KR20190001655A - 커피박 고체연료 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 커피부산물인 커피박과 솔방울 분말을 혼합하고 압축성형하여, 성형된 형태를 견고히 유지하면서 발열량이 우수한 고체연료를 제조하는 방법 및 이 방법으로 제조되는 커피박 고체연료에 관한 것이다.
본 발명의 방법으로 제조되는 커피박 고체연료는 발열량이 높고 성형된 형태를 견고히 유지하여 취급 중 쉽게 부서지지 않으며 연소시 은은한 커피향을 발산하므로 상품성을 높고, 또한 커피박과 솔방울 분말에 첨가되는 수활석 분말, 소석회 분말, 생석회 분말이 연기와 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있어서 소비자의 선호도가 높고 사용처에 제약받지 않는다.

Description

커피박 고체연료 및 이의 제조방법{Solid Fuel Containing Coffee Waste, and Method for Manufacturing the Same}
본 발명은 커피부산물인 커피박과 솔방울 분말을 혼합하고 압축성형하여, 성형된 형태를 견고히 유지하면서 발열량이 우수한 고체연료를 제조하는 방법 및 이 방법으로 제조되는 커피박 고체연료에 관한 것이다.
최근, 지구온난화에 의한 온실가스 감축이 세계적인 화두가 되면서 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지에 대한 관심이 증가하고 있으며, 이에 따라 온실가스 발생량이 적은 목재 칩, 목재 펠릿 등의 바이오매스(biomass) 가공연료에 대한 연구·개발이 활발하게 이루어지고 있다.
목재 또는 목재 부산물을 주재료로 하는 연료용 펠릿(pellet)은 높은 연소효율, 우수한 착화성, 보존성 등 연료로서 우수한 장점이 많으나, 수요의 증가를 공급이 충족하지 못하여 가격이 지속적으로 상승하고 있고 고함수율 상태로 오랜 기간 저장함으로써 열량 손실이 크고 연료공급 측면에서 벌채에 의해 지구환경에 악영향을 미치는 문제점을 가지고 있다.
이에 따라 목재 펠릿을 대체할 수 있는 바이오매스 가공연료의 개발이 요구되고 있으며, 이러한 대체 연료로서 근래에는 폐기되는 커피부산물을 새로운 연료용 원재료로 사용하려는 시도들이 진행되고 있다.
커피는 전 세계인의 기호식품으로서 소비량이 지속적으로 증가하고 있으며, 커피액을 추출하고 남은 부산물인 커피박은 식물세포 조직의 특성상 통기성이 뛰어나고 입도분포가 균일하며 15~25 %의 커피오일이 함유되어 있고 고형분은 고열량을 가진 에너지 자원이며, 고위발열량(higher heating value)이 약 6500 ㎉/㎏ 정도로서 4000 ㎉/㎏ 내외인 목재보다 우수하고 회분은 약 2 중량% 정도로서 목재와 유사한 수준의 에너지 특성을 갖고 있으며, 펠릿 등의 성형체로 성형시 접착제 역할을 하는 리그닌도 소량 함유하고 있어서 성형가공이 가능하므로 기존의 목재 펠릿을 대체할 수 있는 새로운 에너지 자원으로 주목받고 있다.
그러나 커피부산물을 이용한 종래의 연료 펠릿은 내구성이 상대적으로 취약하고 특히 저위발열량(lower heating value)이 연료 펠릿에 요구되는 수준에 미치지 못하고 있으며, 아울러 성형성이 충분치 못하여 제형화가 잘 이루어지지 않는 문제점이 있어서 일부 유기질 비료의 원료로 사용되고 대부분은 일반 쓰레기와 같이 소각되거나 매립처리되고 있는 실정이다.
이에 따라, 커피부산물을 이용하여 바이오매스 연료로 적용하기 위한 여러 방안이 제시되고 있으며, 예를 들어 한국등록특허공보 제033212호, 제1343472호, 제1579115호, 제1705612호 및 한국공개특허공보 제2015-0065270호에는 커피부산물(커피박, 커피껍질)에 톱밥, 왕겨, 참숯 등을 혼합하고 가압 성형하여 고형연료를 제조하는 발명이 제안되어 있다.
