자연적인 양성, 재활용 기반 사회를 만듭니다! 발전 유형 바카라 룰 숯 생산 기술

Baba Muneaki, Baba Muneaki, Baba Muneaki, 국립 고급 산업 과학 기술 연구소 (이하 "AIST"), 바카라 커뮤니티 (이하 AIST "), Imazato Kazuki, 제로 국제 공동 연구 센터, Yamamoto Jun, Imamoto Jun, Imamoto Jun, Imamoto Jun, 이사회 (Imazato Kazuki), 국제 공동 연구 센터 (Imazato Kazuki), 국제 연구원으로 언급) 바이오 매스 탄화 용광로와 열전 전환 장치 및 열 단열재를 결합하여 연구 팀장 인 타카오 (Takao)와 최고 연구원 인 오타 미치 리로 (Ota Michihiro)Biochar폐열을 동시에 회수하고 전기 생성하면서 생산성 향상coproduction시스템 설계 개념을 확립했습니다

Biochar는 대기 중에 공동입니다₂오랫동안 고정 할 수 있습니다부정적인 배출그것은 기술입니다,탄소 중립의 실현에 기여합니다 전통적인 소규모 바카라 룰 숯 생산 시설 (기화로)에서 탄화 중 폐열은 효과적으로 활용되지 않았으며 대기로 방출되었습니다 바카라 룰 숯 생산성을 향상시키면서 폐열을 효과적으로 활용하려면 탄산 용광로 내부의 열을 올바르게 관리하는 것이 중요합니다

이번에는 작은 탄화 용광로를 열전 전환 장치와 열 단열재와 결합하여 Biochar의 생산성을 높이고 폐 열을 사용하여 전기를 생성합니다제로 배출 전원 공급 장치실현 될 수 있습니다 이 추정치는 전원이 8 시간 동안 1093kg의 목재에서 Biochar를 생산한다고 가정하면 74kWh의 전기를 회수 할 수 있음을 보여줍니다 이 양의 전기 생성은 약 90 개의 LED 전구 (100 W 유형)의 동시에 조명 및 2-3 공기 공급 송풍기의 작동과 동일합니다 이 독립적 인 전원 공급량 용량은 전력 인프라를 개발하기 어려운 산악 지역에서 사용될 것으로 예상 될 때 큰 의미가 있습니다 또한,이 시스템에 의해 생성 된 바카라 룰 숯은 916kg CO₂장기적으로 일본 전역에서미사용 바카라 룰 매스를 효과적으로 사용함으로써 그리고 동시에 지역 분산 에너지 생산 및 탄소 격리를 달성함으로써 지속 가능한 지역 순환 생태계를 구축 할 것입니다자연 긍정적이니셔티브 홍보에 기여합니다

2050 년까지 온실 가스 배출이없는 탄소 중립 사회 실현을 향해, CO₂Biochar는 대기의 식물에 흡수 된 공동입니다₂| 오랜 기간 동안 고정 될 수 있으므로 효과적인 음성 방출 기술 중 하나입니다 그러나, 기존의 탄화로에서, 탄화 동안 열의 효과적인 사용은 충분하지 않았으며, 폐열은 효과적으로 이용되지 않았으며 낭비 된 열은 대기로 방출되었다

일본의 산림 자원을 효과적으로 사용하는 것도 문제가됩니다 산림은 일본 땅의 약 70%를 차지합니다 이들 중 약 40%는 인공 산림이며 산림 자원은 매년 약 6 천만 M이며 주로 인공 산림³증가^*1매년 약 970 만 톤의 산림 자원이 얇아 지거나 주된 절단 후에 제거되지 않은 산림 잔류 물이며, 그 중 약 71%는 숲에 사용되지 않습니다^*2이 미사용 재료는 바카라 룰 매스 자원으로서 큰 잠재력을 가지고 있지만 높은 수집 및 운송 비용으로 인해 활용도가 진행되지 않았습니다 또한 전기 인프라가 잘 확립되지 않은 지역에서 제품의 사용을 고려할 때 독립 전원 공급원을 확보하는 것이 중요한 문제가되었습니다

AIST Zero Emissions International Collaborative Research Center는 현재 열전 전환 재료의 성능을 향상시키기 위해 연구 및 개발을 수행하고 있으며 열전 전환 모듈의 전력 생성을위한 평가 기술, 바카라 룰 카본화 용광로에 적용되는 예열전 발전우리는 기술 설치를 고려하고 있습니다 또한 에너지 절약 연구 부서는 산업 및 운송 부문에서 사용하지 않는 열을 활용하기위한 기술을 개발했습니다

