수열탄화를 통한 EFB 연료화 및 무기물 특성 변화에 따른 파울링 저감

The fuel properties and agglomeration of Empty Fruit Bunch Application by hydrothennal treatment

최근 말레이시아나 인도네시아와 같은 동남아시아 지역에서는 야자나무 열매에서 팜유를 추출하여 비누, 화장품 등 다양한 용도로 사용되고 있으며 Empty Fruit Bunch(EFB）이나 Palm Kernel Shell(PKL) 둥 다양한 부산물이 대량으로 발생한다. 적절한 처리를 하지 않고 방치된 이러한 부산물들은 악취를 발생시키거나 분해과정에서 유해한 메탄가스를 발생시켜 심각한 환경오염을 유발하고 있으며 그에 적절한 처리가 필요하다. EFB 또한 바이오매스의 종류 중 하나로 바이오매스 연료화 기술에 적용가능성이 있으며 그에따른 여러 연구들이 진행되고 있다. 그러나 EFB와 같은 바이오매스는 기존의 석탄보다 낮은 발열량과 높은 수분함량으로 인해 연료로써 이용하기에는 적절하지 않다. 또한, 일부 바이오매스에는 다양한 무기성분을 함유하고 있어 보일러나 소각로 내 부식 또는 파울링 (Fouling)이나 슬래깅 (Slagging)과 같은 클링커 문제를 유발하기도 한다. 따라서 이를 해결하기 위한 적절한 전처리 과정이 필요하다. 수열처리는 물을 열전달 물질로 하여 임계점 이하의 아임계수 조건인 고온 · 고압에서 이루어지는 열화학적 전처리 기술로 가수분해와 열분해 반응을 통해 대상물질을 쉽게 분해시키며, 물질의 가용화나 탄화, 액화 공정에 따라 다양한 공정에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 팜 부산물인 EFB에 수열처리를 하여 연료 특성 및 무기물 변화에 따른 파울링 저감 특성을 확인하였다. 수열처리는 EFB와 물을 각각 1:20 wt%로 하여 시료가 물에 충분히 잠기도록 하였으며 반웅온도를 180-300℃, 반웅시간은 60분에서 실시하였다. 그 결과, 수열처리를 통해 생성된 hydrochar의 탄소함량이 46.1%에서 68.9%로 고정탄소 함량이 20.9%에서 52.1%까지 높아진 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 결과로 인해 발열량 또한 증가하였으며, 연료 특성이 향상되었다고 볼 수 있다. EFB의 경우 일반적인 바이오매스에 비해 높은 O함량을 가지고 있었으며, 수열처리의 아임계수를 통한 무기물 유전율의 변화로 인해 Cl 함량이 4.8%에서 1.4%로 낮아졌다. 또한 주로 파울링 문제를 유발하는 K2O와 MgO의 함량이 낮아지는 결과를 보였다. 이러한 결과로 인해 수열처리를 통한 EFB의 처리는 연료의 화학적 특성을 개선하였다고 판단된다.