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장은석 ( Eun-suk Jang ),김대기 ( Daegi Kim ) 한국폐기물자원순환학회 2021 한국폐기물자원순환학회지 Vol.38 No.5
In this study, livestock manure was converted into fuel using hydrothermal carbonization, and the chemical composition of the resulting fuel was investigated. The results revealed that the hydrogen and oxygen content of the resulting fuel decreased, whereas the carbon content increased. In addition, there was a reduction in nitrogen content, which could be attributed to the gradual reduction in potential NOx emission, and the decomposition of organic nitrogen under thermal reaction conditions to liquid and gas. Furthermore, the hydrothermal carbonization removed some of the volatile matter in the manure and increased the proportion of fixed carbon content; thus, resulting in an increase in fuel ratio from 0.32 to 0.68 with an increase in the reaction temperature. These results indicated that the calorific value increased after hydrothermal carbonization. However, at hydrothermal carbonization temperatures above 250℃, the formed products exhibited a high ash content of 36.07- 41.54%, which had no effect on the increase in the calorific value. The storage and stability of the biomass fuel was investigated using a moisture reabsorption experiment. There was a sharp decrease in the moisture reabsorption value of the fuel, and only 75% of the raw reabsorption value was retained. This could be attributed to the removal of hydrophilic groups, such as OH (hydroxyl group) and C=O (carboxyl group), from the manure by the hydrothermal carbonization process.
Water intrusion porosimetry 를 이용한 목재의 약품 함침량 평가
장은석 ( Eun-suk Jang ),강춘원 ( Chun-won Kang ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2
다공체의 공극함량과 크기를 평가하는 방법은 여러 가지가 있으나 유체를 활용한 방법은 함침법 (intrusion method)과 배출법(extrusion method)으로 나누어진다. 함침법은 non-wetting liqluid를 사용해야 하므로 수은을 사용하지만 소수성의 재료에서는 물(water)을 함침시킬 수 있으며 이를 water intrusion porosimetry 라 한다. 목재는 친수성 재료이지만 본 연구에서는 압력증가에 따른 목재 내부로의 물침투성을 실험하기 위해 본 방법을 활용하였다. 이를 통하여 가압조건에서의 목재 내부로 물의 함침량을 손쉽게 알 수 있으며 이는 목재 수종별 약품 함침조건을 설정하는데 도움이 될 것으로 판단된다.
장은석 ( Eun-suk Jang ),강춘원 ( Chun-won Kang ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1
일반적으로 다공성 흡음재의 흡음특성은 공극률과 상관관계가 있으며 공극률이 높을수록 흡음특성이 좋아진다. 목재는 수종과 관계없이 목재실질의 진비중이 일정하므로 비중이 낮은 목재일수록 공극률이 크기 때문에 흡음특성이 좋을 것으로 예상하는것이 일반적이었다. 본 연구에서는 저비중목재 3종(Binuang, Balsa, Paulowina) 을 선택하여 목재 공극을 IUPAC를 기반으로 한 3가지 유형 (through pore, blind pore, closed pore) 으로 분류하였고 그 함량을 각각 측정하였다. 이로부터 목재의 공극유형과 흡음율의 관계를 조사하였다. 본 연구의 결과 목재의 흡음율은 공극률에 기인하는 것이 아니라 through pore 의 함량이 높아질수록 흡음특성이 증가한 것으로 나타났다.
장은석 ( Eun Suk Jang ),한성국 ( Seong Kuk Han ),김호 ( Ho Kim ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2017 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2017 No.-
수열탄화 (HTC, Hydrothermal Carbonization)는 수분함량이 높은 바이오매스를 바로 적용하여 닫힌계에서 (closed system)에서 승온 시키면 150℃∼250℃범위에서 열수(hot water)에 의하여 고형물의 유기물 일부가 분해되기 시작하여, 탈카르복실화(decarboxylation)와 탈수(dehydration)반응이 유도되며 O/C, H/C 비율을 낮추고 탄소고정을 통해 바이오매스 고형연료의 에너지밀도를 높여 연료로서의 특성이 향상된다. 또한 수열탄화 반응시 높은 수분함량을 건조하여 수분을 증발시키지 않고 물로 분리함으로서 수분 제거시 소비되는 에너지를 일반 건조기술 대비 50%이상 절감함으로서 하수슬러지 고형연료화의 경제성을 향상 시킬 수 있다. 이렇게 분리된 액체생성물에는 유기물 분해에 의해서 용해성 유기물이 다량 농축되어 혐기소화의 전처리 기술로도 적용되고 있다. 본 연구에서는 I시 하수슬러지를 1년간 매달 sampling하여 계절별 하수슬러지 물리화학적 특성 변화와 수열탄화 적용 시 반응 및 연료 특성 변화를 확인하였다. 따라서 상용화 수열탄화 기술을 적용시 계절에 상관없이 안정적인 고형연료 확보 가능성을 확인하였다.