상기 발명들은 커피부산물의 단점인 접착력 부족으로 인하여 성형체로 성형시 제형 불량이 발생하는 문제, 발화점이 높아서 쉽게 발화되지 않는 문제 등을 톱밥, 왕겨 등을 첨가하여 해소하고자 하였으나, 성형성을 증가시키기 위해서는 커피부산물에 첨가되는 톱밥, 왕겨 등의 함량을 증가시켜야 하는데 이들 첨가제의 함량을 증가시킬수록 고형연료의 발열량이 감소하여 요구되는 발열량을 만족시키지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상기의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 폐기되는 커피부산물을 이용하여 발열량이 우수한 고체연료를 제조하면서 제조된 고체연료가 외부충격에 쉽게 부서지지 않도록 하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 솔방울을 분쇄하여 분말화하는 단계; 커피박 60~80 중량%와 상기 솔방울 분말 20~40 중량%를 혼합하여 건조하는 단계; 및 상기 건조된 혼합분말을 1800~2200 ㎏f/㎠의 압력으로 가압성형하는 단계;를 포함하는 커피박 고체연료의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 건조된 혼합분말의 수분함량은 2~5 중량%인 것이 바람직하다.
또한, 상기 혼합분말 100 중량부에 수활석 분말 3~7 중량부를 첨가하는 것이 바람직하고, 여기에 산화칼슘 분말 1~5 중량부를 더 첨가하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 혼합분말 100 중량부에 수산화칼슘 분말 1~5 중량부를 첨가하거나, 수활석 분말 3~7 중량부와 수산화칼슘 분말 1~5 중량부를 함께 첨가하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기의 방법으로 제조되는 커피박 고체연료를 제공한다.
본 발명의 방법으로 제조되는 커피박 고체연료는 발열량이 높고 성형된 형태를 견고히 유지하여 취급 중 쉽게 부서지지 않으며 연소시 은은한 커피향을 발산하므로 상품성을 높다.
또한, 커피박과 솔방울 분말에 첨가되는 수활석 분말, 소석회 분말, 생석회 분말이 연기와 이산화탄소의 발생을 줄일 수 있어서 소비자의 선호도가 높고 사용처에 제약받지 않는다.
도 1 내지 도 3은 실시예 1에서 제조된 고체연료를 (주)대덕분석기술연구소에 의뢰하여 분석한 시험성적서로서, 도 1은 커피박-톱밥의 함수율과 회분 함량을 보여주고 있고, 도 2는 커피박-솔잎 분말/솔방울 분말의 함수율과 회분 함량을 보여주고 있으며, 도 3은 커피박-톱밥/솔잎 분말/솔방울 분말의 발열량을 보여주는 시험성적서이다.
도 4는 커피박과 톱밥의 혼합비를 달리하여 제조한 고체연료의 모습을 보여주는 사진이다.
본 발명은 커피부산물인 커피박과 솔방울 분말을 혼합하고 건조한 후 고압으로 압축성형하여 고체연료를 제조한다.
일반적으로 바이오매스를 이용한 고체바이오연료는 발열량이 크고 함수율과 회분 함량이 적으며 내구성이 높을수록 품질이 좋은데, 함수율은 건조과정을 통하여 낮출 수 있으나 발열량, 회분 함량, 내구성 등은 재료가 가지는 고유 성질에 의한 것으로서 사용하는 재료에 의해 정해지고 또한 제조방법에 따라 일부 조절이 가능하다.
통상, 커피부산물을 이용한 고체연료는 커피박에 톱밥, 왕겨 등을 혼합하여 제조되며, 커피박은 발열량이 크나 성형성이 좋지 못하여 내구성이 취약하므로 내구성 개선을 위하여 접착제 역할을 하는 리그닌이 함유된 톱밥이나 왕겨 등을 첨가한다.
그런데 톱밥, 왕겨 등은 커피박에 비하여 발열량이 낮아서 이들의 함량이 증가할수록 성형성과 내구성은 좋아지나 고체연료의 발열량이 저하되고, 이들의 첨가량을 줄이면 내구성이 약하여 취급 중 고체연료가 부서지기 쉬워서 상품가치를 상실하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 커피박의 성형성과 내구성을 증가시키면서 발열량을 만족하는 바이오 원료로서 솔방울을 이용하여 고체연료를 제조한다.
커피박은 식물성인 커피원두를 일정온도 이상으로 가열하고 잘게 파쇄한 분말로부터 커피 원액을 추출하고 남은 찌꺼기이므로 식물의 주성분인 리그린(lignin), 셀룰로오스(cellulose) 등을 포함하는 다공성 물질이다.
