버섯 폐골목으로 제조된 바이오차의 특성 분석 및 산처리를 통한 에너지 수확 장치로서의 성능분석

황현오1*, 최준원1,2

(1서울대학교 국제농업기술대학원, 2서울대학교 그린바이오과학기술연구원)

Characterization of biochar manufactured from mushroom waste and improvement of its performance as an energy harvesting device through acid treatment

Hyeonoh Hwang1*, Joon Weon Choi1,2

(1Graduate School of International Agricultural Technology, Seoul National University,

2Institutes of Green-Bio Science and Technology, Seoul National University)

요약: 본 연구에서는 버섯재배 후 폐기된 참나무 골목(Oak Mushroom Log, OM)을 사용하여 바이오차를 제조하였다. 제조 공정은 500, 600, 700 ℃의 탄화 온도 및 수산화포타슘(KOH) 촉매를 바이오매스 시료와 0:1, 1:1의 중량비로 1시간 동안 탄화하여 6 종의 바이오차를 제조하였다. 각 바이오차의 물성 분석을 위해 열중량 분석(TGA), 원소분석, 비표면적 분석(BET)이 수행되었다. 제조된 바이오차중에서 메조포어 값이 80 m2/g 으로 가장 높았던 700℃, KOH (OM-7k) 샘플을 각각 1, 3, 5 몰의 질산용액에서 1, 3, 5 시간동안 산처리하여 표면개질 바이오차를 제조하였다. 바이오차, 카본 블랙, 계면활성제 및 증류수를 섞어 바이오 잉크를 제조한 뒤 셀룰로오스 섬유위에 코팅하여 수분 확산 에너지 수확장치(MDEH)를 제조하였다. 제조된 MDEH 중 5몰의 질산용액에서 3시간 동안 산처리된 샘플의 전기적 성능이 18.7 ㎂, 333 ㎷로 가장 높게 측정되었다. 또한 MDEH를 직렬, 병렬, 적층 연결하여 전기적 성능을 측정하였으며 4개의 MDEH를 직,병렬 연결하여 아날로그 센서(터치센서, 조도센서)가 정상적으로 작동하는 것을 확인하였다.

Abstract: In this study, biochar was prepared using oak mushroom log (OM). The preparation process involved carbonization at temperatures of 500°C, 600°C, and 700°C, using potassium hydroxide (KOH) as a catalyst at weight ratios of 1:0 and 1:1 for 1 hour, resulting in six types of biochar. To analyze the physical properties TGA, elemental analysis, BET analysis were conducted. Among the prepared biochar samples, OM carbonized at 700°C with KOH (OM-7k) measured the highest mesopore surface area of 80 m²/g. This sample processed acid treatment using nitric acid solutions at concentrations of 1 M, 3 M, and 5 M for 1, 3, and 5 hours, respectively, to produce surface-modified biochar. The surface-modified biochar was mixed with carbon black, surfactant, and distilled water to fabricate bio-ink, which was then coated onto cellulose fibers to construct moisture diffusion energy harvesting (MDEH) devices. Among MDEH devices, the sample treated with 5M 3H showed the highest electrical performance, with a current of 18.7 μA and a voltage of 333 mV. Furthermore, the electrical performance of the MDEH devices was evaluated under series, parallel, and stacked configurations. The results confirmed that four MDEH devices connected in series or parallel successfully powered analog sensors, including touch sensors and light sensors.

Keywords: Bio-char, Mushroom log, KOH catalyst, Moisture diffusion, Energy harvesting

사사: 본 연구는 산림청 목재자원의 고부가가치 첨단화 기술개발 (No. 2023483A00-2325-AA01)의 지원에 의해 이루어진 것임.