장은석 ( Eun-suk Jang ),송은혜 ( Eunhye Song ),윤종혁 ( Jonghyuk Yoon ),김영민 ( Young-min Kim ) 한국공업화학회 2020 공업화학 Vol.31 No.4
본 연구에서는, 축분 고형연료의 연료적 가치를 판단하기 위해 물리화학적 특성과 열분해 동역학 분석을 수행하였다. 원소분석과 공업분석결과는 축분 고형연료는 휘발성 물질(64.94%), 탄소(44.35%) 및 수소(5.54%)의 함량이 높았다. 축분 고형연료의 저위발열량(3,880 kcal/kg) 또한 가축분뇨 고형 연료 기준(3,000 kcal/kg)보다 높았다. 열중량분석결과 축분연료는 3개의 분해온도구간을 가졌다. 첫 번째 온도구간(130~330 ℃)은 추출물의 기화, 헤미셀룰로우스 및 셀룰로우스의 분해로 구성되었다. 두 번째(330~480 ℃)와 세 번째(550~800 ℃) 온도 구간들은 리그닌의 분해와 carbonaceous materials 분해에 의한 것이었다. Friedman, FWO, KAS 같은 model free 분석방법에 의해 구해진 축분 고형연료의 열분해에 대한 활성화 에너지 값은 전환율 0.1에서 0.9 범위에서 173.98에서 525.79 kJ/mol로 나타났다. 특히, 전환율이 0.6보다 높은 구간에서 활성화에너지가 크게 증가하였다. Curve fitting 방법을 사용한 동역한 분석은 축분 고형연료가 5단계의 분해 단계로 구분될 수 있는 다단계 반응에 의해 분해됨을 제안하였다. In this study, the physico-chemical properties and pyrolysis kinetics of livestock mature solid fuel were investigated to know its feasibility as a fuel. Ultimate and proximate analysis results showed that livestock mature solid fuel has high contents of volatile matter (64.94%), carbon (44.35%), and hydrogen (5.54%). The low heating value of livestock mature solid fuel (3880 kcal/kg) was also higher than the standard requirement of solid fuel (3000 kcal/kg). Thermogravimetic analysis results indicated that livestock mature solid fuel has three decomposition temperature regions. The first temperature zone (130~330 ℃) was consisted with the vaporization of extracts and the decomposition of hemicellulose and cellulose. The second (330~480 ℃) and third (550~800 ℃) temperature regions were derived from the decomposition of lignin and additional decomposition of carbonaceous materials, respectively. The activation energy derived from model free kinetic analysis results including Friedman, Flynn-Wall-Ozawa (FWO), and Kissinger-Akahira-Sunose (KAS) methods for the pyrolysis of livestock mature solid fuel was in the range of 173.98 to 525.79 kJ/mol with a conversion rate of 0.1 to 0.9. In particular, the activation energy increased largely at the higher conversion than 0.6. The kinetic analysis using a curve-fitting method suggested that livestock mature solid fuel was decomposed via a multi-step reaction which can be divided into five decomposition steps.
발사 (Ochroma pyramidale) 횡단면의 흡음특성 평가
장은석 ( Eun-suk Jang ),강춘원 ( Chun-won Kang ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.2
발사 (Ochroma pyramidale) 는 밀도에 따라 저밀도 (LD), 중밀도 (MD) 및 고밀도 (HD) 발사로 분류된다. 본 연구에서는 밀도에 따른 3종의 발사 횡단면의 흡음특성을 평가하였다. 발사 횡단면은 넓은 주파수 대역에서 흡음이 이루어졌으며 밀도에 따라서는 배후공간이 없는 경우 LD 에서 흡음성능이 가장 우수하였다. 배후공간 적용시 흡음 피크는 저주파 범위로 이동되었다. 전반적으로 발사 단면의 흡음계수는 0.2-0.4 범위였으며 이는 추후 친환경 흡음재로 이용 가능성이 있음을 시사한다.