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Jul 03, 2023

바이오 연료 응용을 위한 지속 가능한 바이오매스 잔류물의 개발

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14248(2023) 이 기사 인용 측정항목 세부정보 물리화학적 특성, 열 분해 거동 및 화학적 특성에 대한 포괄적인 이해

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 14248(2023) 이 기사 인용

측정항목 세부정보

에너지 생산을 위한 열화학적 전환 이전에 바이오매스 잔류물에 대한 물리화학적 특성, 열 분해 거동 및 화학적 조성에 대한 포괄적인 이해가 중요합니다. 이 조사에서는 테프 짚(TS), 커피 껍질(CH), 옥수수 속대(CC) 및 단수수 줄기(SSS) 잔류물을 특성화하여 부가가치가 있는 바이오에너지 및 화학 제품으로서의 잠재적 응용을 평가했습니다. CC, CH, TS 및 SSS 샘플의 열 분해 거동은 4가지 서로 다른 가열 속도를 사용하여 계산됩니다. 활성화 에너지 값의 범위는 81.919~262.238 및 85.737~212.349 kJ mol−1이며 KAS 및 FWO 모델에 의해 생성되었으며 바이오매스가 바이오산물로 전환되는 과정을 이해하는 데 도움이 되었습니다. CC, CH, TS, SSS의 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 함량은 각각 31.56~41.15%, 23.9~32.02%, 19.85~25.07%로 나타났다. 잔류물의 발열량 범위는 17.3~19.7MJ/kg으로 조 바이오매스와 비슷합니다. 주사 전자 현미경 사진은 모든 바이오매스 샘플에서 영양분과 물 수송 경로를 제공하는 평행선과 함께 응집되고 불규칙하며 거친 질감을 보여주었습니다. 에너지 분산형 X선 스펙트럼과 X선 회절 분석을 통해 탄소질이 높은 물질과 결정질이 존재함을 알 수 있었습니다. FTIR 분석을 통해 특정 파수에서 눈에 띄는 밴드 피크가 식별되었습니다. 이러한 연구 결과를 바탕으로 이러한 잔류물은 섬유, 플라스틱, 페인트, 자동차, 식품 첨가물 산업 등 다양한 응용 분야에서 에너지원으로 잠재력을 갖고 있다는 결론을 내릴 수 있습니다.

인구 증가와 그에 따른 높은 에너지 수요 및 환경 문제로 인해 정부 및 비정부 기관은 화학 물질, 연료 및 에너지 추출에 대한 더 높은 환경적 책임을 요구합니다. 재생 가능한 자원에서 얻은 바이오 연료와 화학 물질은 전 세계 에너지 수요를 해결하고 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는 데 중요합니다. 에너지 접근성, 활용도 및 비용 효율성은 전 세계적으로 개발을 확대하는 데 중요한 역할을 합니다1,2. 농업 잔류물과 비영양 바이오매스는 석탄, 천연가스, 석유 다음으로 에너지 생성에 상당한 잠재력을 가지고 있습니다3,4,5,6. 따라서 바이오프로세스는 여러 에너지 유사 제품을 제공하고 순환 바이오 경제를 강화할 수 있습니다7,8. 바이오연료는 지속 가능한 발전을 위해 화석 연료에 대한 의존도를 완화하기 위해 환경 문제, 연료 안보, 사회경제적 이점을 해결합니다9. 목질계 바이오매스로부터 얻은 바이오 오일은 바이오매스보다 높은 에너지 밀도를 가지고 있기 때문에 미래 연료 생성에 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다10,11,12. 바이오연료 생산의 지속가능성을 위해 바이오에너지는 전 세계적으로 전체적인 순환 경제라는 아이디어와 연결됩니다. 바이오프로세스에는 공급원료를 처리, 선택 및 바이오에너지 및 화학 물질과 같은 부가가치 산출물로 변환하는 과정이 포함됩니다. Elliot13은 바이오 에너지 공정에서 얻은 화학 물질이 섬유 산업, 플라스틱, 페인트, 자동차, 식품 첨가물 등 다양한 응용 분야에 사용된다고 밝혔습니다. 바이오매스는 주로 발열량, 저렴한 비용 및 가용성 측면에서 가장 유리한 공급원료인 산림 및 농업 잔여물을 의미합니다14. 바이오매스 잔류물은 생화학적 또는 열화학적 전환 경로를 사용하여 에너지 운반체로 변환될 수 있습니다15,16,17.

테프짚(TS), 커피껍질(CH), 옥수수 속대(CC), 단수수줄기(SSS) 잔류물은 그림 1과 같이 테프, 옥수수, 단수수, 커피 가공에서 얻은 농업폐기물이다. [Eragrostis tef (Zuccagni.) Trotter] 현지에서 ch'ed로 알려진 짚은 주로 에리트레아, 북부 케냐 및 에티오피아에서 발견되는 테프 곡물에서 파생됩니다18. 이는 테프 곡물 25%와 테프 밀짚 75%로 구성되며, 연간 생산량은 각각 430만 톤과 1,300만 톤입니다19,20. 테프 짚은 다른 곡물에 비해 반추동물을 위한 영양가 있는 사료로 간주됩니다21,22.