KR102354455B1 - 버섯 폐배지를 이용한 연료용 펠릿 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지를 이용하여 친환경적이면서 발열량도 우수한 연료용 펠릿을 제조할 수 있도록 건조, 첨가제 포함하는 배합물 형성, 배합물 건조, 1차 성형 및 2 차 성형을 포함하는 버섯 폐배지를 이용한 연료용 펠릿 제조방법을 제공한다.
그에 따라 재 활용성을 극대화할 수 있는 효과와 함께 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량으로 인한 에너지 절약에도 크게 기여할 수 있는 효과는 물론 신 재생에너지로서의 활용가치 높은 효과도 가진다.
그에 따라 재 활용성을 극대화할 수 있는 효과와 함께 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량으로 인한 에너지 절약에도 크게 기여할 수 있는 효과는 물론 신 재생에너지로서의 활용가치 높은 효과도 가진다.
Description
본 발명은 연료용 펠릿 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지를 이용하여 친환경적이면서 발열량도 우수한 연료용 펠릿을 제조하는 버섯 폐배지를 이용한 연료용 펠릿 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 다양한 종류의 버섯을 배양하고 난 후의 폐배지는 연료로서의 재사용 가치가 높음에도 불구하고 대부분이 비료 또는 퇴비제조시 혼합되는 첨가제로만이 사용하는 것이 통상적이다. 또는, 음식물 처리 시 염분 농도를 희석하기 위한 내용물로 혼합되어 사료로 활용되기도 하나, 소화 흡수가 어려워 현실성이 떨어지는 단점을 가진다.
아울러, 버섯 생산량은 웰빙(well-being) 시대를 맞이하여 꾸준히 증가하면서 국내에서만 2011년도에 폐배지의 생산량은 1,500,000톤으로 집계되었다.
본 발명에서는 상기한 막대한 양의 버섯의 폐배지를 이용하여 연료용 펠릿으로 활용하는 기술을 제공한다.
상기한 버섯의 폐배지를 활용하여 연료로서 사용하도록 한 종래의 선행기술에는 대한민국 등록특허공보 제10-1609696호, 대한민국 등록특허공보 제10-1728233호, 대한민국 등록특허공보 제10-1953361호, 대한민국 등록특허공보 제10-2078958호 등에 게시된 바 있다(이하 '선행기술문헌들'이라 한다).
상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 기술적 해결과제는 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지를 이용하여 친환경적이면서 발열량도 우수한 연료용 펠릿을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 구체적인 기술적 해결과제는 더욱더 우수한 발열량을 가질 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명은 버섯 폐배지를 이물질 제거과정을 거쳐 건조기에서 함수율을 20 중량% 이하로 건조하는 단계; 상기 건조된 버섯 폐배지 100 내지 200 중량부 및 첨가제 50 내지 100 중량부를 혼합기에서 혼합하여 배합물로 형성하는 배합단계; 상기 배합물을 분쇄기에서 분말 형태로 가공한 후 교반하면서 열풍가열에 의해 함수율이 2 중량% 이하로 건조하는 배합물 건조단계; 상기 건조된 배합물을 성형기에 투입하여 압축 과정을 통해 발생하는 압축열과 마찰열에 이용하여 건조 및 성형하여 1차 펠릿을 형성하는 1차 성형단계; 및 상기 1차 펠릿을 성형기에 투입하여 고압 압축 과정을 통해 발생하는 압축열과 마찰열을 이용하여 건조 및 성형하여 2차 펠릿을 형성하는 2차 성형단계;를 포함하는 버섯 폐배지를 이용한 연료용 펠릿 제조방법을 제공한다.
