산업화로 인해 화석연료의 사용이 급격히 증가하여 자원의 고갈과 환경오염문제가 심각하게 대두되고 있다. 이에 따라 국제사회는 온실가스 배출을 감소시키기 위한 협약을 체결하였고, 각 국은 화석연료를 대체하기 위한 신재생 에너지개발에 몰두하고 있다. 화석연료 중 우리 사회에 가장 큰 영향을 끼치는 수송용 연료인 석유디젤을 대체하기 위한 수단으로 바이오디젤이 각광받고 있다. 하지만 대부분의 바이오디젤 원료인 식물성 유지는 식량자원과의 대립으로 인해 바이오디젤 생산 단가 문제를 야기하고 있다. 이 중 ...
산업화로 인해 화석연료의 사용이 급격히 증가하여 자원의 고갈과 환경오염문제가 심각하게 대두되고 있다. 이에 따라 국제사회는 온실가스 배출을 감소시키기 위한 협약을 체결하였고, 각 국은 화석연료를 대체하기 위한 신재생 에너지개발에 몰두하고 있다. 화석연료 중 우리 사회에 가장 큰 영향을 끼치는 수송용 연료인 석유디젤을 대체하기 위한 수단으로 바이오디젤이 각광받고 있다. 하지만 대부분의 바이오디젤 원료인 식물성 유지는 식량자원과의 대립으로 인해 바이오디젤 생산 단가 문제를 야기하고 있다. 이 중 커피박은 버려지는 폐기물로써 기존의 식물성 원료를 대체할 수 있는 양질의 원료유지이다. 커피박은 높은 함수율과 유리지방산을 가지고 있는데 이는 유지를 정제하는 전처리 공정을 거쳐야 바이오디젤로 제조가 가능하므로 공정시간, 비용 및 폐수처리 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 전처리를 거치지 않은 커피오일을 이용하여 초음파의 조사 진폭 및 조사시간, 촉매와 메탄올의 양에 따른 에스테르 교환반응을 진행하여 전처리를 거치지 않은 커피박의 에스테르화 문제를 해결하였다. 초음파를 이용한 에스테르화 최적생산조건, 제조된 바이오디젤의 지방산 분석 및 물리화학적 특성 분석의 결과는 아래와 같다. 일반적인 에스테르화 반응에서 KOH촉매를 이용한 바이오디젤은 촉매량 2.0 wt%, Oil/Methanol 몰비 1:7에서 FAME 함량이 87.8%로 나타나서 바이오디젤 품질규격(FAME 함량 96.5%이상)에 만족하지 못한 결과를 보였다. NaOH촉매량 1.5 wt%, Oil/Methanol 몰비 1:7로 에스테르화 반응을 한 바이오디젤은 FAME 함량이 92.1%로 나타나 바이오디젤 품질규격(FAME 함량 96.5%이상)에 만족하지 못한 결과를 보였으며, 비누를 과도하게 형성하여 수율의 불안정성을 보였다. 초음파를 이용한 에스테르화 반응에서 제조된 바이오디젤의 경우 초음파 조사 진폭 99.2 ㎛, 반응시간 30분, Oil/Methanol 몰비 1:7, 촉매(KOH) 1.25 wt%에서 FAME 함량 96.6%로 기존 공정에 비해 4.5% 포인트 증가하여 바이오디젤 품질기준에 만족하는 결과를 도출 할 수 있었다. 초음파 조사 에스테르화 반응시 BD 수율은 74 wt%로 기존 공정에 비해 17.8 wt% 포인트 증가하였다. 초음파 조사를 통해 생산된 바이오디젤의 조사 진폭, 조사시간, Oil/Methanol 몰비, 촉매량에 따른 FAME함량과 BD수율의 영향을 일원분산분석으로 분석한 결과 조사 진폭과 시간, 촉매량 변화에 따른 결과가 유의미하다는 것을 알 수 있다. 초음파 조사를 통한 에스테르화 최적 조건에서 생산한 바이오디젤의 물리화학적 특성을 분석한 결과 대부분이 품질기준에 만족하였다.