따라서 커피박은 식물세포의 조직 특성상 통기성이 뛰어나고 일정한 압축성형을 통해 일정시간 이상 지속적인 발열이 가능하며, 열수추출 후 남는 찌꺼기이므로 약 80 % 이상의 수분을 함유하고 있어서 이를 이용하여 고체연료를 제조하기 위해서는 커피박의 수분함량을 가능한 한 낮추는 것이 요구된다.
솔방울은 소나무의 방울열매로서, 리그닌, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 등이 주성분으로 구성되고 약 30 %의 수분을 함유하고 있으므로 이를 고체연료에 이용하기 위하여 수분함량을 낮출 필요가 있다.
먼저, 솔방울을 분쇄하여 분말화한 다음 커피박과 혼합하여 건조한다.
상기 건조방법은 특별히 제한되지 않고 커피박과 솔방울 분말의 건조에 적용가능한 건조방법이면 가능하며, 통상적으로 수거된 커피박과 솔방울 분말을 100~120 ℃의 온도에서 1~4 시간 동안 건조하면 커피박과 솔방울 분말의 수분함량을 2~5 중량% 범위로 맞출 수 있고 상기 수분함량은 압축성형시 성형성을 높이는 점에서 가장 적당하고 연료에 이용하는 점에서도 유리하다.
커피박과 솔방울 분말의 혼합은 솔방울 분말의 혼합량이 증가할수록 톱밥, 왕겨 등과 같이 발열량이 감소하고 수분함량이 높아지는데, 솔방울은 톱밥, 왕겨에 비하여 발열량이 높으므로 좀 더 많이 혼합할 수는 있으나 건조 후 커피박에 비하여 수분함량이 높으므로 고체연료의 성형성과 내구성을 충족시킬 수 있는 범위에서 최소량을 첨가하는 것이 바람직하다.
커피박과 솔방울 분말의 혼합비는 커피박 60~80 중량%와 솔방울 분말 20~40 중량%가 바람직하고 커피박이 60 중량% 미만이면 발열량이 저하되고 80 중량%를 초과하면 재료의 결합력이 낮아서 성형성과 내구성이 부족하게 된다.
다음은 상기 혼합분말을 1800~2200 ㎏f/㎠의 압력으로 가압성형하여 고체연료를 제조하며, 1800 ㎏f/㎠ 미만에서는 성형이 불량하거나 쉽게 부서진다.
그런데 커피박과 솔방울 분말을 혼합하여 고체연료를 제조하면 커피박과 톱밥 혼합 고체연료에 비하여 연기가 많이 발생하여 사용처에 따라 제약을 받을 수도 있다.
커피박과 솔방울 분말 혼합 고체연료의 발연을 감소시키는 방안으로서 커피박과 솔방울 분말의 혼합분말에 수활석(水滑石) 분말을 첨가하는 것이 바람직하다.
수활석은 브루사이트(brucite)라고도 하며 수산화마그네슘(magnesium hydroxide, Mg(OH)2) 성분을 많이 함유하고 있는데, 수산화마그네슘은 화염의 연기밀도를 낮추어 커피박-솔방울 분말 고체연료의 발연 저감효과를 얻을 수 있다.
또한, 수산화마그네슘을 공기 중에 방치하면 이산화탄소를 흡수하여 탄산마그네슘(magnesium carbonate, MgCO3)으로 전환되고 탄산마그네슘은 고체연료의 강도를 증가시켜 내구성 개선에 도움을 주며, 또한 화염의 고온가열에 의해 수산화마그네슘이 산화마그네슘(magnesium oxide, MgO)으로 전환되고 산화마그네슘은 경화성으로 인해 고체연료를 경화시킴으로써 내구성을 개선한다.
더불어, 수산화마그네슘과 탄산마그네슘은 난연성이 있어서 커피박과 솔방울 분말 혼합 고체연료의 열방출속도를 지연시킴으로써 연소시간을 증가시키는 효과를 제공한다.
수활석 분말의 첨가량은 커피박과 솔방울 분말의 혼합분말 100 중량부에 3~7 중량부 첨가되는 것이 바람직하며, 3 중량부 미만이면 발연 감소효과가 부족하고 7 중량부를 초과하면 고체연료의 착화특성이 저하된다.
