상기 케이싱 내에 복수 개가 높이별로 장착되어 열분해 되는 바이오매스의 온도를 높이별로 측정하는 온도 측정부재와 상기 온도 측정부재로부터 제공되는 높이별 바이오매스의 온도정보를 통하여 상기 공기 유동부로부터 송출되는 공기 유량을 산출하는 유량산출부를 포함하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 복수 개의 상기 온도 측정부재의 상대적 온도 차이에 따라 점화면의 위치를 파악하고, 상기 점 화면이 상기 바이오매스의 최상단에 위치하면 열분해에 필요한 상기 공기만 송출하며, 상기 점화면이 상기 바이오매스의 최하단에 위치하면 상기 공기의 송출을 차단함으로써 상기 유동하는 공기의 유량이 제어되도록 상기 공기 유동부를 제어하는 것을
특징으로 한다.

본 발명은 바이오촤 생산장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 바이오매스를 이용하여 경제적으로 바이오촤를 생산할 수 있는 바이오촤 생산장치에 관한 것이다.

배경기술

일반적으로 화석연료는 환경 오염을 유발시키며 매장량에도 한계가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 각 국에서는 화석연료를 대체할 수 있는 신재생 에너지의 개발에 많은 노력을 기울이고 있으며, 각국마다 에너지 수입의존도를 최대한 감소시킬 수 있는 장기적인 에너지원 수급정책의 수립과 근본적인 청정 대체에너지의 개발이 필수적인 상황이다.
이러한 현실에서 바이오매스(biomass)는 화석연료의 고갈과 환경오염에 대한 우려를 해소할 수 있는 대체에너지의 한 분야로 주목받고 있다.
이러한 바이오매스란 태양에너지를 받은 식물과 미생물의 광합성에 의하여 생성되는 식물체, 균체와 이를 먹고 살아가는 동물체를 포함하는 생물유기체를 지칭하는 용어이다.
따라서, 바이오매스 자원은 곡물 등의 전분질계 자원과 임목 및 볏짚, 왕겨와 같은 농부산물을 포함하는 셀룰로오스계의 자원, 사탕수수, 사탕무우와 같은 당질계의 자원 및 음식폐기물 등의 유기성 폐기물에 이르기까지 포함하는 포괄적인 의미를 갖는다.
이러한 바이오매스의 저속 열분해 과정에서 생성되는 고체 성분인 바이오촤(biochar)는 수질 개선용 흡착제로 1차 이용이 가능하며, 영양성분과 미네랄을 흡착하여 포화된 바이오촤는 토질 개선용 비료로 작물생산량의 증대와 합성 비료 사용의 저감에 이용된다.
또한, 이러한 바이오촤는 질량기준으로 90%이상의 탄소로 구성되어 안정된 물질로서, 산화 없이 토양 내 장기간 존재하여 온실가스를 반영구적으로 격리함으로써 온실가스 제거효과를 확보할 수도 있다.
특히, 기존의 실험결과에 따르면 바이오촤의 수율은 온도에 따라 20% 내지 30% 수준이며, 고온일수록 바이오촤 내 탄소함량이 95% 이상으로 증가하게 된다.
따라서, 열분해 전의 바이오매스의 탄소 질량 대비 바이오촤의 탄소수율은 50% 수준이고, 바이오매스 총 질량 대비로는 22% 이상의 수준에 해당한다.
여기에서, 바이오촤의 이산화탄소 제거 효과는 CO2/C 분자량비인 44/12 = 3.67 을 곱하게 되며, 단기적으로 바이오매스 총 질량 대비 80% 이상이 된다.
바이오촤의 우수한 온실가스 저감효과는 실험에 의하여 입증되었다.

