폐기 고구마전분박과 무연괴탄을 이용한 혼합 성형탄 제조 기술-
세계적으로 사용되는 대부분의 연료들은 석탄과 석유와 같은 기존에 존재하는 자원에 의존하는 경우가 대부분이다. 하지만 석유의 경우 가채년수가 50년 정도이고 석탄의 경우 역시 200년으로 제한적이다. 석탄과 석유의 효과적인 대체 자원이 존재하지 않는다면 이의 사용을 효율적으로 해야 함은 당연하다. 또한, 석유의 사용에 대한 위기감으로 인한 석탄 사용량의 증가는 석탄의 효율적 이용에의 필요성을 높이고 있다. 이에 본 개발 기술은 폐기물로 버려지고 있는 고구마박과 무연괴탄을 이용하여 혼합 성형탄을 제조함으로써 폐기고구마박의 처리를 경제적이고 환경 친화적으로 해결함과 동시에 무연괴탄의 소비를 대폭 절감하는 효과 및 수입의존에 의한 외화절약 등의 많은 문제점을 해결할 수 있을 것이라 기대하고 있다. 생물고분자인 고구마 박은 우리나라의 제주도 및 남해 서도지역에서 대량으로 폐기 처분 되어 지고 있다. 제주도는 기후, 해풍, 건조장의 조건 등이 전분산업에 적합하여 전국 수요의 90% 이상이 생산 되어 지고 있다. 제주도 전분 공장은 96년에 20개, 2000년에 15개, 2007년도에 5개로 줄어들었다. 전분업계는 최근 제주산 고구마의 생산 감소로 인해 원가상승 요인을 안고 있으며, 노동비의 상승과 함께 제주지역의 환경보전을 위한 공장용수의 처리와 전분박의 처리비용까지 부가되어 경제 내적, 경제 외적인 비용 상승 요인이 동시에 발생하고 있다. 고구마전분은 부산물로 전분박이 21,450톤이 생산된다. 이로 인한 고구마 전분박의 일부는 가축 사료로 재활용되지만 대부분은 지상 매립되어 폐기처분되는 실정이다. 이러한 고구마 전분박은 98 중량% 이상이 섬유질로 구성되어 연소시 약 3,600-4,000 ㎉/㎏의 열량을 발생할 수 있으나 연료로 활용하기에는 열량이 부족하다는 문제점이 있다. 고구마 전분산업의 부산물인 전분박의 처리 방법의 주를 이루는 토양매립과 해양투기는 토지이용의 불합리화 및 환경오염의 주요원인이 되고 있으므로 제주도의 현안 문제점으로 대두 되고 있다. 일반적으로 종래 성형탄은 국내 탄과 석유정제의 부산물인 코르타일 등을 일정 비율로 혼합하여 성형 건조한 것으로, 그 열량이 약 8,500kcal/kg 정도로 매우 높다. 그러나 종래 성형탄의 경우에는 유황분 함량이 6.6%로 매우 높고, 높은 화염온도로 인해 보일러의 화구 및 화실이 쉽게 산화되는 문제점이 있다. 이에 따라 종래 성형탄을 이용하는 보일러의 경우 높은 화염온도에서도 견딜 수 있도록 제작해야 하기 때문에, 그 제조비용이 상당한 단점이 있다. ▣ 경제 · 산업적 측면 : 고구마 전분 제조과정 중 전체중량의 33%의 전분박이 부산물로 생산되며 처리 방법으로는 제주도의 폐기물처리업체에 의하여 토양매립, 해양투기 및 사료로 처리되고 있다. 이러한 처리방법은 처리비용만 톤당 3만원에서 5만원으로 연간 6억 원에서 11억 원에 이르는 막대한 경비를 중소기업체에서 부담해야하기 때문에, 경제적인 문제뿐만 아니라 토양매립에 따른 활용토지의 부족 및 해양 투기와 보관과정 중 부패에 따른 환경오염 문제가 대두되고 있다. 세계는 고유가 시대에 대체에너지를 개발하는데 힘쓰고 있다. 그러나 대체에너지는 아직 제 기능을 수행하지 못하고 있다. 그리고 산업체 연료를 대체에너지로 대량 전환하는 것은 현 시점에서는 불가능하다. 국내에서 대체에너지가 차지하는 비율은 1차 에너지 총 공급량의 약 1.2%에 불과하며 대체에너지 중 폐기물 에너지가 90%이상을 차지하고 있으며, 원유가격이 40달러 이상인 상황에서도 대체에너지가 경제성이 없다는 것은 대체에너지 개발이 화석연료를 대체하기 위한 수단으로 한계가 있음을 나타낸다. ▣ 사회 · 문화적 측면 : 제주도는 청정해역과 천혜의 관광자원으로 국제적 관광지로 급부상하고 있다. 또한 제주도는 기후와 토질 등이 고구마, 선인장, 감자, 당근 등의 농산물 생산에 적합하며 특히 고구마 전분 수용의 90%이상을 제주도에서 생산되고 있다. 이에 반하여 고구마 전분산업의 부산물인 전분박의 처리방법인 토양 매립과 해양투기는 토지이용의 불합리화 및 환경오염에 주요원인이 되고 있으므로 제주도의 현안 문제점으로 대두 되고 있으며 석탄 역시 석탄이 연소 시 배출물질과 수송 저장시의 비산먼지, 외관상의 문제와 기후협약과 관련하여 석탄 사용 시 온실가스(이산화탄소) 배출과 탄소세 부과를 문제 삼는 환경론자도 있다. 이러한 문제점을 환경 친화적으로 해결하기 위한 획기적인 방법의 모색이 매우 절실하다. 이러한 문제점을 환경 친화적으로 해결하기 위하여 고구마전분박과 무연괴탄을 이용한 대량의 혼합 성형탄을 제조함으로써 부산물을 재활용하고 환경오염을 막을 수 있을 것으로 사료 된다.