따라서 고체연료가 단시간에 많이 발열되도록 하기 위하여는 상기 수활석 분말의 첨가량 범위 내에서 적은 양을 첨가하고 장시간에 걸쳐 천천히 발열되도록 하거나 내구성을 좀 더 높이기 위해서는 상기 범위 내에서 많은 양을 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 커피박 고체연료는 일반적인 환경에서는 완전 연소되어 이산화탄소와 같은 유해가스가 발생하지 않으나 보관상태가 불량하여 습기를 흡수하거나 연소 환경에 따라 불완전 연소되어 이산화탄소가 발생할 우려가 있다.
따라서 불완전 연소의 경우 이산화탄소를 제거할 수 있도록 하는 것이 바람직하고, 이를 위하여 상기 혼합분말에 수산화칼슘(소석회) 분말을 첨가할 수 있다.
수산화칼슘은 산화칼슘를 물에 용해시켜 얻을 수 있으며, 이산화탄소와 반응하여 탄산칼슘을 생성하므로 고체연료의 불완전 연소시 발생하는 이산화탄소를 제거할 수 있다.
수산화칼슘 분말과 함께 상기 수활석 분말을 고체연료에 함께 첨가할 경우 고체연료를 연소시키면 수활석의 수산화마그네슘이 산화마그네슘으로 전환되고 산화마그네슘은 반응지연제의 기능을 가지고 있어서 수산화칼슘과 이산화탄소가 급격히 반응하는 것을 억제하여 수산화칼슘이 지속적으로 이산화탄소를 제거할 수 있다.
또한, 고체연료에 수활석 분말을 첨가할 경우에는 상기 수산화칼슘 분말 대신에 산화칼슘(생석회) 분말을 사용할 수도 있으며, 수활석의 수산화마그네슘이 산화마그네슘으로 전환되는 과정에서 물이 생성되고 산화칼슘은 물과 반응하여 수산화칼슘으로 전환된 후 이산화탄소와 반응하며, 더불어 산화칼슘은 물과 반응하면서 다량의 열을 발생시키므로 고체연료의 발열량을 증가시키는 효과도 얻을 수 있다.
수산화칼슘 분말 또는 산화칼슘 분말의 첨가량은 커피박과 솔방울 분말의 혼합분말 100 중량부에 1~5 중량부 첨가되는 것이 바람직하며, 1 중량부 미만이면 이산화탄소 제거효과가 미미하고 5 중량부를 초과하면 고체연료의 착화특성을 저하시킨다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명한다.
단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 치환 및 균등한 타 실시예로 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.
<실시예 1>
리기다소나무에서 솔방울을 채취하여 분쇄한 다음 커피박에 상기 솔방울 분말을 혼합하였고, 비교를 위하여 솔방울 분말 대신에 톱밥과 솔잎 분말을 각각 커피박과 혼합하였다.
혼합비율은 커피박에 솔방울 분말, 톱밥, 솔잎 분말을 각각 0~100 중량% 범위에서 10 중량% 간격으로 배합비율을 조정하였으며(표 1), 상기 각 혼합물을 100 ℃에서 150 분간 건조하여 압축성형하였다.
압축성형 형태는 일반적인 팰릿 형태로 제조하지 않고 고압을 이용하여 원통형상으로 제조하였으며, 프레스(Atlas Autotouch 25T Press, Specac사, 영국)를 사용하여 내경 40 ㎜의 펠릿 다이(pellet die)에 상기 혼합물을 각각 넣고 5, 10, 15, 20, 25 ton의 힘으로 압축하여 고체연료를 제조하였다.
압축성형 결과, 5~20 ton의 압축은 성형이 잘 안 되었고 일부 성형되기도 하였으나 쉽게 부서졌으며, 25 ton에서는 성형이 양호하게 이루어졌고 성형 후 어느 정도 형상이 유지되었다.
<시험예 1> 함수율, 회분, 발열량 분석
상기 실시예 1의 각 군별 시료를 (주)대덕분석기술연구소에 의뢰하여 함수율, 회분, 발열량을 비교 분석하고 그 결과를 하기 표 1 및 도 1 내지 3에 나타내었다.
