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목질 및 초본바이오매스 열분해의 모델링

전문가 제언: ○ 바이오매스는 수분과 휘발분이 높고 발열량이 낮은데, 높은 수분은 연소성능과 에너지출력에 영향을 준다. 에너지가 높은 휘발성분은 고형물 혼합에 비례해서 가스화 되고, 탈휘발화의 정도와 수율은 온도가 증가함에 따라 증가한다.

○ 이러한 열역학적 및 유체역학적 변화거동은 가스화 및 탈 휘발화 과정에 대한 2차 모델링이 개발되고 해석도 가능해서 가스화로의 설계에 반영하고 있다.

○ 그러나 바이오매스는 셀룰로오스, 헤미 셀룰로오스, 리그닌의 3개 주요성분이 고분자 화합물로서 수십 단계의 화학반응을 거쳐야 해서 반응속도나 휘발분의 수율 등은 실험을 통해서 얻었고 이를 모델에 입력, 처리하였다.

○ 이 글은 바이오매스의 3개 주요성분에 대한 분자구조식을 결정하고 각 성분에 대한 해석 식을 정의해서, 바이오매스의 성분과 열분해 조건만을 입력하면 열분해과정과 휘발분의 수율을 모사할 수 있는 변형 개선된 CPD(Chemical Percolation De-volatilization) 모델을 제시하고 있다.

○ 아직 저온에서 휘발분의 수율예측이 안 되고, 타르수율의 오차가 커지는 문제는 보완이 필요하나, 각 성분에 대한 해석 식과 반응속도 정수의 결정은 바이오매스 열분해의 수치해석 모델의 발전에 진일보했다고 본다.

저자: Takuya OKADA, Yukihiko OKUMURA, and Ken OKAZAKI
자료유형: 학술정보