또한 상기 첨가제는 숯, 활성탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제1 첨가제, 건조 오니, 건조된 커피슬러지 분말 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제2 첨가제, 접착제, 리그닌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제3 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 첨가제는 상기 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 제3 첨가제를 1:0.2~0.8:0.2~0.8 중량비율로 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 배합단계는 상기 건조된 버섯 폐배지를 120 내지 170 중량부, 상기 첨가제를 70 내지 90 중량부 혼합하는 단계이며, 상기 첨가제는 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 제3 첨가제를 1:0.4~0.6:0.4~0.6 중량비율로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지를 이용하여 친환경적이면서 발열량도 우수한 연료용 펠릿을 제조하는 방법을 제공함으로써, 재 활용성을 극대화할 수 있는 효과와 함께 안정적으로 오랜 시간 높은 발열량으로 인한 에너지 절약에도 크게 기여할 수 있는 효과는 물론 신 재생에너지로서의 활용가치 높은 효과도 가진다.
또한, 더욱더 우수한 발열량을 가질 수 있도록 함으로써, 우수한 화력을 제공할 수 있는 효과도 가진다.
도 1은 본 발명의 버섯 폐배지를 이용한 연료용 펠릿 제조하는 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 버섯 폐배지를 이용한 연료용 펠릿 제조하는 과정을 설명하기 위한 블록도이다.
도시된 바와 같이 발명의 배경이 되는 기술에 기재한 같이 연료로서의 재사용 가치가 높은 다량의 버섯 폐배지를 이용하여 각 분야에서 연소용의 연료로 사용할 수 있는 펠릿을 제조할 수 있는 기술을 제제한다.
본 발명은 다양한 종류의 버섯 배양에 사용이 끝나 버려지는 다량의 폐배지를 이용하여 친환경적이면서 발열량도 우수한 연료용 펠릿을 제조하는 버섯 폐배지는 포함하는 연료용 펠릿 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 버섯 폐배지를 이용하여 연료용 펠릿을 제조하는 바람직한 실시 예는 다음과 같다.
먼저, 수거된 버섯 폐배지에 포함된 각종 이물질, 비닐이나 나뭇가지, 철 등을 통상 컨베이어 벨트 등에 의해 이송하는 과정에서 거름망이나 회전되는 드럼의 외면에 복수 개의 제거 바가 구비되어 이물질을 제거하는 제거기 또는 자석 선별기 등을 사용하여 이물질을 제거한다.
버섯 폐배지 또한 버섯 재배에 따른 수분을 많이 함유하고 있는 관계로 이물질이 제거된 버섯 폐배지를 통상적인 컨베이어 벨트로 이송하는 과정에서 열풍을 공급하여 건조하거나 또는 드럼 형태의 건조기에서 열풍을 공급하여 함수율을 20 중량% 이하로 건조하는 단계를 행한다.
상기 버섯 폐배지를 건조 시 직접 열을 가할 경우, 버섯 폐배지가 탄화될 수 있는 관계로, 간접 열인 열풍 등으로 건조하는 것이 바람직하다. 상기 함수율을 낮추기 위해서는 건조를 포함하여 일반적인 투입물, 일 예로, 고형물이나 톱밥 등과 같은 투입물을 혼합하여 함수율을 낮추어도 무방하다. 이러한 투입물은 펠릿 제조시 성형성과 연소 효율을 더욱더 높일 수 있다.
상기에서, 버섯 폐배지의 수분을 20 중량% 이하로 건조하는 것은 함수율이 높을 경우, 펠릿 형태의 성형성이 저하되는 것을 방지하면서 다른 첨가제와의 혼합 시 수분율을 감안한 것이다.
그런 다음 상기 건조된 버섯 폐배지 및 첨가제를 혼합기에서 혼합하여 배합물로 형성하는 배합단계를 수행한다.
상기 첨가제는 숯, 활성탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제1 첨가제, 건조 오니, 건조된 커피슬러지 분말 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제2 첨가제, 접착제, 리그닌 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제3 첨가제를 포함한다.
상기 리그린은 침엽수나 활엽수 등의 목질부를 구성하는 다양한 구성성분 중에서 지용성 페놀고분자를 의미하는 것으로서, 비균일성(heterogeneous)과 무정형성(amorphous)의 특성을 가진다. 그로 인해 제3 첨가제 중 상기 리그닌을 단독 사용시에는 첨가함량을 조절하여 별도의 접착제와 첨가제 없이도 펠릿의 강도 및 발열량을 조절할 수 있는 특징을 가진다. 상기 리그닌은 더욱 구체적으로 소듐 리그노술포네이트(sodium lignosulfonate) 또는 칼슘 리그노술포네이트(calcium lignosulfonate)를 포함한다.
