하수 슬러지로부터 추출된 유지를 이용하여 바이오디젤 생산에 대해 고찰하였다. 바이오디젤 생산의 밝은 전망에도 불구하고, 이를 상용화하기 위한 노력은 매우 제한되어 있다. 주요 장애물 중 하나는 전체 생산비용의 약 70~75%를 구성하는 정제 유지의 공급 원료와 연관된 높은 가격이다. 따라서 이를 극복하기 위하여 폐유나 낮은 품질 유지 등의 저가 원료를 사용하여 바이오디젤의 생산 비용을 낮추는 기술이 제안되어 왔다. 이런 측면에서 하수 슬러지로부터 추출된 유지는 비교적 저렴하여 유망한 원료로 평가받고 있다. 본 연구에서는 하수 슬러지로부터 추출된 유지를 이용한 바이오디젤의 생산기술을 검토하였다. 하수 슬러지로부터 유지 추출공정 및 에스테르화 전환공정 및 무촉매 열화학 전환공정을 살펴보았다.
하수 슬러지로부터 추출된 유지를 이용하여 바이오디젤 생산에 대해 고찰하였다. 바이오디젤 생산의 밝은 전망에도 불구하고, 이를 상용화하기 위한 노력은 매우 제한되어 있다. 주요 장애물 중 하나는 전체 생산비용의 약 70~75%를 구성하는 정제 유지의 공급 원료와 연관된 높은 가격이다. 따라서 이를 극복하기 위하여 폐유나 낮은 품질 유지 등의 저가 원료를 사용하여 바이오디젤의 생산 비용을 낮추는 기술이 제안되어 왔다. 이런 측면에서 하수 슬러지로부터 추출된 유지는 비교적 저렴하여 유망한 원료로 평가받고 있다. 본 연구에서는 하수 슬러지로부터 추출된 유지를 이용한 바이오디젤의 생산기술을 검토하였다. 하수 슬러지로부터 유지 추출공정 및 에스테르화 전환공정 및 무촉매 열화학 전환공정을 살펴보았다.
The potential of biodiesel production technology using lipids extracted from sewage sludge was investigated. Despite the bright prospect of biodiesel production, efforts to commercialize it have been very limited. One of the major obstacles has been the high price associated with refined oil feedsto...
The potential of biodiesel production technology using lipids extracted from sewage sludge was investigated. Despite the bright prospect of biodiesel production, efforts to commercialize it have been very limited. One of the major obstacles has been the high price associated with refined oil feedstock, which makes up nearly 70-75% of the total production costs. Hence, in order to reduce the cost of biodiesel production, using cheaper feedstock such as waste oil or low-quality oil has been proposed. Especially, sewage sludge, a relatively inexpensive feedstock, is a promising raw material for such a purpose. In this study, it is aimed to review biodiesel production technology from sewage sludge as a lipid feedstock. It is process modifications to combine the oil extraction steps, fuel conversion steps (i.e. in situ transesterification, thermo-chemical process with non-catalytic heterogeneous biodiesel production) and fuel quality from sewage sludge.
The potential of biodiesel production technology using lipids extracted from sewage sludge was investigated. Despite the bright prospect of biodiesel production, efforts to commercialize it have been very limited. One of the major obstacles has been the high price associated with refined oil feedstock, which makes up nearly 70-75% of the total production costs. Hence, in order to reduce the cost of biodiesel production, using cheaper feedstock such as waste oil or low-quality oil has been proposed. Especially, sewage sludge, a relatively inexpensive feedstock, is a promising raw material for such a purpose. In this study, it is aimed to review biodiesel production technology from sewage sludge as a lipid feedstock. It is process modifications to combine the oil extraction steps, fuel conversion steps (i.e. in situ transesterification, thermo-chemical process with non-catalytic heterogeneous biodiesel production) and fuel quality from sewage sludge.
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문제 정의
본 논문에서는 하수 슬러지로부터 추출된 유지를 이용한 바이오디젤 생산기술로서 이용되고 있는 (1) 하수 슬러지의 전처리 및 유지 추출 방법 (2) 바이오디젤 전환 방법 (3) 반응 속도론 (4) 바이오디젤 품질 특성에 대해 서술하고자 한다.
가설 설정
게다가 몇 가지 이점들이 있다. (i) 반응성이 좋다. (ii) 에스테르 교환 반응을 방해시키는 수분을 흡수하지 않는다.
(i) 반응성이 좋다. (ii) 에스테르 교환 반응을 방해시키는 수분을 흡수하지 않는다. (iii) 비누 생성을 막는다.
메탄올이 트라이글리세라이드에 대해 과량으로 존재한다고 가정하면, 그 농도는 실험이 진행되는 동안 일정하게 유지된다. 상수항인 #를 pseudo-reaction rate constant = k라고 하면 식 (8)로 단순화 시킬 수 있다.
1차 슬러지의 유지는 대부분 트리글리세라이드로 구성되어 있고, 일부 디글리세라이드, 모노글리세라이드로 구성되어 있다. 하수 슬러지의 전이 에스테르화 반응에 대한 반응속도를 계산하기 위해 모든 FAME는 트리글리세라이드로부터 생산되었다고 가정했다. 트리글리세라이드의 에스테르 교환 반응은 모든 트리글리세라이드 1몰 당 3몰의 메탄올이 필요하며, 이것의 결과로 세 분자의 지방산메틸에스테르와 한 분자의 글리세롤을 얻을 수 있다.
