바이오 에너지 생산을위한 통합 혐기성 소화 및 열수 탄화의 평가

모든 혐기성 소화에는 네 가지 분해 단계가 있습니다. 먼저 다당류가 단량체로 가수분해됩니다. 이 단량체들은 산생성을 통해 저탄소 지방산인 젖산과 알코올로 전환됩니다.

케토제네시스(ketogenesis) 과정에서, Agenesis의 생성물은 다른 형태로 전환됩니다. 마지막 단계는 마이오제네시스(myogenesis)이며, 여기서 메타제닉(Metagenic) 미생물들이 Aceto SSIS 생성물로부터 메탄을 생성합니다.

고체 바이오매스의 전통적인 혐기성 소화는 시간과 에너지가 많이 소모되는 공정입니다. 그러나 새로운 상향류 호기성 고체 상태 반응기는 이러한 단점들을 극복할 수 있는 충분한 잠재력을 가지고 있습니다. 이러한 유형의 반응기가 갖는 중요한 장점은 자발적인 고체-액체 분리가 가능하다는 점입니다.

또한, 액체 순환을 통해 값비싼 교반 장치를 제거할 수 있습니다. 수열 탄화(Hydrothermal carbonization)는 폐바이오매스를 물 포화 압력 하에서 200~260 °C로 4.5~6시간 동안 가열하는 열화학적 처리 공정입니다. 이러한 조건에서의 아임계수는 반응성이 매우 높습니다. 그 결과, 헤미셀룰로오스는 다른 추출물과 함께 약 180~200 °C에서 분해되고, 셀룰로오스는 약 220~230 °C에서 반응하며, 리그닌은 HTC 바이오차(Biochar) 내에 그대로 남게 됩니다.

HTC의 고체 생성물은 매우 잘 부서지며, 소수성이고 안정적입니다. 이는 갈탄과 유사한 발열 특성을 가지고 있습니다. 본 연구의 목적은 이 두 가지 바이오 에너지 생산 공정을 결합하는 것이었습니다.

이 영상에서는 바이오가스 생산을 위한 새로운 UASS 반응기의 작동 원리와 운용 방법을 보여드리겠습니다. 이어서, 호기성 소화를 통한 바이오코어 생산을 위한 소화물의 수열 탄화 과정도 보여드리겠습니다. 5~65 mm 길이의 39 L UASS 반응기가 사용되었습니다.

가공되지 않은 밀짚 조각을 공급했습니다. 원료의 유기 건조 물질 함량은 85.9%였으며, 조섬유 분획은 46.3%였습니다. UASS 반응기는 스테인리스강으로 제작되었으며, 아크릴 유리로 된 점검창이 설치되었습니다. 각 39리터 UASS 반응기에는 30리터 혐기성 필터가 결합되었습니다.

각 혐기성 필터에는 325개의 폴리에틸렌 생물막 담체가 채워졌습니다. 생물막 담체의 표면적은 세제곱미터당 305제곱미터였습니다. 중온 및 고온 조건 모두에서 high dolf pump drive 5 2 0 1이 사용되었습니다. 공정액의 경우, UASS 반응기에 매일 공급하기 위해 가열 장치를 원하는 반응기 온도 수준으로 설정하였습니다.

나무 짚 120 g을 정량합니다. UASS 공급관을 열고 스토퍼를 제거합니다. 나무 짚을 대각선 공급관에 채운 후 반응기 바닥으로 밀어 넣습니다.

천장 표면을 밀봉하여 가스가 새지 않도록 하고 공급관을 닫습니다. 펌프를 지속적으로 가동하여 리액터 시스템을 통해 배출되는 공정액을 시간당 1.2 L씩 이송합니다. 산업용 바이오가스 분석기를 사용하여 바이오가스 조성을 정기적으로 측정합니다.

약 3kg의 소화액을 일주일에 한 번 제거합니다. 공정 샘플, 액상 및 소화액의 화학적 성질을 매주 분석하였습니다. HTC 실험에는 par 4 8 4 8 컨트롤러가 장착된 18리터 4 5 5 5 시리즈 단 반응기가 사용되었습니다.

본 연구에서는 Spec view 3 2 8 4 9 소프트웨어 패키지를 사용하였습니다. 소화된 짚의 무게를 측정하였습니다. 10 kilogram의 물을 측정하기 위해 동일한 저울을 사용하였습니다.

NU를 통한 의료적 폐쇄 전, 소화물과 물을 모두 용기에 넣었습니다. 프로펠러 교반기의 막힘을 방지하기 위해 반응기 내부 물질을 수동으로 저어주었습니다. 그 후 반응기를 닫고 십자형으로 고정하였습니다.

볼트를 50 Newton meter의 힘으로 조입니다. 본 실험에서는 다음과 같이 반응 조건을 설정하였습니다. 온도는 230 °C로 설정하였으며, 가열 속도는 2 °C/min으로 하고 6시간 동안 온도를 유지하였습니다.

냉각 단계 이후, 스위치를 꺼 가스를 20 liter 가스 백에 수집하였습니다. 슬러리는 고압 및 고온용 볼 밸브를 통해 배출되었습니다. 액체는 수집 후 여과되었습니다.

생성된 바이오차를 분쇄하였습니다. 젖은 바이오차를 105 °C 오븐에 넣습니다. 본 연구에서는 vari EL three 원소 분석기를 사용하였습니다.

샘플 팬에 30 mg의 육산화 텅스텐을 정량하였습니다. 5~10 mg의 건조 시료를 샘플 팬에 넣었습니다. 이를 혼합한 후 밀봉하였습니다.

시료 팬을 vari EL 자동 시료 분석기에 넣습니다. 분석을 시작하고 데이터를 컴퓨터에 저장합니다. 최대 메탄 수율은 고온성 운전의 경우 270.4 liter per kilogram이었으며, 중온성 운전의 경우 216.9 liter per kilogram이었습니다.

바이오가스는 41%에서 61%의 메탄을 함유하고 있으며, 나머지는 이산화탄소입니다. 건조된 소화물은 건초와 비슷해 보이지만 색상이 약간 더 어둡습니다. HTC 바이오차에서는 섬유질 구조가 파괴됩니다.

섬유질 구조가 없는 경우, HTC 바이오차는 부서지기 쉬운 상태가 됩니다. 이를 분쇄하는 데는 거의 압력이 필요하지 않습니다. HTC 바이오차는 매우 소수성입니다.

이는 장시간 동안 물과 접촉한 상태를 유지할 수 있습니다. 생짚 1kg을 수열 탄화시킬 경우, HTC 바이오차는 11 megajoule의 잠재 에너지를 갖게 됩니다. 하지만 결합 공정을 거치면 총 12.1 mega의 바이오 에너지를 얻을 수 있습니다.

혐기성 소화의 에너지 수득률은 20~25%인 반면, HTC와 결합할 경우 에너지 수득률은 최대 70%까지 도달할 수 있습니다.