상기에서, 첨가제는 배합물의 성형성은 물론 강도 보강과 특히 제2 펠릿으로 최종 성형된 후 연소시 열량보강 역할을 함에 따라 연소 효율성이 뛰어남은 물론 우수한 발열량을 가질 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기에서의 배합단계는 상기 건조된 버섯 폐배지 100 내지 200 중량부 및 첨가제 50 내지 100 중량부를 혼합기에서 혼합하여 배합물로 형성하는 단계이다. 상기 첨가제는 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 제3 첨가제를 1:0.2~0.8:0.2~0.8 중량비율로 포함한다.
바람직하게는 상기 건조된 버섯 폐배지를 120 내지 170 중량부, 상기 첨가제를 70 내지 90 중량부 혼합하며, 상기 첨가제는 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 제3 첨가제를 1:0.4~0.6:0.4~0.6 중량비율로 포함하는 것이 좋다.
상기한 중량비율은 제조된 펠릿이 연소하는 과정에서 측정된 우수한 발열량을 갖도록 하기 위함이며, 후술할 실시 예 및 비교 예를 통하여 측정된 발열량을 참고한다.
그리고 나서 상기 배합물을 통상적인 분쇄기에서 성형을 위해 분말 형태로 가공한 후 교반 하면서 열풍가열에 의해 함수율이 2 중량% 이하로 건조하는 배합물 건조단계를 행한다.
상기에서, 배합물을 분말 형태로 가공하는 것은 펠릿 성형 시 우수한 성형성과 함께 취급은 물론 물류를 편리하게 하기 위한 것이다.
또한, 상기 배합물을 교반 하면서 건조하는 것은 함수율을 2 중량% 이하로 단시간 내에 신속하게 건조가 이루어질 수 있도록 하기 위함이며, 분말 형태로 가공됨으로 인해 우수한 성형성을 가질 수 있도록 하기 위한 것이다.
이는 펠릿으로의 성형하기 직전으로 가급적 수분 함유량을 최소화하기 위한 것이며, 수분이 완전히 없을 경우, 성형성이 떨어짐에 따라 소량의 수분을 함유한다.
다음으로, 펠릿으로 성형하기 위한 과정은 1차와 2차로 나누어진다.
먼저, 상기 건조된 배합물을 성형기에 투입하여 압축 과정을 통해 발생하는 100 내지 130℃의 압축열과 마찰열에 이용하여 건조 및 성형하여 1차 펠릿을 형성하는 1차 성형단계를 행한다.
이러한 1차 성형단계는 펠릿을 성형하기 위한 1차적인 임시 성형과정으로, 펠릿 형태의 모양을 갖추면서 그 배합물에 포함된 일부의 수분이 증발된다. 이때, 1차 성형된 펠릿은 후술하는 2차 성형 펠릿에 비해 무른 상태이다.
이렇게, 1차 펠릿이 성형 되면, 상기 1차 펠릿을 성형기에 다시 투입하여 고압 압축 과정을 통해 발생하는 130 내지 160℃의 압축열과 마찰열을 이용하여 건조 및 성형하여 2차 펠릿을 형성하는 2차 성형단계를 포함한다.
상기에서, 2차 펠릿은 연료용으로 즉시 사용할 수 있는 것으로, 취급시 크랙(crack) 또는 파손을 방지하기 위해 1차 펠릿에 비하여 더 건조하고, 응집이 높아 높은 강도를 가진다.
특히, 160℃에서 고압으로 압축함에 따라 1차 펠릿의 배합물 내의 공기가 완전히 빠짐으로써, 즉 2차 펠릿은 고밀도를 갖도록 성형됨에 따라 장시간 안정적으로 연소가 이루어질 수 있는 조건을 가진다.
