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Jun 29, 2023

알코올의 열효율 및 배출 감소 잠재력 평가

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13301(2023) 이 기사 인용 134 측정항목 세부정보 액세스 지금까지 석탄, 석유 및 천연가스가 여전히 가장 널리 사용되는 연료이며,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13301(2023) 이 기사 인용

134 액세스

측정항목 세부정보

지금까지 석탄, 석유, 천연가스는 여전히 가장 널리 사용되는 연료이며, 연소 시 발생하는 SO2, NOX 및 입자상 물질의 배출은 대기에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 청정연료의 개발이 필요하다. 이 연구에서 벌크 양생 축사에는 다양한 연료 장비가 장착되었으며 축사 A는 전통적인 석탄 가열 장비를 사용했습니다. Barn B는 바이오매스 연탄 연료(BBF) 통합 난방 장비를 사용했습니다. 알코올 기반 연료(ABF) 난방 장비를 갖춘 헛간 C. 가열장치 외부표면의 온도, 굴뚝의 배기가스 온도, 경화열효율 및 에너지 소모량을 분석하였다. 헛간 BBF 및 헛간 석탄과 비교하여 헛간 ABF는 68°C의 독감 경화 담배 경화 최고 온도 요구 사항을 충족할 수 있으며, 독감 경화 담배 경화 중 목표 건구 온도(DBT) 곡선의 정확도는 93.4였습니다. %. 동시에 ABF 연소 동안 CO2와 CO의 배출량은 각각 40.82%와 0.19%였다. 그러나 굴뚝 배기가스에서는 NOX, SO2, H2S 배출이 감지되지 않았습니다. 헛간 BBF 및 헛간 석탄과 비교하여 헛간 ABF 가열 장비의 열효율은 각각 44.78% 및 86.28% 증가했습니다. 또한 건조 담배 1kg당 코스트는 각각 19.44%와 45.28% 감소했습니다. 따라서 헛간 석탄 및 헛간 BBF에 비해 헛간 ABF는 온도 변화를보다 정확하게 제어할 수 있으며 환경 보호 및 열 이용 효율성 측면에서 분명한 이점을 보여줍니다.

Flue-cured 담배(FT)는 중국에서 가장 널리 재배되는 담배 유형 중 하나입니다. FT 생산 과정에서 담배 경화(TC)는 여전히 가장 많은 에너지를 소비하는 과정으로, TC1,2,3 생산 과정에서 사용되는 에너지의 80% 이상을 차지합니다. 동시에, 석탄은 여전히 ​​대부분의 FT 생산 지역에서 선호되는 경화 연료이며, 벌크 경화 축사의 95% 이상이 TC에 석탄을 사용합니다. 연간 석탄 소비량이 많아 건조 담배 1kg을 경화하는 데 1.5~2.0kg의 석탄이 소비됩니다. 중국에서는 매년 TC에 약 300만~400만 톤의 석탄이 필요합니다4,5. 그러나 CO2, SO2, NOX 및 입자상 물질을 포함한 배출물은 석탄 연소 중에 크게 배출되어 환경에 심각한 오염을 초래합니다6,7. TC 시즌 동안 20개의 대규모 양생 축사 그룹에서 약 4~5t의 연기와 먼지, 160~220t의 CO2, 3.4~5.6t의 SO2, 1.6~2.8t의 NOX가 배출됩니다8. 연간 TC는 7월부터 9월까지 지속됩니다. 양생 기간 동안 대량 양생 축사 주변에는 다량의 연기와 그을음이 발생하여 주변 작물의 성장과 품질에 큰 부정적인 영향을 미치고 인간과 동물의 건강에 해를 끼치며 만성 위험, 급성 위험, 눈에 보이지 않는 위험9. 그 중 대기 중 관측소가 길고 운송거리가 긴 특성을 지닌 연기와 그을음은 연무를 유발할 수 있다10. 또한, 석탄은 재생 불가능한 자원으로, 석탄 연소 시 연소 부족, 굴뚝의 고온 배기, 느린 온도 상승으로 인해 FT 잎의 품질 저하 등 많은 문제가 있습니다. 따라서 에너지 절약, 환경보호, TC를 위한 청정에너지 도입은 매우 중요한 의미를 갖는다.

알코올 기반 연료(ABF)는 알코올(메탄올 CH3OH, 에탄올 C2H5OH, 부탄올 C4H9OH)을 기반으로 하는 액체 연료의 일종으로 석탄, 석유, 천연가스 등 바이오매스 발효 및 화석연료에서 파생됩니다. 이는 많은 국가에서 새로운 유형의 재생 가능 연료로 인정받고 있습니다11,12,13,14. 석유화학에너지의 점진적 고갈로 인해 ABF는 가장 잠재력이 높은 신대체에너지이다. 농업생산 과정에서 옥수수, 짚, 사탕무 등 바이오매스 자원이 풍부하다. 비곡물 바이오매스를 원료로 사용하는 ABF 합성 기술(합성 가스의 후처리를 통한 발효 또는 가스화 포함)이 개발됨에 따라 바이오매스 ABF 개발이 크게 향상되었습니다15,16,17,18. 따라서 높은 연소열량, 저렴한 가격, 깨끗하고 환경친화적인, 폭넓은 적용범위, 안전성 및 신뢰성 등의 장점을 지닌 ABF는 화석연료를 대체할 새로운 형태의 에너지가 될 것으로 기대된다19. ABF는 석탄, 콜타르, 중유, 경유, 휘발유 및 기타 연료에 비해 연소 과정에서 자체 산소 공급 효과가 있으므로 ABF는 가장 완전히 연소된 연료입니다. ABF의 연소 배출량은 주로 H2O와 CO2이며, 배기가스 배출량은 액화석유가스에 비해 80% 이상 낮습니다. 이는 가장 깨끗하고 환경 친화적이며 미래에 가장 유망한 연료입니다. 현재 ABF는 엔진 연료, 산업용 발전 및 난방에 널리 사용됩니다. 특히, 알코올계 연료는 디젤 및 바이오디젤 연료와 혼합되어 우수한 산업 및 운송용 혼합연료로 사용될 수 있으며, 그 중 부탄올은 디젤로 형성된 혼합연료의 연소상태를 크게 개선할 수 있으며, 온도조절능력 및 CO 및 NOx 배출 감소22. Kilic et al.23은 저부탄올(최대 30%)이 화염관 보일러에서 디젤과 함께 연료로 형성되면 연소 효율이 향상될 수 있으며 이는 배출 감소 및 연소 효율 향상에 긍정적인 전망을 가지고 있음을 보여주었습니다.