제안 방법
20분 동안 3,000 rpm에서 원심분리를 하여 7% ~ 8%(w/w) 고형물을 함유하는 슬러지를 얻었고 또한 80μm 및 20μm 나일론 필터를 이용하여 가압여과하여 12% ~ 14% 고형물을 얻었다.
6%였다. 이렇게 건조된 슬러지 분말은 용매의 흐름을 좋게 하기 위해서 규조토와 혼합하였으며, 헥산을 용매로 사용하여 dewaxing, degumming 과정을 통해 추출하였다.
일반적으로 하수 슬러지를 이용하여 바이오디젤을 생산하는 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있다. 첫 번째 방법은 폐수 처리장에서 얻어진 1차 또는 2차 슬러지를 침전, 여과, 원심분리 등을 통하여 수분을 제거하여 고형분의 슬러지를 얻는다. 얻어진 고형분의 슬러지에 용매를 첨가하여 유지를 추출하고, 추출된 유지를 에스테르화 반응을 통해 바이오디젤을 생산하는 방법이 있다.
성능/효과
하수 슬러지의 경우에는 폐오일에 속하며 기존의 바이오매스로 이용되는 식물 자원에 비해 재배에 필요한 이산화탄소 배출량이 없으며 가공, 수송에서 배출되는 양도 가장 적은 것으로 알려져 있다. 이를 바탕으로 이산화탄소 저감율을 산정했을 때, 폐오일을 사용하여 바이오디젤을 생산할 경우 약 83%의 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다.
%의 유지를 추출하였다. 추출물은 약 65 wt%의 유리 지방산과 7 wt%의 글리세라이드 확인되었다. Dufreche 등[9]은 원심분리 또는 압력 여과를 통해 슬러지(2% 고체)를 전처리했다.
%의 유지를 추출했다. 클로로포름과 톨루엔 모두 동일한 유지 추출 효과를 나타내었다고 결론지었지만, 가격과 환경적으로 고려할 때 톨루엔을 선호했다. Jarde 등[8]은 각기 다른 폐수처리 시설로부터 얻은 48개의 샘플에 대해 연구했는데, 지방족, 방향족, 극성 유분을 추출하고 분리했다.
후속연구
기존의 산 또는 염기 촉매 하에서 반응시켜 바이오디젤을 생산하는 방법은 이제 고체 촉매를 사용하거나 고온에서 촉매가 없는 상태에서 반응함으로써 폐수 발생 및 분리 과정을 줄일 수 있으므로 생산 단가를 낮출 수 있다. 하수 슬러지를 이용하여 생산된 바이오디젤은 다른 식물성 유지 또는 동물성 유지로부터 생산된 바이오디젤과 유사한 구성 성분을 나타내므로 경유 대체연료로의 사용이 가능할 것으로 기대된다.
｢석유 및 석유대체연료 사업법｣의 경유 품질 기준관련 고시에 의하여 바이오디젤의 혼합 의무화를 규정화하고 있으며, 2015년 7월부터는 ‘신에너지 및 재생에너지 개발 이용 보급 촉진법’에 의하여 신재생에너지 연료 혼합의무화제도(Renewable Fuel Standard, RFS)를 시행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
바이오디젤의 수요 증가에 따라 어떤 원료 수요가 증가했는가?
바이오디젤의 수요 증가에 따라 대두유, 카놀라유, 평지씨유, 해바라기유, 팜유 및 코코넛유 등과 같은 유지 공급 원료의 수요가 증가하였다. 이러한 원료를 사용하여 바이오디젤을 생산하면 원료 가격이 생산 비용의 70% ~ 75% 정도를 차지하므로 생산 비용을 낮출 수 있는 공급 원료를 찾는 것이 과제로 남아 있다.
온실가스 감축을 위한 수단으로 수송부문은 무슨 제도를 도입하고 있는가?
이러한 측면에서 세계 여러 나라는 수송부문에 바이오연료를 도입하고 있다. 국제사회는 온실가스 감축을 위한 수단으로 수송부문에 ｢ 바이오연료 혼합 의무화 제도｣를 도입하여 바이오연료 사용을 확대하고 있는 추세이다. ｢바이오연료 혼합 의무화 제도｣란 수송부문에서 바이오연료의 혼합 비율을 높이기 위해서 수송용 화석 연료 공급사업자에게 바이오연료를 의무적으로 혼합하게 하는 제도이다 [2].
바이오디젤의 생산비용을 낮출 수 있는 공급 원료는 무엇이 있는가?
이러한 원료를 사용하여 바이오디젤을 생산하면 원료 가격이 생산 비용의 70% ~ 75% 정도를 차지하므로 생산 비용을 낮출 수 있는 공급 원료를 찾는 것이 과제로 남아 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 자트로파와 같은 비식용 작물, 비계와 소기름 및 폐식용유 등과 같은 대체 유지 공급 원료를 사용하는 것을 고려해 볼 수 있다. 국내의 경우에는 바이오디젤 생산을 위한 원료 수급에 큰 어려움이 있기 때문에 원료를 다양화해야 할 필요성이 있다.
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