<실시 예 및 비교 예>
먼저, 버섯 폐배지를 이물질 제거공정을 거친 후 함수율 20 중량% 이하로 건조시킨 다음 하기 표 1에 나타낸 것과 같은 배합물로 배합하였다. 이 배합물을 분쇄기에서 분말 형태로 가공 후 교반하면서 열풍가열에 의해 함수율이 2 중량% 이하로 건조시키고, 건조된 배합물을 1차 성형 및 2차 성형하여 펠릿을 제조하였다.
| (단위: kg) | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 건조 버섯 폐배지 | 100 | 120 | 170 | 200 | 90 | 210 | 150 | |
| 첨가제 | 숯 | 32 | 20 | - | - | 10 | - | 10 |
| 활성탄 | - | 20 | 40 | 48 | 10 | 20 | 10 | |
| 건조 오니 | 3.2 | - | 9.6 | - | - | 4.8 | 10 | |
| 건조 커피슬러지 분말 | 3.2 | 20 | 10.4 | 32 | 10 | 5.2 | 10 | |
| 접착제 | 12.8 | - | 9.6 | - | 10 | 4.8 | 10 | |
| 소듐 리그노술포네이트 | 6.4 | 10 | 5.2 | 16 | - | 5.2 | 10 | |
| 칼슘 리그노술포네이트 | 6.4 | 10 | 5.2 | |||||
<발열량 측정>
상기 실시 예 및 비교 예에 따라 제조된 펠릿의 단위 중량당 발열량 및 발열시간을 측정하였다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | |
| 발열량(kcal/kg) | 4602 | 4885 | 4913 | 4218 | 3965 | 3910 | 4011 |
| 발열시간(hr) | 11 | 12 | 12 | 11 | 10 | 10 | 8 |
상기 표 2에 나타난 것과 같이 실시 예에 따른 펠릿이 비교 예에 비하여 발열량이 높고 발열시간이 긴 것을 확인할 수 있으며, 특히 실시 예 2 및 3에 따른 펠릿의 발열량 및 발열시간이 우수한 것을 확인할 수 있다.
이로써, 본 발명은 복잡한 공정을 거치지 않고도 버섯 폐배지를 이용하여 우수한 발열량을 가지는 펠릿을 제공할 수 있다.
Claims (2)
- 버섯 폐배지를 이물질 제거과정을 거쳐 건조기에서 함수율을 20 중량% 이하로 건조하는 단계;
상기 건조된 버섯 폐배지 100 내지 200 중량부 및 첨가제 50 내지 100 중량부를 혼합기에서 혼합하여 배합물로 형성하는 배합단계;
상기 배합물을 분쇄기에서 분말 형태로 가공한 후 교반하면서 열풍가열에 의해 함수율이 2 중량% 이하로 건조하는 배합물 건조단계;
상기 건조된 배합물을 성형기에 투입하여 압축 과정을 통해 발생하는 압축열과 마찰열에 이용하여 건조 및 성형하여 1차 펠릿을 형성하는 1차 성형단계; 및
상기 1차 펠릿을 성형기에 투입하여 고압 압축 과정을 통해 발생하는 압축열과 마찰열을 이용하여 건조 및 성형하여 2차 펠릿을 형성하는 2차 성형단계;를 포함하고,
상기 첨가제는 숯, 활성탄 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제1 첨가제, 건조 오니, 건조된 커피슬러지 분말 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 제2 첨가제 및 리그닌을 포함하는 제3 첨가제를 포함하며,
상기 리그닌은 소듐 리그노술포네이트(sodium lignosulfonate) 또는 칼슘 리그노술포네이트(calcium lignosulfonate)를 포함하며,
상기 첨가제는 상기 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 제3 첨가제를 1:0.2~0.8:0.2~0.8 중량비율로 포함하는 버섯 폐배지를 이용한 연료용 펠릿 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 배합단계는 상기 건조된 버섯 폐배지를 120 내지 170 중량부, 상기 첨가제를 70 내지 90 중량부 혼합하는 단계이며,
상기 첨가제는 제1 첨가제, 제2 첨가제 및 제3 첨가제를 1:0.4~0.6:0.4~0.6 중량비율로 포함하는 버섯 폐배지를 이용한 연료용 펠릿 제조방법.
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