KR20150023187A - 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 활용한 연료용 펠릿 제조방법 - Google Patents

버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 활용한 연료용 펠릿 제조방법 Download PDF

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Abstract

이 발명은 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법에 대한 것이다. 이 발명에 따라 버섯재배용으로 사용되어 리그닌 함량이 감소한 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법은, 펠릿의 발열량을 소정값 이상으로 유지할 수 있는 만큼 분쇄된 폐배지 또는 폐목재에 리그닌을 첨가하는 단계; 상기 리그닌이 첨가된 폐배지 또는 폐목재를 가열압축하여 펠릿을 성형하는 단계; 및 상기 성형된 펠릿을 건조하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 활용한 연료용 펠릿 제조방법{A method for manufacturing pellets for fuel using dis-used badges or logs after cultivation of mushrooms}
이 발명은 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 활용한 연료용 펠릿 제조방법에 대한 것이며, 특히 폐자원의 재활용에 대한 기술로서 사회 전체적으로 쓰임새가 매우 큰 기술 가운데 하나이다. 오늘날 원목으로 버섯을 재배하기도 하지만 요근래엔 주로 톱밥을 이용해서 버섯 배지를 만들어 버섯을 재배하는 것으로 전국적으로 생산량의 80%를 차지한다. 그렇지만 그동안 국내에서는 다 쓰고 난 귀중한 자원인 폐배지 또는 폐목재를 대부분 논, 밭의 거름(퇴비)으로만 썼고, 수많은 농가가 활용을 잘하지 못하여서 이를 활용하는 기술을 창안한 것이 이 발명의 핵심기술분야이다.
버섯재배를 위하여 사용되고 난 후의 폐배지 및 폐목재는 연료로서의 재활용가치가 높음에도 그동안 이들이 비료 또는 퇴비제조 시 혼합되는 등 낮은 부가가치를 창출하는 데에만 활용되고 있었다. 또는 음식물 처리 시 염분농도를 희석하기 위한 내용물로 혼합되어 사료로 활용되나, 소화흡수가 어렵기 때문에 현실성이 없는 상황이다. 버섯생산량은 참 살이(Well being)시대 이후 꾸준한 증가를 보이고 있으며 폐배지 생산량은 한국 안에서만도 2011년 1,500,000톤으로 집계되고 있다.
이 발명에서는 버섯재배용 폐배지 또는 폐목재를 활용하여 펠릿연료로 활용하는 기술에 관한 것으로서 버섯의 리그닌 분해효소인 라카아제에 의해 분해된 리그닌을 첨가하여 접착제로 사용함과 동시에 발열량을 향상시킨 연료를 제조한다.
이 발명과 관련되는 선행기술 가운데 하나는 황보기철의 한국 공개특허 10-2011-0121485호(2011년 11월 7일 공개) "옥수수 속대를 이용한 연료펠릿의 제조방법 및 그 조성물"이 있다. 다른 선행기술은 산림조합중앙회의 한국특허 10-1007651호(2011년 1월 5일 등록) "목질원료 및 목재를 이용한 연료용 펠릿 및 그 제조방법"이 있다. 또 다른 선행기술은 천호산업 주식회사의 한국특허 10-1255114호(2013년 4월 10일 등록) "톱밥을 이용한 펠릿타입의 신재생연료 및 그 생산시스템과 생산방법"이 있다. 위 세 가지 선행기술은 모두 연료용 펠릿에 대한 기술을 제공하고 있다. 하지만 버섯을 재배하고 난 후의 폐배지를 이용하여 펠릿을 만드는 이 발명과 같은 내용에 대해서는 이들 가운데 어느 것도 가르쳐주고 있지 아니하다.
버섯재배 후 얻어지는 폐배지 또는 폐목재는 리그닌의 함량이 감소하여 발열량이 약 4,300kcal/kg으로 연료로 사용하기엔 발열량이 부족하며 펠릿성형 시 접착력이 떨어지는 단점이 있다. 폐배지나 폐목재는 버섯 균사체에 감염 시 버섯에서 분비되는 라카아제(laccase)라는 효소에 의해 리그닌(lignin)이 분해되어 셀룰로스(Cellulose) 등의 분해가 진행된다. 이 발명에서는 건축자재인 시멘트의 혼화제로 사용되는 리그닌을 폐배지 또는 폐목재에 혼합하여 펠릿의 발열량을 향상시키고 펠릿 성형 시 접착제역할을 할 수 있도록 함으로써 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 활용한 연료용 펠릿을 제조하는 방법에 대한 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명의 다른 목적과 장점은 아래 기재된 발명의 상세한 설명을 읽고 첨부된 도면을 참조하면 더욱 명백해질 것이다.
이 발명에 따른, 버섯재배용으로 사용되어 리그닌 함량이 감소한 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법의 바람직한 일 실시예는,
펠릿의 발열량을 소정값 이상으로 유지할 수 있는 만큼 분쇄된 폐배지 또는 폐목재에 리그닌을 첨가하는 단계;
상기 리그닌이 첨가된 폐배지 또는 폐목재를 가열압축하여 펠릿을 성형하는 단계; 및
