합성 계면활성제는 환경적 우려와 관련되어, 사포닌(saponins)과 같은 천연 대체물로의 전환이 요구된다. 본 연구에서는 Box–Behnken 설계와 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 통해 환류(reflux) 방법으로 비누열매(soapnut)에서 사포닌을 추출하는 조건을 최적화하였다. 사포닌 용액으로부터 생성된 거품은 거품 특성 분석과 함께 암모니아 및 입자상 물질(particulate matter, PM) 제거에 대한 제거 효율을 평가하였다. 최적화된 사포닌 추출은 30.18%의 사포닌을 수득하여, 통상적 방법에서 얻은 수율을 초과하였다. 추출된 사포닌은 농도가 증가할수록 거품형성능이 향상되었으며, 이로 인해 표면적이 확장되어 거품 기반 흡착을 통해 암모니아 및 PM 제거가 촉진되었다. 또한 중성 pH 조건에서 사포닌 농도가 임계미셀농도(critical micelle concentration, CMC) 이상일 때, 거품형성능과 안정성이 증가함에 따라 암모니아 제거가 더욱 향상되었다. 사포닌 기반 거품의 PM 제거 효율이 합성 계면활성제와 비슷한 수준임을 보여줌으로써, 사포닌 기반 거품은 대기오염 제어를 위한 효과적이면서도 환경친화적인 해결책으로서의 잠재력을 뒷받침한다.

최근 가축 분뇨를 토레팩션(torrefaction)을 통해 고체 연료로 전환하는 과정은 탄소 중립 사회로 나아가기 위한 필요성에 더 많은 주목을 받게 되었다. 가축 분뇨를 고체 연료로 전환하는 적절한 설계는 지속 가능한 폐기물 관리를 위해 핵심이다. 본 연구에서는 가축 분뇨의 대표로서 우분을 대상으로, 발열량(heating value) 향상에 초점을 맞추어 고체 연료 생산 가능성을 평가하였다. 토레팩션 공정을 주요 고체 연료 생성 공정으로 채택하고, 단순 건조와 비교하였다. 토레팩션 온도를 200 °C에서 300 °C로 증가시킬수록 토레팩션 처리된 우분의 발열량은 증가하였다. 토레팩션 온도를 20분에서 40분으로 증가시켰을 때 발열량은 약 30분에서 거의 포화 상태에 도달하였다. 또한 우분을 톱밥 또는 볏짚과 혼합하는 경우 발열량이 추가로 증가하였다. 원래 더 높은 발열량을 지니고 있던 톱밥은 우분의 토레팩션에 대한 첨가제 후보로서의 잠재력을 보여주었다. 단순 건조와 비교하여, 토레팩션은 더 높은 발열량과 에너지 밀도를 나타내어 안정적인 탄소 물질로 성공적으로 전환하였다.

합성 계면활성제는 환경적 우려와 관련되어, 사포닌(saponins)과 같은 천연 대체물로의 전환이 요구된다. 본 연구에서는 Box–Behnken 설계와 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 통해 환류(reflux) 방법으로 비누열매(soapnut)에서 사포닌을 추출하는 조건을 최적화하였다. 사포닌 용액으로부터 생성된 거품은 거품 특성 분석과 함께 암모니아 및 입자상 물질(particulate matter, PM) 제거에 대한 제거 효율을 평가하였다. 최적화된 사포닌 추출은 30.18%의 사포닌을 수득하여, 통상적 방법에서 얻은 수율을 초과하였다. 추출된 사포닌은 농도가 증가할수록 거품형성능이 향상되었으며, 이로 인해 표면적이 확장되어 거품 기반 흡착을 통해 암모니아 및 PM 제거가 촉진되었다. 또한 중성 pH 조건에서 사포닌 농도가 임계미셀농도(critical micelle concentration, CMC) 이상일 때, 거품형성능과 안정성이 증가함에 따라 암모니아 제거가 더욱 향상되었다. 사포닌 기반 거품의 PM 제거 효율이 합성 계면활성제와 비슷한 수준임을 보여줌으로써, 사포닌 기반 거품은 대기오염 제어를 위한 효과적이면서도 환경친화적인 해결책으로서의 잠재력을 뒷받침한다.

