반탄화 수율 기반 바이오매스 열분해 거동 예측 모델 개발

Prediction model for pyrolysis kinetics of torrefied biomass based on torrefaction severity

바이오매스는 재생에너지의 종류 중 하나이나, 기존 화석 연료와 대비하여 친수성 특성으로 인해 함수량이 높으며, 섬유질 구조로 인해 미분성이 떨어지는 등 연료 품질이 떨어지는 단점이 있다. 이러한 바이오매스의 단점은 반탄화를 통해 개선될 수 있다. 반탄화는 200-300℃ 의 무산소 분위기에서 열처리 하는 공정으로 발열량 향상, 미분성 개선 둥의 연료 품질 개선을 이룰 수 있다. 이에 따라 최근 반탄화에 관한 많은 연구들이 진행되고 있으나, 기존의 반탄화에 관한 연구는 반탄화 실험이 필수적으로 선행되어야 하며, 목표하고자 하는 반탄화 수율을 달성하기 위해 많은 수의 반탄화 실험이 수행되어야 한다. 그러나 반탄화 바이오매스의 열분해 특성은 원바이오매스의 열분해 특성에서 기인하므로, 이에 반탄화에 의한 주요 영향을 반영하면 반탄화 실험 없이 바이오매스의 열분해 거동 예측이 가능하다. 이에 따라 본 연구에서는 반탄화 수율과 원 바이오매스의 열분해 특성만을 이용하여 반탄화 바이오매스의 열분해 거동을 예측하는 모델을 개발하였다. 바이오매스의 기본 열분해 모델은 바이오매스의 구성 성분(헤미셀룰로오스, 셀룰로오스, 리그닌)의 독립적인 반응을 가정하는 parallel reaction model을 적 용하였다. 반탄화의 주요한 영향은 3가지로 ①반탄화 이후 3성분 비율의 변화, ②열분해 시작 온도 및 peak 온도 지연, ③고정탄소 및 최 함량 중가를 열분해 거동 예측 모델에 반영하였다. 본 연구의 예측 모델은 반탄화 바이오매스의 열분해 거동을 전반적으로 정확하게 예측하였으며 , 본 모델의 결과로부터 열분해 kinetc 분석을 통해 반응상수를 재계산할 수 있을 것으로 생각된다.