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바이오매스는 글로벌 에너지 전환과 지속 가능한 소재 개발의 주요 축 중 하나입니다. 바이오매스는 특정 시점에 특정 생태계에 존재하는 식물, 동물 또는 미생물 기원의 모든 유기물로 구성됩니다. 바이오매스의 에너지 및 물질적 활용은 화석 에너지원의 감소를 가능하게 하고 탈탄소화와 순환 경제에 크게 기여합니다[Osman et al., 2021].
목질 잔류물부터 농업 폐기물, 생물성 혼합 분획물까지 바이오매스의 복잡성은 다양한 기술적, 생태학적, 경제적 문제를 야기합니다[Mahapatra et al., 2021]. 잠재력을 최대한 활용하기 위해서는 정밀한 분석 특성화가 필요하며, 여기서 TGA 및 DSC와 같은 열 분석 방법이 핵심적인 역할을 합니다.
바이오매스의 구성 및 특성 분석
바이오매스의 기본 구조는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌으로 구성됩니다. 이러한 폴리머는 원료 물질의 기계적, 열적, 에너지적 특성을 결정합니다[Barot, 2022]:
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셀룰로오스는 포도당 중합체로서 고체 매트릭스를 형성합니다.
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헤미셀룰로오스에는 분지형 당 구조(예: 자일란)가 포함되어 있습니다.
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리그닌은 방향족 알코올의 복잡한 3차원 고분자로, 강도와 소수성을 제공합니다.
구성은 식물 종, 나이, 성숙도에 따라 달라집니다. 수분, 회분, 질소 및 유황과 같은 첨가제는 연소 품질, 배출량 및 에너지 생산량에 영향을 미칩니다. 최신 분석 기술은 산업 평가 및 품질 관리를 위해 이러한 매개변수를 기록합니다[Linseis, 2025].
에너지 및 자재 활용
수치와 개발에서의 바이오 에너지
바이오매스는 독일과 유럽에서 재생 에너지 믹스의 상당 부분을 차지합니다: 60% 이상이 열과 전기를 직접 연료로 사용하거나 바이오가스 플랜트에서 에너지로 활용됩니다[베를린, 2025]. 나머지는 재료 활용 또는 합성 가스 및 수소 생산의 기질로 사용됩니다[DBFZ, 2025].
정치 전략 측면에서는 지속 가능한 시스템 통합으로 초점이 이동하고 있습니다. 그 목표는 경쟁적인 사용을 피하고, 잔여 물질 흐름을 지능적으로 활용하며, 환경 및 자원 관점에서 전체 수명 주기를 평가하는 것입니다[Mahapatra 외., 2021].
적용 산업 분야
에너지 생성: 발전소의 연료로 사용하거나 공정 열을 생성하는 데 사용합니다.
바이오 연료: 설탕과 오일에서 바이오 에탄올과 바이오 디젤을 생산합니다.
화학: 바이오제닉 플랫폼 화학물질, 플라스틱 및 제약 산업을 위한 기초 소재.
최신 프로세스: 열분해, 열수력 탄화, 합성 가스 및 “친환경” 수소 생산을 위한 가스화[Barot, 2022][Mahapatra et al., 2021].
열 분석 방법 TGA, DSC 및 EGA
바이오매스의 열 및 운동 거동은 검증된 방법을 사용하여 평가합니다:
열 중량 분석(TGA): 캡처 질량 손실분해 프로파일과 휘발성 성분을 온도의 함수로 캡처합니다. 이는 수분 함량, 셀룰로스/헤미셀룰로스/리그닌의 분해 지점 및 회분 이미지를 결정하는 데 사용할 수 있습니다[Osman et al., 2021][Linseis, 2025].
차동 주사 열량 측정(DSC): 에너지 흐름과 열용량 측정 흡열 및 발열 열분해, 연소 또는 기화 등의 과정에서 에너지 흐름과 열용량을 측정합니다 [Barot, 2022].
진화 가스 분석(EGA): 결합 질량 분석법을 통해 방출된 가스를 식별하고 정량화합니다. 결합 질량 분석 또는 적외선 감지.
이러한 프로세스의 조합은 공정 제어에서 새로운 바이오 에너지 재료 사이클 개발에 이르기까지 산업 응용 분야에 대한 제품 분포, 동역학 및 최적화 잠재력에 대한 정보를 제공합니다.