산업화로 인해 화석연료의 사용이 급격히 증가하여 자원의 고갈과 환경오염문제가 심각하게 대두되고 있다. 이에 따라 국제사회는 온실가스 배출을 감소시키기 위한 협약을 체결하였고, 각 국은 화석연료를 대체하기 위한 신재생 에너지개발에 몰두하고 있다. 화석연료 중 우리 사회에 가장 큰 영향을 끼치는 수송용 연료인 석유디젤을 대체하기 위한 수단으로 바이오디젤이 각광받고 있다. 하지만 대부분의 바이오디젤 원료인 식물성 유지는 식량자원과의 대립으로 인해 바이오디젤 생산 단가 문제를 야기하고 있다. 이 중 커피박은 버려지는 폐기물로써 기존의 식물성 원료를 대체할 수 있는 양질의 원료유지이다. 커피박은 높은 함수율과 유리지방산을 가지고 있는데 이는 유지를 정제하는 전처리 공정을 거쳐야 바이오디젤로 제조가 가능하므로 공정시간, 비용 및 폐수처리 문제가 있다. 이에 본 연구에서는 전처리를 거치지 않은 커피오일을 이용하여 초음파의 조사 진폭 및 조사시간, 촉매와 메탄올의 양에 따른 에스테르 교환반응을 진행하여 전처리를 거치지 않은 커피박의 에스테르화 문제를 해결하였다. 초음파를 이용한 에스테르화 최적생산조건, 제조된 바이오디젤의 지방산 분석 및 물리화학적 특성 분석의 결과는 아래와 같다. 일반적인 에스테르화 반응에서 KOH촉매를 이용한 바이오디젤은 촉매량 2.0 wt%, Oil/Methanol 몰비 1:7에서 FAME 함량이 87.8%로 나타나서 바이오디젤 품질규격(FAME 함량 96.5%이상)에 만족하지 못한 결과를 보였다. NaOH촉매량 1.5 wt%, Oil/Methanol 몰비 1:7로 에스테르화 반응을 한 바이오디젤은 FAME 함량이 92.1%로 나타나 바이오디젤 품질규격(FAME 함량 96.5%이상)에 만족하지 못한 결과를 보였으며, 비누를 과도하게 형성하여 수율의 불안정성을 보였다. 초음파를 이용한 에스테르화 반응에서 제조된 바이오디젤의 경우 초음파 조사 진폭 99.2 ㎛, 반응시간 30분, Oil/Methanol 몰비 1:7, 촉매(KOH) 1.25 wt%에서 FAME 함량 96.6%로 기존 공정에 비해 4.5% 포인트 증가하여 바이오디젤 품질기준에 만족하는 결과를 도출 할 수 있었다. 초음파 조사 에스테르화 반응시 BD 수율은 74 wt%로 기존 공정에 비해 17.8 wt% 포인트 증가하였다. 초음파 조사를 통해 생산된 바이오디젤의 조사 진폭, 조사시간, Oil/Methanol 몰비, 촉매량에 따른 FAME함량과 BD수율의 영향을 일원분산분석으로 분석한 결과 조사 진폭과 시간, 촉매량 변화에 따른 결과가 유의미하다는 것을 알 수 있다. 초음파 조사를 통한 에스테르화 최적 조건에서 생산한 바이오디젤의 물리화학적 특성을 분석한 결과 대부분이 품질기준에 만족하였다.
The use of fossil fuels has increased dramatically due to industrialization. This has led to resource depletion and environmental pollution problems are becoming serious. The international community has agreed to reduce greenhouse gas emissions, and each country is committed to developing renewable ...