최근 가축 분뇨를 토레팩션(torrefaction)을 통해 고체 연료로 전환하는 과정은 탄소 중립 사회로 나아가기 위한 필요성에 더 많은 주목을 받게 되었다. 가축 분뇨를 고체 연료로 전환하는 적절한 설계는 지속 가능한 폐기물 관리를 위해 핵심이다. 본 연구에서는 가축 분뇨의 대표로서 우분을 대상으로, 발열량(heating value) 향상에 초점을 맞추어 고체 연료 생산 가능성을 평가하였다. 토레팩션 공정을 주요 고체 연료 생성 공정으로 채택하고, 단순 건조와 비교하였다. 토레팩션 온도를 200 °C에서 300 °C로 증가시킬수록 토레팩션 처리된 우분의 발열량은 증가하였다. 토레팩션 온도를 20분에서 40분으로 증가시켰을 때 발열량은 약 30분에서 거의 포화 상태에 도달하였다. 또한 우분을 톱밥 또는 볏짚과 혼합하는 경우 발열량이 추가로 증가하였다. 원래 더 높은 발열량을 지니고 있던 톱밥은 우분의 토레팩션에 대한 첨가제 후보로서의 잠재력을 보여주었다. 단순 건조와 비교하여, 토레팩션은 더 높은 발열량과 에너지 밀도를 나타내어 안정적인 탄소 물질로 성공적으로 전환하였다.

본 연구는 연속 흐름 컬럼 시스템에서 휘발성 유기화합물(VOC) 제거를 위한 소 부산물 유래 바이오차의 흡착 성능을 조사하였다. ZnCl₂ 전처리 후 600 °C에서 열분해를 수행한 경우, 비표면적과 흡착 용량이 모두 가장 크게 증가하였는데, 이는 ZnCl₂가 탈수/방향족화를 가능하게 하고 열분해 중 휘발화를 유도하며 이후 산 세척을 통해 회분을 제거함으로써 미세공(micropores)을 집합적으로 형성했기 때문이다. 그 결과 얻어진 바이오차는 풍부한 미세공을 보유하여 반데르발스 상호작용과 기공 충전에 의해 지배되는 물리흡착( physisorption )을 선호하는 것으로 나타났다. 열분해 온도가 증가할수록 사용되지 않은 침상 길이(unused bed length)가 감소하여 흡착 효율과 침상 활용도 개선을 시사하였다. 동역학 적합 결과, 입자 내 확산(intraparticle diffusion) 모델이 가장 잘 일치함을 확인하였으며, 이는 기공 확산에 의해 제어되는 물리흡착이 지배 메커니즘임을 입증한다. Yoon–Nelson 및 Thomas 모델은 50 % 돌파 시간(τ)과 평형 흡착 용량(qₑ)을 정밀하게 예측하여, 컬럼 설계와 공정 스케일업에 대한 적용 가능성을 검증하였다. 또한 10 g 바이오차 컬럼은 2일 이상 하위-돌파(sub-breakthrough) 수준의 VOC 농도를 유지하여 장기 흡착 안정성이 우수함을 보여주었다. 종합하면, 폐기물 유래 ZnCl₂ 활성화 바이오차는 축산 환경에서 현장 공기질 관리(on-site air quality management)를 위한 지속 가능하고 고성능이며 실질적인 흡착제로 활용될 수 있음을 시사한다. • 폐기된 소 분뇨 바이오차를 폐루프(closed-loop) 시스템에서 농장 내 VOC 제어에 활용. • ZnCl₂–온도의 상승작용에 의한 미세공 형성과 회분 감소. • BET 및 동역학 특성화로 확인된 VOC 제거의 물리흡착 지배 양상. • 확립된 모델과의 일치 하에 관찰된 돌파 거동과 흡착 용량.

본 연구에서는 총휘발성유기화합물(TVOC) 모니터링 시스템을 개발하고, TVOC를 연속적이며 실시간으로 모니터링하기 위해 이를 적용하였다. 개발된 시스템의 성능을 검증하기 위해 가스크로마토그래피(GC)와 열탈착(TD)을 결합한 방법 및 시판 휴대용 VOC 검출기를 동시에 적용하였다. 개발된 시스템은 펌프 유무 모두에서 적용 가능하였으므로, 모니터링 성능에 대한 펌프의 영향을 함께 조사하였다. 전반적으로, 개발된 TVOC 모니터링 시스템의 신뢰할 수 있는 정확도와 정밀도가 TVOC 농도 50~5000 ppbv 범위에서 검증되었다. TD-GC와의 동시 분석에 따르면, TVOC 모니터링 시스템은 펌프의 유무와 관계없이 TD-GC 시스템과 거의 동일한 성능을 보였다. 내부 펌프가 장착된 시판 휴대용 VOC 검출기와 비교했을 때, TVOC 모니터링 시스템의 최대 지연 응답 시간은 15분이었다. 토양 내 VOC 수송과 관련하여, TD-GC 시스템의 경우와 비교해 돌파곡선(breakthrough curve)을 성공적으로 얻었다. TD-GC 시스템의 측정 주기를 고려할 때, TVOC 모니터링 시스템은 수동 모니터링 장치로서 TVOC 농도 50 ppbv 이상인 지하(심부) 구역에 효과적으로 적용될 수 있다.