상기 성형된 펠릿을 건조하는 단계;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이 실시예에서, 상기 리그닌을 첨가하는 방법은, 리그닌이 녹아 있는 수용액을 폐배지에 스프레이 방식 또는 점적 방식으로 혼합하여 폐배지의 적정수분 함량을 맞춰주는 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 상기 제조되는 펠릿의 발열량은 4,500kcal/kg 이상인 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 상기 첨가되는 리그닌은 액상 리그닌이며 sodium lignosulfonate 또는 calcium lignosulfonate로 고형분 함량이 50 ~ 60 중량부인 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 고분자구조의 리그닌이 첨가될 경우 상기 리그닌이 다량의 고형분으로 폐목재 또는 폐목분과 혼합되거나 펠릿 제형시에 발생하는 큰 규모의 에너지 소모를 보완하기 위해 액상 리그닌을 희석하여 펠릿의 적정강도와 발열량을 조절하는 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 상기 액상 리그닌의 희석시 액상 리그닌을 10배 희석하는 것이 바람직하다.
이 실시예에서, 폐배지 또는 폐목재의 부숙 상태에 따라 리그닌의 첨가함량을 조절하여 별도의 접착제와 첨가제 없이 펠릿의 강도 및 발열량을 조절하는 것이 바람직하다.
이 발명에서는 펠릿연료로서 갖춰야 하는 조건 중 하나인 잔류 회분의 양은 리그닌이 가장 작은 양을 보이므로 추가 혼합 시 회분량의 변화에 문제가 되지 않으며, 리그닌은 열분해 시 발열반응으로 진행되므로 높은 발열량을 확보할 수 있으며, 가열압축에 의한 펠릿성형 시 리그닌은 접착제로 작용하여 강도 높은 펠릿을 제조할 수 있다.
도 1은 이 발명에 따른 버섯재배용 폐배지를 활용한 연료용 펠릿 제조방법의 바람직한 일 실시예의 흐름도.
< 용어 정의 >
- 라카아제: 라카아제는 산화효소로서 페놀류와 산소분자를 기질로 사용하며 페놀을 주로 산화한다. 이 효소는 p-디페놀산화효소라고도 한다. 이 효소는 옻나무의 수액(樹液) 속에서 옻을 산화시키고 경화(硬化)하는 효소로서 발견되었으며 이후로 식물, 곤충, 박테리아 및 곰팡이에서도 추출되었다. 이 효소는 구리단백질의 일종으로 청색을 띤다. 분자량 약 12만, 구리 4분자를 함유하며 CN-로 전해된다. 옻의 액즙 속에서 이 효소에 의해 산화되어 흑색 색소가 되는 물질은 우루시올 ·히드로우루시올 등이 있다.
- 리그닌: 리그닌은 침엽수나 활엽수 등의 목질부를 구성하는 다양한 구성성분 중에서 지용성 페놀고분자를 의미한다. 리그닌은 라틴어인 "lignum(목재 또는 나무)"이라는 용어에서 유래하였다. 리그닌은 비균일성(heterogeneous)과 무정형성(amorphous)의 특성을 갖는다.
- 셀룰로스: 셀룰로스는 β-D-글루코스가 β-글루코시드결합(1-4 글루코시드결합)을 통해 중합체를 이룬 다당류다. 셀룰로스는 식물 세포벽의 주 구성성분으로 지구상에서 가장 흔한 유기화합물이며 식물은 해마다
Figure pat00001
의 셀룰로스를 만들어내는데, 이는 지구상의 유기화합물 중 가장 많은 양이다.또한 식물에서 셀룰로스는 전체 질량의 약 33%를 차지한다.
- 혼화재: 혼화재란 포졸란과 같이 그 사용량이 비교적 많아서 그 자체의 부피가 콘크리트 배합계산에 관계되는 것을 말한다. 일반적으로 사용량이 시멘트 무게의 5%정도 이상의 것을 혼화재라고 한다.
- 혼화제: 혼화제란 AE제나 감수제 등과 같이 그 상용량이 비용적 적어서 그 자체의 부피가 콘크리트 배합설계에 무시되는 것을 말한다. 일반적으로 사용량이 시멘트 무게의 1% 정도 이하의 것을 혼화제라고 한다. 예로서, 리그닌이 혼화제로 사용된다.
< 발명의 상세한 설명 >
이 발명에서는 버섯재배 후 저효율적으로 소모되는 폐배지 또는 폐목재를 고체연료로 제조하기 위하여 갖춰야 할 발열량과 성형성 기능을 부여하기 위하여 리그닌을 첨가제로 사용하는 것을 특징으로 하며 첨가방법으로는 리그닌이 녹아 있는 수용액을 폐배지에 스프레이 방식 또는 점적 방식으로 혼합하여 폐배지의 적정수분 함량을 맞춰주고, 리그닌이 함유하고 있는 다량의 메칠기의 연소로 최저 발열량 4,500kcal/kg을 확보할 수 있으며 리그닌이 갖는 고분자 점액성질로 폐배지 또는 폐목재를 사용하여 제조되는 펠릿의 강도를 향상할 수 있다. 첨가되는 리그닌은 폐배지 또는 폐목재의 혼합 시 스프레이 방식 또는 점적 방식으로 투입되며 이 발명에서 사용한 액상 리그닌은 sodium lignosulfonate 또는 calcium lignosulfonate로 고형분 함량은 50 ~ 60 중량부이다. 리그닌 단량체가 갖는 OH기는 상호작용과 aldehyde/ketone 반응을 통하여 가교를 형성하며, 결합방법에 따라 다양한 고분자구조를 갖는다. 고분자 리그닌이 다량의 고형분으로 폐배지와 혼합되거나 펠릿제형 시에 공정에너지 소모가 크므로 액상 리그닌을 10배 희석하여 펠릿의 적정강도와 발열량을 확보할 수 있다. 이 발명에서 폐배지 또는 폐목재의 부숙상태에 따라 리그닌의 첨가함량을 조절하여 별도의 접착제와 첨가제 없이도 펠릿의 강도 및 발열량을 조절할 수 있는 특징이 있다.
이처럼 이 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 위 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시예에 대해서만 기술하였다. 하지만 이 발명은 위 발명의 상세한 설명에서 언급된 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 이 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이 발명은 펠릿을 생산하여 펠릿을 원료로하는 난방시스템을 사용하는 곳에서 바로 활용할 수 있는 것이어서 산업상 이용 가능성이 크다. 그리고 버섯 재배자들이 막대한 양의 폐배지 또는 폐목재 폐기물을 처리하기 위해 많은 비용을 들여야 했지만, 이를 이용해서 연료를 만들 수 있으므로 자원의 재활용 면에서도 매우 유용한 기술이어서 산업상 매우 우수하고 이용할 가치가 높은 기술이다.