함수율, 회분, 발열량 분석결과
혼합물 시료명 혼합비 (중량%) 함수율
(중량%)
회분
(중량%)
발열량
(㎈/g)
커피박 톱밥/솔잎 분말
/솔방울 분말
커피박+
톱밥
1 100 0 3.18 2.38 5639
2 90 10 3.99 2.25 5542
3 80 20 5.66 2.20 5489
4 70 30 6.94 1.99 5380
5 60 40 8.70 1.81 5347
6 50 50 9.57 1.68 5242
7 40 60 11.0 1.47 5093
8 30 70 12.3 1.32 4992
9 20 80 13.7 1.20 4940
10 10 90 15.0 1.09 4855
11 0 100 16.4 0.94 4774
커피박+
솔잎 분말
12 90 10 3.31 2.36 5595
13 80 20 3.33 2.26 5552
14 70 30 3.28 2.19 5497
15 60 40 3.30 2.11 5448
16 50 50 3.16 1.97 5367
17 40 60 3.20 1.91 5316
18 30 70 3.17 1.81 5112
19 20 80 3.14 1.73 5231
20 10 90 3.23 1.64 5197
21 0 100 3.03 1.53 5008
커피박+
솔방울 분말
22 90 10 3.49 2.40 5596
23 80 20 3.46 2.37 5519
24 70 30 3.59 2.39 5499
25 60 40 3.56 2.38 5450
26 50 50 3.67 2.47 5448
27 40 60 3.60 2.48 5336
28 30 70 3.79 2.41 5306
29 20 80 3.60 2.34 5251
30 10 90 3.77 2.30 5223
31 0 100 3.97 2.31 5188
상기 표 1과 같이 커피박과 톱밥, 솔잎 분말, 솔방울 분말의 배합비율에 따른 함수율, 회분, 발열량을 비교해 본 결과, 커피박을 100 % 사용하였을 때 함수율이 가장 낮고 발열량이 가장 높게 나타났으며, 톱밥, 솔잎 분말, 솔방울 분말의 혼합량이 증가할수록 발열량이 점차 낮아짐을 알 수 있다.
따라서 고체연료 중 커피박 함량을 가능한 한 높게 유지하는 것이 발열량 면에서 바람직하나, 이 경우 톱밥, 솔잎 분말, 솔방울 분말의 혼합량이 상대적으로 적어져 성형성이 낮고 쉽게 부서지는 문제가 발생하였다.
도 4에는 커피박과 톱밥의 혼합비를 달리하고 내경 40 ㎜의 펠릿 다이에 25 ton의 힘으로 가압성형하여 제조한 고체연료의 모습이 도시되어 있으며, 커피박 100 %에서 톱밥 100 %까지 모두 가압성형 후 일정 형상을 유지하였으나, 커피박 함량이 증가할수록 작은 외력에도 쉽게 부서져 내구력이 충분치 못하였다.
톱밥, 솔잎 분말, 솔방울 분말의 혼합량을 증가시키면서 성형성을 비교분석한 결과, 동일 혼합비를 기준으로 솔방울 분말 > 솔잎 분말 > 톱밥 순으로 성형성이 우수하고 발열량은 솔방울 분말과 솔잎 분말이 비슷하고 톱밥이 낮으므로, 결국 커피박에 솔방울 분말을 혼합하여 압축성형하는 것이 발열량과 성형성 면에서 가장 유리함을 알 수 있다.
따라서 커피박과 솔방울 분말의 혼합비는 발열량이 높으면서 함수율과 회분 함량이 낮으며 성형성과 내구성을 높게 유지할 수 있는 커피박 60~80 중량%, 솔방울 분말 20~40 중량%로 혼합하는 것이 가장 바람직한 것으로 확인되었다.
<실시예 2>
상기 실시예 1의 시료 24(커피박 70 중량%, 솔방울 분말 30 중량%) 제조시 커피박과 솔방울 분말을 혼합하여 건조한 혼합분말에 수활석 분말, 소석회 분말, 생석회 분말을 하기 표 2와 같이 배합하고 압축성형하여 고체연료를 제조하였다.
배합비(중량%)
시료명 혼합분말 수활석 분말 소석회 분말 생석회 분말
32 95 5 - -
33 97 - 3 -
34 97 - - 3
35 92 5 3 -
36 92 5 - 3
<시험예 2> 발연특성 분석
상기 시료 24 및 32~36에 대하여 연기밀도를 측정하였으며, 측정은 연기밀도시험기(Smoke Density Chamber SB2005, FESTEC, 한국)로 non-flaming 방식의 수평시험을 적용하여 최대연기밀도를 분석하였다.