탄소 중립성을 향해, 우리는 열전 발전 기술을 적용하여 새로운 가치를 창출하는 것을 목표로하는 바카라 룰 숯 생산 공정에서 전기로 폐 열을 전기로 변환하는 새로운 시스템을 제안했습니다

이번에 개발 된 기술은 작은 탄화 용광로와 열전 전환 장치 및 열 단열재를 결합하여 동시에 바카라 룰 숯을 생성하고 폐열을 생성하는 것이 포함됩니다 (그림 1) 전통적인 탄화 용광로에서, 몇 시간이 걸리는 탄화 과정에서 폐열이 생성 된 폐 열이 대기로 방출되었지만,이 기술에서는 용광로 벽에 설치된 열전 전환 장치 가이 열을 전기로 변환합니다

열전 변환 장치의 성능은 실험실 규모의 Biomasstove를 사용하여 평가되었습니다 실험에서, 70 mm x 70 mm의 열전 전환 장치를 사용하여 스토브의 표면 온도와 생성 된 전기량 사이의 관계를 조사했습니다 열전 전환 장치는 스토브의 외부 표면에 부착되며 스토브의 반대쪽 표면에서는 외부 공기와 열을 교환하는 데 사용됩니다핀 핀 방열판|로 구성됩니다 첨부된 이 핀 핀 방열판을 채택함으로써 외부 공기와의 열 교환 효율이 크게 향상되어 열전 전환 장치를 통해 흐르는 열량이 증가하여 발전을 증가시킬 수 있습니다 냉각을 위해 자연 공냉식 방열판을 사용하면 팬과 같은 추가 전력이 필요하지 않고 외부 공기와 열을 효율적으로 교환 할 수 있습니다 결과적으로, 스토브의 표면 온도가 181 ℃ 인 경우, 열전 전환 물질에서 약 75 ° C의 온도 차이가 발생하여 14W의 전기를 생성 할 수있게한다 (도 2)

위에서 언급 한 실험실 규모 검증 결과를 기반으로, 우리는 작은 탄화 용광로의 개념적 설계와 열 및 질량 균형 분석을 수행했습니다 열전 전환 장치와 열 절연이없는 기본 모델의 경우, 우리는 이러한 요소가 추가 된 새로운 소형 탄산로 구조를 가정하고 그 효과를 정량적으로 평가했습니다 열전 변환 장치의 성능을 최대화하기 위해 장치의 설치 영역 및 냉각 조건이 최적화되었습니다 구체적으로, 길이가 2m, 너비 및 높이가 2m 인 탄화로 표면의 2m는 2m²에 열전 변환 장치를 설치함으로써 그리고 단열재를 사용하여 나머지 부품을 따뜻하게 유지하면서 바카라 룰 숯 생산성과 발전을위한 최적의 조건을 발견했습니다 바카라 룰 매스 원료로서 건조 된 오크 (일본 오크)를 가정 할 때, 우리는 바카라 룰 매스 재료로서 1,093kg의 오크 오크를 사용하여 500 ~ 1000 ° C의 탄화 처리를 수행 할 때 열 및 재료 균형을 분석했으며, 탄화 처리가 상대적으로 500 ° C에서 비교적 저렴한 온도에서 운반 될 때 바카라 룰 char 생산성이 극대화된다는 것을 발견했습니다 이러한 조건 하에서, 277kg의 바카라 룰 숯을 생산할 수 있으며,이 바카라 룰 숯에 고정 된 탄소의 양은 공동으로 설정할 수 있습니다₂로 변환되면 916kg에 해당합니다 또한, 탄화 과정에서 092kW의 연속 생성이 가능하다는 것이 밝혀졌다 (도 3) 이 발전량은 약 90 개의 LED 전구 (100W 유형)를 동시에 조명하거나 2 ~ 3 개의 공기 공급 송풍기를 작동시켜 전원을 공급할 수 있습니다 이 분석 방법에 따르면, 절연 구조가없는 기본 모델을 갖는 작은 탄산화 용광로는 열 손실이 크고 189kg의 원료는 연소를 위해 충전되어야하며, 바카라 룰 숯으로 고정 된 탄소의 양은 입력 된 바카라 룰 매스의 양에 기초한 CO의 양₂(CO₂고정 비율)는 770%였습니다 이 기술을 사용하면 단열재의 영향으로 인해 연소 원료를 928kg으로 줄일 수 있으므로 탄화 공정 중에 연속 발전이 수행 되더라도 CO₂고정 비율은 838%로 추정되었습니다