Claims (7)

  1. 버섯재배용으로 사용되어 리그닌 함량이 감소한 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법에서,
    상기 제조방법은,
    펠릿의 발열량을 소정값 이상으로 유지할 수 있는 만큼 분쇄된 폐배지 또는 폐목재에 리그닌을 첨가하는 단계;
    상기 리그닌이 첨가된 폐배지 또는 폐목재를 가열압축하여 펠릿을 성형하는 단계; 및
    상기 성형된 펠릿을 건조하는 단계;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에서, 상기 리그닌을 첨가하는 방법은, 리그닌이 녹아 있는 수용액을 폐배지에 스프레이 방식 또는 점적 방식으로 혼합하여 폐배지 또는 폐목재의 적정수분 함량을 맞춰주는 것을 특징으로 하는, 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법.
  3. 제 1항에서, 상기 제조되는 펠릿의 발열량은 4,500kcal/kg 이상인 것을 특징으로 하는, 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법.
  4. 제 1항에서, 상기 첨가되는 리그닌은 액상 리그닌이며 sodium lignosulfonate 또는 calcium lignosulfonate로 고형분 함량이 50 ~ 60 중량부인 것이 특징인, 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법.
  5. 제 4항에서, 고분자구조의 리그닌이 첨가될 경우 상기 리그닌이 다량의 고형분으로 폐배지 또는 폐목재와 혼합되거나 펠릿 제형시에 발생하는 큰 규모의 에너지 소모를 보완하기 위해 액상 리그닌을 희석하여 펠릿의 적정강도와 발열량을 조절하는 것이 특징인, 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법.
  6. 제 5항에서, 상기 액상 리그닌의 희석시 액상 리그닌을 10배 희석하는 것이 특징인, 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법.
  7. 제 1항에서, 폐배지 또는 폐목재의 부숙 상태에 따라 리그닌의 첨가함량을 조절하여 별도의 접착제와 첨가제 없이 펠릿의 강도 및 발열량을 조절하는 것이 특징인, 버섯재배 후의 폐배지 또는 폐목재를 이용하여 펠릿연료를 제조하는 방법.



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