시편을 75×75 ㎜ 크기로 절단하고 가열로를 점화하여 열플럭스밀도(heat flux density) 25 ㎾/㎡로 조정한 후 1200 초간 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
연기밀도 측정결과
시료명 최대연기밀도(Ds)
24 468
32 374
33 393
34 435
35 359
36 364
상기 표 3을 보면, 커피박 70 중량%, 솔방울 분말 30 중량%를 혼합한 시료 24의 경우 최대연기밀도가 468 Ds인데, 여기에 수활석 분말을 첨가한 시료 32는 374 Ds이고 소석회(수산화칼슘)을 첨가한 시료 33는 393 Ds로 측정되었다.
시료 32(고체연료에 수활석 분말 첨가)에서 최대연기밀도가 낮아진 결과로부터 수활석에 함유된 수산화마그네슘이 화염의 연기밀도를 낮추는 효과가 있음을 확인할 수 있고, 고체연료에 소석회를 첨가(시료 33)하여도 연기밀도를 낮추는데 효과가 있음을 알 수 있다.
시료 34(고체연료에 생석회 분말 첨가)의 경우, 약간의 최대연기밀도 저하가 있었는데, 프레스에서의 압축성형 과정에서 생석회(산화칼슘)가 고체연료에 함유된 소량의 수분과 반응하여 일부 소석회로 전환되고 상기 소석회가 연기밀도를 낮춘 것으로 판단된다.
수활석 분말과 소석회 분말을 첨가한 시료 35는 최대연기밀도 359 Ds로서 연기밀도가 가장 많이 저하되었으며, 이는 수활석에 함유된 수산화마그네슘이 연소에 의해 산화마그네슘으로 전환되어 소석회의 수산화칼슘과 이산화탄소의 반응을 서서히 진행시켜 효과적으로 연기를 제거한 결과로 추정된다.
수활석 분말과 생석회 분말을 첨가한 시료 36은 수활석의 수산화마그네슘이산화마그네슘으로 전환되는 과정에서 생성된 물이 생석회와 반응하여 수산화칼슘으로 전환됨에 따라 시료 35와 같은 제연(除煙)효과를 발휘한 것으로 판단된다.
상기와 같이, 커피박과 상기 솔방울 분말에 수활석 분말, 소석회 분말, 생석회 분말을 첨가하면 커피박과 솔방울 분말의 연소에 의해 발생하는 연기를 줄일 수 있음을 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 솔방울을 분쇄하여 분말화하는 단계;
    커피박 60~80 중량%와 상기 솔방울 분말 20~40 중량%를 혼합하여 건조하는 단계; 및
    상기 건조된 혼합분말을 1800~2200 ㎏f/㎠의 압력으로 가압성형하는 단계;를 포함하는 커피박 고체연료의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조된 혼합분말의 수분함량은 2~5 중량%인 것을 특징으로 하는 커피박 고체연료의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합분말 100 중량부에 수활석 분말 3~7 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 커피박 고체연료의 제조방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 혼합분말 100 중량부에 산화칼슘 분말 1~5 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 커피박 고체연료의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합분말 100 중량부에 수산화칼슘 분말 1~5 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 커피박 고체연료의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합분말 100 중량부에 수활석 분말 3~7 중량부 및 수산화칼슘 분말 1~5 중량부를 첨가하는 것을 특징으로 하는 커피박 고체연료의 제조방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 커피박 고체연료.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3156745U (ja) * 2009-10-30 2010-01-14 有限会社アグリクリエイト 有機質肥料、飼料及び固形燃料として利用可能なリサイクル製造物
KR101555012B1 (ko) * 2015-06-04 2015-09-22 김시한 커피박 펠렛 제조장치 및 제조방법
KR20160018464A (ko) * 2013-03-15 2016-02-17 엔지누이티 월드와이드, 엘엘씨 복합 탄소질 연료 컴팩트

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3156745B2 (ja) * 1995-03-23 2001-04-16 株式会社遠藤製作所 ゴルフクラブ

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3156745U (ja) * 2009-10-30 2010-01-14 有限会社アグリクリエイト 有機質肥料、飼料及び固形燃料として利用可能なリサイクル製造物
KR20160018464A (ko) * 2013-03-15 2016-02-17 엔지누이티 월드와이드, 엘엘씨 복합 탄소질 연료 컴팩트
KR101555012B1 (ko) * 2015-06-04 2015-09-22 김시한 커피박 펠렛 제조장치 및 제조방법

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