바이오촤의 토질 개선 및 온실가스 저감 분야 활용은 아마존 지역의 Terra Preta라 불리는 비옥한 토지를 연구한 결과 고대원주민들이 이미 저온 연소(열분해와 유사)를 통해 식물을 탄화시켜 비료로 사용하였으며 7000천년 이상의 탄소 저장효과가 있음이 밝혀진 바 있다.
이와 같이, 바이오촤는 화석연료를 대체하는 에너지원인 동시에 수질 및 토양질의 개선기능, 온실가스의 반영구 고정/제거기능을 동시에 수행할 수 있어 전 세계적으로도 크게 주목받고 있다.
다만, 상술한 바와 같은 장점에 따라 이러한 바이오촤를 효율적으로 생산하기 위한 설비 및 시스템에 대한 연구가 지속됨에도 불구하고, 농가 등에 설치하여 바이오촤를 소량 생산하여 개인적인 용도로 이용하기에 최적화된 시설에 대한 연구 및 투자는 미흡한 실정이다.

문제점

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 바이오매스로부터 일상 생활에서 가정용으로 바이오촤를 생산하고 활용할 수 있는 바이오촤 생산장치를 제공함에 있다.
해결과제
상기 목적은, 본 발명에 따라, 하면의 적어도 일부영역이 개방되며, 바이오매스(biomass)가 주입되는 주입구를 형성하여 내부에 상기 주입되는 바이오매스를 수용하는 케이싱 상기 케이싱 내부에 수용되는 바이오매스의 상단부를 점화하는 점화부 상기 점화부에 의하여 착화된 바이오매스의 점화열이 하단으로 이동하며 상기 바이오매스를 열분해함으로써 바이오촤(biochar)
가 생성되도록 상기 케이싱의 개방된 하면을 통하여 상기 바이오매스 측으로 공기를 유입시키는 공기 유동부; 상기 케이싱 내에 복수 개가 높이별로 장착되어 열분해 되는 바이오매스의 온도를 높이별로 측정하는 온도 측정부재와 상기 온도 측정부재로부터 제공되는 높이별 바이오매스의 온도정보를 통하여 상기 공기 유동부로부터 송출되는 공기 유량을 산출하는 유량산출부를 포함하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 복수 개의 상기 온도 측정부재의 상대적 온도 차이에 따라 점화면의 위치를 파악하고, 상기 점화면이 상기 바이오매스의 최상단에 위치하면 열분해에 필요한 상기 공기만 송출하며, 상기 점화면이 상기 바이오매스의 최하단에 위치하면 상기 공기의 송출을 차단함으로써 상기 유동하는 공기의 유량이 제어되도록 상기 공기 유동부를
제어하는 것을 특징으로 하는 바이오촤 생산장치에 의해 달성된다.
또한, 상기 케이싱의 하방에 장착되어 상기 케이싱의 내부에 수용되는 상기 바이오매스가 하측으로 이탈하지 않도록 지지하되, 상기 공기 유동부로부터 송출되는 공기가 통과하도록 다수개의 관통공이 형성되는 베이스 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 케이싱의 하측면에는 생성되는 상기 바이오촤가 배출되기 위한 배출구가 형성되며, 상기 베이스 플레이트가 생성된 상기 바이오촤의 배출시에만 선택적으로 하방의 경사를 형성하여 상기 바이오촤를 상기 배출구 측으로 안내하도록 상기 베이스 플레이트의 단부는 상기 케이싱과 힌지 결합될 수 있다.
또한, 상기 케이싱과 연결되어 상기 바이오매스의 열분해 반응시 발생하는 배기가스의 폐열을 이용하는 열회수부를 더 포함할 수 있다.

효과

본 발명에 따르면, 바이오매스의 열분해 반응을 이용하여 가정용 바이오촤를 효율적으로 생산할 수 있는 바이오촤 생산장치가 제공된다.
또한, 열분해 반응을 유도하기 위한 공기의 유동방향의 반대방향을 따라서 바이오매스의 열분해 반응이 발생하도록 함으로써, 바이오매스와 공기의 반응율을 향상시킬 수 있다.
또한, 각 바이오매스의 영역별 실시간 온도를 고려하여 공기의 유량을 제어함으로써, 생성되는 바이오촤가 연소되어 소실되는 현상을 방지하고 바이오촤 생산량을 증가시킬 수 있다.
또한, 바이오매스의 열분해반응으로부터 발생하는 휘발성 가스의 폐열을 회수하여 재이용함으로써, 전체적인 에너지 활용효율을 향상시킬 수 있다.

본고는 성균관대학교산학협력단 류창국, 이용운의 발표자료를 요약한 것이다.