바이오오일 생산을 위한 PFR 반응기에서 미세조류의 수열액화반응에 대한 수치해석

Numerical Study on the Hydrothermal Liquefaction of Microalgae in PPR reactor for bio-oil production

바이오매스는 탄소중립 실현을 위한 신재생에너지원 중 하나로서 최근 활발한 연구가 이루어지고 있다. 특히 정유 및 항공운송 분야에서 저탄소 바이오 연료 생산 기술 개발에 많은 노력을 기울이고 있다. 바이오매스 원료물질 중에서 미세조류는 기존의 팜(palm) 에 비해 단위면적당 오일 생산량이 10~20배로 높아 차세대 바이오 연료로서의 가능성이 매우 크다고 할 수 있다. 미세조류로부터 바이오 연료 생산을 위한 방법으로는 당화, 추출, 에스테르교환, 열분해 , 수열액화 등의 방법이 있는데 이 중에서 수열액화(Hydrothermal Liquefaction, HTL)는 미세조류와 같이 높은 수분함량을 가지는 바이오매스에 대해서 가장 경제적인 방법으로 알려져 있다. 본 연구에서는 미세조류로부터 바이오오일 생산을 위한 연속 흐름 관형 반응기 (Plug Row Reactor, PFR)에서 수열액화반응에 대한 수치해석을 수행하고, 반응기 내 유동 및 반옹 특성을 분석하였다. 미세조류의 구성 성분은 protein, carbohydrate, lipid로 설정 하고, 수열 액 화 반응 생성물은 biocrude, aqueous phase, gas로 구분하였으며 선행 연구에서 제시된 1차 반응속도 상수를 이용하였다. PFR 반응기 내부의 온도 및 속도, 반응물 및 생성물의 분포를 비교 분석하였으며, 추후 다양한 미세조류의 구성 성분 및 운전 조건에서 해석을 수행할 예정이다.