The use of fossil fuels has increased dramatically due to industrialization. This has led to resource depletion and environmental pollution problems are becoming serious. The international community has agreed to reduce greenhouse gas emissions, and each country is committed to developing renewable energy to replace fossil fuels. Biodiesel is attracting attention as a means of replacing petroleum-based diesel. Among the fossil fuels, the transportation fuel has the biggest impact on society. However, vegetable oil, which is the raw material for most biodiesel, causes more unit cost for biodiesel production because of competition with food resources. Of these, spent ground coffee, a waste material, is good quality raw material substitute for existing vegetable raw materials. Spent ground coffee have a high moisture content and free fatty acid, which can be processed into biodiesel through a pretreatment process to purify the oil. Process time, cost and waste water treatment are major concerns with usage. In this study, we solved the esterification problem of unprocessed spent ground coffee, through transesterification. This was performed through irradiation amplitude, ultrasound time, amount of catalyst and methanol using the untreated coffee oil. The results of the optimal production conditions of esterification using ultrasound, analysis on fatty acid and physicochemical characterization of biodiesel produced were as follows. In this study, we solved the esterification problem of unprocessed spent ground coffee, through transesterification. This was performed through irradiation amplitude, ultrasound time, amount of catalyst and methanol using the untreated coffee oil. The results of the optimal production conditions of esterification using ultrasound, analysis on fatty acid and physicochemical characterization of biodiesel produced were as follows. In the general esterification, biodiesel using KOH catalyst showed unsatisfactory biodiesel quality (FAME content 96.5% or more) with 2.0 wt% of catalyst amount, a FAME content of 87.8% at a mole ratio of oil to methanol of 1:7. The esterified biodiesel showed unsatisfactory biodiesel quality standard (FAME content 96.5% or more) with 1.5 wt% of NaOH catalyst amount. Mole ratio of oil to methanol of 1:7 showed 92.1% FAME content, and this resulted in excessive formation of emulsion and unstable yield. In the case of biodiesel produced by esterification using ultrasound, the biodiesel quality standard was satisfied with 4.5% points increased compared with the existing process. The ultrasound irradiation amplitude was 99.2 ㎛, reaction time was 30 min, a mole rate of oil to methanol was 1:7, 96.6% at 1.25 wt% of catalyst (KOH). BD yield was 74 wt% at the esterification of ultrasound irradiation, which was 17.8 wt% higher than that of the existing process. Analysis of the effect of FAME content and BD yield on biodiesel produced by ultrasound irradiation according to the irradiation amplitude, irradiation time, mole rate of oil to methanol, and catalyst amount was analyzed by one-way ANOVA. This showed that the results according to the changes in irradiation amplitude, time, and catalyst amount are significant. The physicochemical properties of biodiesel produced under the optimum conditions of esterification by ultrasound irradiation were analyzed. Most of the properties satisfied quality standards.
The use of fossil fuels has increased dramatically due to industrialization. This has led to resource depletion and environmental pollution problems are becoming serious. The international community has agreed to reduce greenhouse gas emissions, and each country is committed to developing renewable energy to replace fossil fuels. Biodiesel is attracting attention as a means of replacing petroleum-based diesel. Among the fossil fuels, the transportation fuel has the biggest impact on society. However, vegetable oil, which is the raw material for most biodiesel, causes more unit cost for biodiesel production because of competition with food resources. Of these, spent ground coffee, a waste material, is good quality raw material substitute for existing vegetable raw materials. Spent ground coffee have a high moisture content and free fatty acid, which can be processed into biodiesel through a pretreatment process to purify the oil. Process time, cost and waste water treatment are major concerns with usage. In this study, we solved the esterification problem of unprocessed spent ground coffee, through transesterification. This was performed through irradiation amplitude, ultrasound time, amount of catalyst and methanol using the untreated coffee oil. The results of the optimal production conditions of esterification using ultrasound, analysis on fatty acid and physicochemical characterization of biodiesel produced were as follows. In this study, we solved the esterification problem of unprocessed spent ground coffee, through transesterification. This was performed through irradiation amplitude, ultrasound time, amount of catalyst and methanol using the untreated coffee oil. The results of the optimal production conditions of esterification using ultrasound, analysis on fatty acid and physicochemical characterization of biodiesel produced were as follows. In the general esterification, biodiesel using KOH catalyst showed unsatisfactory biodiesel quality (FAME content 96.5% or more) with 2.0 wt% of catalyst amount, a FAME content of 87.8% at a mole ratio of oil to methanol of 1:7. The esterified biodiesel showed unsatisfactory biodiesel quality standard (FAME content 96.5% or more) with 1.5 wt% of NaOH catalyst amount. Mole ratio of oil to methanol of 1:7 showed 92.1% FAME content, and this resulted in excessive formation of emulsion and unstable yield. In the case of biodiesel produced by esterification using ultrasound, the biodiesel quality standard was satisfied with 4.5% points increased compared with the existing process. The ultrasound irradiation amplitude was 99.2 ㎛, reaction time was 30 min, a mole rate of oil to methanol was 1:7, 96.6% at 1.25 wt% of catalyst (KOH). BD yield was 74 wt% at the esterification of ultrasound irradiation, which was 17.8 wt% higher than that of the existing process. Analysis of the effect of FAME content and BD yield on biodiesel produced by ultrasound irradiation according to the irradiation amplitude, irradiation time, mole rate of oil to methanol, and catalyst amount was analyzed by one-way ANOVA. This showed that the results according to the changes in irradiation amplitude, time, and catalyst amount are significant. The physicochemical properties of biodiesel produced under the optimum conditions of esterification by ultrasound irradiation were analyzed. Most of the properties satisfied quality standards.
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