본 기술은 고구마 전분박을 압착 탈수하여 형성되는 함수율 40%의 고구마 전분박 30~50중량%와, 무연괴탄을 분쇄하고 100메쉬로 분말화 하여 형성되는 함수율 30%의 무연괴탄 분말 50~70중량%를 혼합 교반하고, 상기 혼합물을 일정한 크기의 괴상으로 성형하고 20%의 함수율로 건조하여 구성되어 가정용, 산업용으로 활용 가능한 5,000~6,000 kcal/kg의 열량을 지닌 혼합성형탄을 제조하는 기술이다. 더욱 상세하게는 고구마 전분박과 무연괴탄을 이용한 혼합성형탄의 제조 기술로써 고구마 전분의 제조 과정에서 부산물로 발생하는 고구마 전분박을 압착 탈수하여 함수율 40 %의 고구마 전분박을 형성하는 과정과, 무연괴탄을 100 메쉬로 분쇄하여 함수율 30 %의 무연괴탄 분말을 형성하는 과정과, 상기 고구마 전분박 30 ∼ 50 중량%와 상기 무연괴탄 분말 50 ∼ 70 중량%를 혼합 교반하여 혼합물을 형성하는 과정과, 상기 혼합물을 일정한 크기의 괴상 형태로 성형하는 과정과, 상기 성형물을 함수율 20 %가 되도록 건조하는 과정으로 구성되는 특징이 있다. 고구마 전분박과 무연괴탄 분말을 일정한 중량비로 혼합 교반하고 성형하는 과정을 거쳐서 혼합성형탄을 구성하는데, 고구마 전분박의 열량은 3,600 ∼ 4,000 ㎉/㎏이며 무연괴탄의 열량은 6,000 ∼ 8,000 ㎉/㎏이므로 고구마 전분박 30 ∼ 50 중량%와 무연괴탄 분말 50 ∼ 70 중량%를 혼합 교반하고 성형하여 가정용, 산업용으로 활용 가능한 열량인 5,000 ∼ 6,000 ㎉/㎏의 혼합성형탄을 구성하는데, 혼합성형탄의 연소 효율이나 경제성을 고려하여 고구마 전분박 40 중량%와 무연괴탄 분말 60 중량%를 혼합 교반하고 성형하여 무연갈탄과 비슷한 열량을 지닌 혼합성형탄을 구성하는 것이 바람직하다. 고구마 전분의 제조 과정에서 부산물로 발생하는 고구마 전분박은 함수율이 60 ∼ 70 %이며, 이러한 고함수율의 고구마 전분박을 압착 탈수하여 함수율이 40 %인 고구마 전분박을 형성한다. 고구마 전분박의 함수율이 40 %를 초과하면 상기 고구마 전분박이 부패되기 쉽고, 고구마 전분박의 함수율이 40 % 미만이면 상기 고구마 전분박의 덩어리가 형성되어 무연괴탄 분말과 혼합하고 압착 성형하는 것이 곤란해진다. 무연괴탄을 100 메쉬로 분쇄하여 함수율 30 %의 무연괴탄 분말을 형성한다. 무연괴탄 분말이 미세할수록 상기 무연괴탄 분말과 고구마 전분박이 용이하고 균일하게 혼합되므로, 무연괴탄을 분쇄하고 분쇄된 무연괴탄 분말을 100 메쉬로 체질하여 미세한 무연괴탄 분말을 형성한다. 상기와 같이 형성된 고구마 전분박 30 ∼ 50 중량%와 무연괴탄 분말 50 ∼ 70 중량%를 혼합하고 교반하여 상기 고구마 전분박과 무연괴탄 분말의 혼합물을 형성한다. 상기와 같이 형성된 혼합물의 보관 및 취급이 용이하도록 상기 혼합물을 일정한 크기의 괴상 형태로 성형하여 성형물을 형성한다. 상기 성형물을 함수율 20 %가 되도록 건조하여 혼합성형탄을 완성한다. 혼합성형탄의 함수율이 20 %를 초과하면 상기 혼합성형탄이 불완전 연소되기 쉽고, 혼합성형탄의 함수율이 20 % 미만이면 상기 혼합성형탄의 보관 및 취급시 상기 혼합성형탄이 부스러지기 쉽다.
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