.

수종	목분 함수율	율피차 부산물	피마자유	내습성 평가후 무게증가율(%)	펠릿 함수율 (%)	겉보기 밀도 (kg/m³)	내구성 (%)	회분 (%)	발열량 (MJ/kg)
리기다소나무	10 %	2 wt%	0 wt%	8.2	6.6	716	98.0	0.4	20.4
			2 wt%	6.4	6.6	656	98.1	0.5	20.6
			4 wt%	6.0	5.9	702	97.7	0.4	20.5
			6 wt%	7.9	7.3	689	97.9	0.4	20.8
			8 wt%	10.9	8.5	671	96.2	0.3	21.2
목재펠릿 품질규격 1급				-	≤10	≥640	≥97.5	≤0.7	≥18.0
목재펠릿 품질규격 2급				-	≤10	≥600	≥97.5	≤1.5	≥18.0
목재펠릿 품질규격 3급				-	≤15	≥550	≥95	≤3.0	≥16.9
목재펠릿 품질규격 4급				-	≤15	≥500	≥95	≤6.0	≥16.9

표 2에 나타난 바와 같이, 바인더로 율피차 부산물만을 사용하여 제조한 펠릿을 항온항습기(상대습도 90%, 온도 25℃)에 3시간 보관시킨 후 측정한 무게는 8.2%가 증가하였다. 한편 2, 4, 6, 8 wt%의 피마자유를 추가적으로 첨가하여 제조한 펠릿의 무게 증가율은 각각 6.4%, 6.0%, 7.9%, 10.9%로 측정되어 2, 4, 6 wt%에서는 내습성이 증가하였으나, 8 wt%에서는 내습성이 감소하였다. 8 wt%의 피마자유 첨가량에서 내습성이 감소하는 이유는 피마자유에 존재하는 친수성의 carboxyl기에 수분이 결합하여 발생한 것이라 추정된다. 따라서 8 wt% 이상의 피미자유를 바인더로 사용하는 것은 내습성 향상 측면에서 적절하지 않은 것으로 생각한다.

각 조건에서 제조한 펠릿의 함수율과 겉보기밀도는 6.6%, 5.9%, 7.3%, 8.5% 및 656, 702, 689, 671 kg/m³으로 모두 국립산림과학원 목재펠릿 1급 기준을 만족하였다. 내구성의 경우, 각 조건에서 98.1%, 97.7%, 97.9%, 96.2%로 2, 4, 6 wt%의 피마자유 첨가량에서만 국립산림과학원 목재펠릿 1급 기준을 만족하였다.

또한, 0, 2, 4, 6, 8 wt%의 피마자유 첨가량에서 제조한 펠릿의 회분 함량은 0.4%, 0.5%, 0.4%, 0.4%, 0.3%로 모두 0.7% 이하로 국립산림과학원 목재펠릿 1급 기준을 만족하였으며, 발열량은 20.4, 20.6, 20.5, 20.8, 21.2 MJ/kg으로 피마자유 첨가량의 증가와 함께 증가하였다.

이 결과를 토대로 10% 함수율의 리기다소나무 목분을 이용한 펠릿 제조에 있어 목분의 전건무게 잔량과 2 wt%의 율피차 부산물과 2-6 wt%의 피마자유를 바인더로 사용하여 펠릿을 제조하는 것이 리기다소나무 목분을 이용한 최적의 펠릿 제조 조건인 것으로 나타났다.

Claims

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리기다소나무 목분의 전건무게 92-98 중량부 대비 율피차 부산물을 포함하는 바인더의 전건무게 2 중량부 및 피마자유를 포함하는 바인더의 전건무게 0-6 중량부를 혼합하는 단계(단계 1);
물을 분사하여 목분의 함수율을 10%로 조절하는 단계(단계 2); 및
펠릿성형기에서 성형하는 단계(단계 3);
를 포함하는 리기다소나무 목재펠릿의 제조방법.
제7항의 제조방법으로 제조된 리기다소나무 목재펠릿.
신갈나무 목분의 전건무게 98 중량부 대비 율피차 부산물을 포함하는 바인더의 전건무게 2 중량부를 혼합하는 단계(단계 1);
물을 분사하여 목분의 함수율을 12%로 조절하는 단계(단계 2); 및
펠릿성형기에서 성형하는 단계(단계 3);
를 포함하는 신갈나무 목재펠릿의 제조방법.
제9항의 제조방법으로 제조된 신갈나무 목재펠릿.