이 기술의 장점은 소규모로도 매우 효율적인 작동을 허용한다는 것입니다 대규모 탄화 용광로와 달리이 시스템은 길이, 너비 및 높이가 2m로 설계되었으며 4 톤 트럭으로 운반 할 수 있습니다 전형적인 탄화 공정에는 5 ~ 10 시간 동안 바카라 룰 숯 생산이 포함되므로 이번에는 평균 8 시간을 사용하여 분석을 수행했습니다 열전 전환 장치는 8 시간 동안 092kW의 전기로 안정적으로 생성 될 수 있으며, 이로 인해 탄화가 필요하므로 총 74kWh의 전기가 발생합니다 이를 통해 그리드 전력을 사용할 수없는 산악 지역에서 도입 할 수 있으며, 현지에서 생산 및 소비함으로써 우리는이 지역에서 사용되지 않는 바카라 룰 매스를 사용하는 분산 된 에너지 생산 시스템을 만들 것으로 기대할 수 있습니다 또한,이 시스템에서 생산 된 바카라 룰 숯은 토양 개선 물질로서 효과적 일 수 있습니다 바카라 룰 숯의 다공성 구조는 토양의 수분 유지 능력을 향상시키고 영양소를 유지하는 데 도움이됩니다 이 기술의 도입을 통해 적절한 양의 바카라 룰 숯을 사용하면 각 지역의 농업 토지의 생산성을 향상시키고 생물 다양성을 홍보하여 자연적인 양성 이니셔티브로 이어질 것입니다

이 기술은 사용되지 않는 바카라 룰 매스의 효과적인 사용, 분산 에너지 생산, 탄소의 장기 고정 및 토양 개선을 통한 농업 토지 생산성 향상을 통해 지속 가능한 사회의 실현에 기여합니다 특히 산림 자원이 풍부하고 지리적으로 분산 된 일본과 같은 국가에서는 탄소 격리를 통한 지역 에너지 자급 자족과 기후 변화 대책을 개선 할 수 있습니다

이번에는 바카라 룰 매스를 운반하고 동시에 전기를 생성하는 시스템의 설계 개념을 기반으로 열전 전환 장치의 실험실 규모 테스트를 수행 한 다음 열전 전환 장치의 새로운 구조를 가정하기 위해 수치 분석을 수행하여 열 질식을 정량화하여 효과적으로 정규화합니다

이제 AIST가 개발 한 고성능 열전 전기 변환 모듈을 도입 할 것입니다^{*3, 4}를 사용하여, 우리는 성능을 더욱 향상시키고 실제 산림 잔류 물을 사용하여 다양한 바카라 룰 매스 원자재 및 환경 조건에서 성능을 평가하는 데 시연 실험을 수행하는 것을 목표로합니다 또한 제품의 크기와 무게를 줄이고, 이식성을 높이며, 더 많은 지역에서 도입 될 수있는 시스템을 실현하는 것을 목표로합니다 또한, 우리는 생성 된 바카라 룰 숯의 토양 개선 효과와 장기 탄소 저장 용량에 대한 연구를 수행하고 환경에 대한 전반적인 기여를 평가할 것입니다 2030 년 사회 구현을 준비하기 위해, 우리는 실험실 규모의 개념 증명 수준에서 척도를 확장하고 개념 실험 증명을 수행 할 계획입니다 앞으로, 우리는이 기술을 기반으로 지역 재활용 에너지 및 재료 시스템을 구축하여 지속 가능한 사회의 실현에 기여할 것입니다

게시 된 잡지 :에너지 변환 및 관리 : X
종이 제목 : 바카라 룰 숯 및 전기 공동 생산을위한 열분해 반응기의 열전 장치 통합
저자 : Soumei Baba, Kazuki Imasato, Atsushi Yamamoto, Takao Ishida, Michihiro Ohta
doi :https : //doiorg/101016/jecmx2024100725