린세이즈 기술: 실용적인 애플리케이션을 위한 솔루션
Linseis 분석기는 연구자 및 업계 파트너에게 정확한 도구를 제공합니다:
다양한 대기 및 압력 조건에서 다양한 시료 유형 (빨대, 올리브 잎, 잔류물)을 분석합니다,
특정 분해 동역학, 잔류 수분 및 회분 함량,
바이오 에너지, 합성 가스 또는 플랫폼 화학 제품 생산의 제품 품질.
실제 사례: 시뮬레이션 가스화 실험을 통해 실험실 규모의 대규모 원자로 프로세스를 매핑하고 에너지 생산량, 배출량 및 제품 품질과 관련하여 목표한 방식으로 최적화할 수 있습니다[Linseis, 2025].
규범 및 표준
ASTM E1131(열 성분 분석), ASTM E1641(오자와-플린-벽을 통한 분해 동역학), E2008(휘발성 측정)과 같은 표준이 전 세계적으로 확립되어 있습니다. 이러한 표준은 측정 데이터의 비교 가능성과 품질을 보장하고 지속 가능한 바이오 에너지 프로젝트의 설계 및 신소재 인증의 기초를 형성합니다.
연구, 트렌드 및 전망
현재 트렌드에는 다음이 포함됩니다:
잔여 바이오매스로부터 수소 생산,
스마트 바이오 에너지 개념 개발,
바이오 에너지를 지역 가치 사슬과 산업 공정에 통합합니다,
온실가스 잠재력과 환경 영향을 평가하기 위한 수명 주기 평가[Osman et al., 2021][DBFZ, 2025].
국제 연구 프로젝트는 화석 원료에 비해 바이오제닉 제품의 경쟁력을 강화하고 새로운 공정과 표준을 확립하는 데 도움이 됩니다.
바이오매스와 화석 연료의 차이점은 무엇인가요?
바이오매스는 재생 가능한 자원에서 나오며 순환 경제에 기여하는 반면, 화석 연료는 매장량이 한정되어 있습니다[Osman et al., 2021].
열 분석은 실제로 어떤 부가가치를 제공하나요?
이를 통해 정확하고 신뢰할 수 있는 품질 관리, 공정 최적화, 바이오 연료부터 혁신적인 소재 솔루션에 이르기까지 새로운 제품 및 공정 개발이 가능합니다[Barot, 2022][Linseis, 2025].
바이오매스는 실제로 얼마나 지속 가능할까요?
지속 가능성은 시스템 통합, 토지 사용 측면 및 순환 프로세스에 따라 달라집니다. 최신 평가는 전체 수명 주기와 환경 영향을 고려합니다[DBFZ, 2025][Mahapatra et al., 2021].
린사이스의 기술은 바이오 경제에서 어떤 역할을 하나요?
Linseis는 생체 원재료의 열 분석을 위한 고급 도구를 제공하여 연구, 산업 및 환경 품질 보증을 위한 실용적인 솔루션을 개발할 수 있도록 지원합니다 [Linseis, 2025].
참조:
아메드 I. 오스만, 네하 메타, 아메드 M. 엘가라히, 아메르 알-히나이, 알라 H. 알-무타세브 & 데이비드 W. 루니 (2021): 바이오 매스를 바이오 연료로 전환 및 수명주기 평가 : 검토. 에너지 및 환경 과학, 19 권, 4075-4118 쪽.
상기타 마하파트라, 딜립 쿠마르, 바예쉬 싱, 프라빈 쿠마르 사찬 (2021): 바이오 연료와 그 생산원 : 식량 및 에너지 넥서스의 틀에서 기존 연료에 대한보다 깨끗하고 지속 가능한 대안에 대한 검토. 에너지 넥서스, Vol. 4, 100036.
수니타 바로트 박사 (2022): 바이오매스 및 바이오에너지: 자원, 전환 및 응용. In: 지속 가능한 성장을 위한 재생 에너지 평가, 9장.
DBFZ – 독일 바이오매스 연구 센터(2025): 바이오매스의 시스템 기여도. 온라인: www.dbfz.de/forschung
린사이스 메스게라테 GmbH (2025): 바이오매스 열 분석에 관한 애플리케이션 보고서 및 기술 논문. 온라인: www.linseis.com/wissen/biomasse/
Berlin.de (2025): 바이오매스 – 에너지 활용 및 잠재력 분석에 관한 통계. 온라인: www.berlin.de/klimaschutz/waermewende/biomasse/