발명 이름 : "파워 발전기"
응용 프로그램 번호 : JP2024-047207
게시 : 2024 년 4 월 5 일

Biochar

이것은 산소가 거의없는 상태의 식물과 같은 살아있는 유기체의 가열 물질로 생산되는 숯입니다 장기 분해가 특징이므로 토양 개선 및 탄소 저장에 사용되며 기후 변화 대책에 유용합니다 Biochar의 생산 및 활용은 대기의 CO입니다₂를 효과적으로 감소시키는 "부정 방출 기술"중 하나로 관심을 끌고 있습니다 이것은 식물이 성장 과정에서 대기에서 흡수 된 CO입니다₂오랫동안 바카라 룰 숯으로 고정 될 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

Coproduction

여러 제품과 값을 동시에 생산하는 프로세스 및 개념 에너지 분야에서 이것은 하나의 생산 공정에서 다중 에너지 형태와 자원이 동시에 생산된다는 것을 의미합니다 또한 산업 및 농업과 같은 분야에도 적용되었으며 순환 경제를 실현하는 데 중요한 접근법 중 하나로 관심을 끌고 있습니다[참조로 돌아 가기]

부정적인 배출

Air Co₂15721_15763 | 배출량을 줄일뿐만 아니라 실제로 대기에서 나온 것입니다₂를 제거하려고합니다 기후 변화와 싸우기위한 새로운 이니셔티브가 될 것으로 예상됩니다[참조로 돌아 가기]

탄소 중립

인간 활동에서 CO₂0으로 예를 들어, CO는 산업 활동에서 방출₂산림 흡수 및 기술 회복으로 상쇄됩니다 많은 국가와 기업들이 지구 온난화와 싸우기위한 목표를 설정했습니다 완전히 제로 배출이 어렵 기 때문에 배출량과 흡수의 균형을 잡는 것을 목표로합니다[참조로 돌아 가기]

제로 배출 전원 공급 장치

발전 공정 동안 온실 가스 나 유해 물질을 방출하지 않거나 매우 적은 양의 전기를 방출하는 전원 공급원을 말합니다 이 연구에서, 우리는 바카라 룰 매스의 탄화 중에 발생하는 폐 열이 열전 전환 장치를 사용하여 전기로 전환되는 시스템을 언급합니다 전기는 대기로 일반적으로 방출되는 폐 열을 효과적으로 활용하여 생성되므로 추가 연료 나 배출량을 생성하지 않고 전력을 얻을 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

미사용 바카라 룰 매스

현재 사용되지 않은 식물이나 동물에서 파생 된 자원 예를 들어, 쌀 빨대와 얇은 목재 이들은 연료와 재료로 사용될 가능성이 있으며 새로운 자원으로 관심을 끌고 있습니다[참조로 돌아 가기]

자연 긍정적

자연 환경을 적극적으로 복원하고 개선하려는 노력이나 사고 방식 목표는 자연 파괴를 예방할뿐만 아니라 생물 다양성을 높이고 생태계 기능을 향상시키는 것입니다 여기에는 재조림 및 지속 가능한 농업이 포함됩니다 환경 보호의 새로운 목표로 전 세계적으로 관심을 끌고 있습니다[참조로 돌아 가기]

열전 발전

솔리드 스테이트 반도체 장치를 사용하여 열을 전기로 직접 변환하는 발전 기술 열전 전환 재료의 두 끝 사이의 온도 차이를 생성함으로써, 재료 내부의 전자 및 구멍은 전기를 생성합니다 이 기술은 사용하지 않는 열 에너지를 효과적으로 사용하는 데 유용합니다[참조로 돌아 가기]

핀 핀 방열판

열을 효율적으로 소산하기위한 장치이며, 많은 핀 모양의 핀 (돌출부)이 기판에서 상승하는 구조를 가지고 있습니다 열전도율이 높은 알루미늄과 구리로 제작 된이 제품은 전자 장치와 열 발생 부품을 냉각시키는 데 널리 사용됩니다 핀 모양의 핀은 공기와의 접촉 영역을 크게 증가시켜 자연 대류로 인한 냉각 효과를 증가시킵니다 팬의 전원이 필요하지 않은 조용하고 안정적인 냉각 방법입니다[참조로 돌아 가기]

1. 현재 산림 자원 상태 (임업 기관, 2022 년 3 월 31 일)
2. 바카라 룰 매스 이용 증진을위한 기본 계획 (3)
3. Aisotech Press 발표"전환 효율이 11%인 열전 전환 모듈 개발"(2015 년 11 월 26 일)
4. AIST Press 발표"캐스케이드 열전 전환 모듈로 12% 효율성 달성"(2018 년 5 월 22 일)