선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구에서 우선적으로 국내에 보급이 가능한 원료별 바이오디젤의 조성을 정밀분석하여 품질특성에 미치는 영향을 규명하고, 현재 유통중인 정유 4사 바이오디젤 혼합 자동차용 경유(BD 2 부피%) 제품의 산화안정도 품질수준과 다양한 바이오디젤 원료(동·식물성유지)를 확보하여 혼합량별(2, 5, 7, 10 부피%), 저장기간 별(3개월) 산화안정성을 평가하여 국내 바이오디젤 혼합 경유의 산화안정성 품질에 대한 향후 대책방안에 대해 검토하였다.
- 원료물질별 바이오디젤의 조성과 품질분석을 위해 우선 국내 유통가능 바이오디젤 원료를 조사하였다. 그 결과 동물성유지는 우(牛)지, 돈(豚)지, 계(鷄)지 및 피혁 부산물 등이 있으며, 식물성유지는 폐식용유, 대두유, 팜유 그리고 향후 도입가능 팜핵 유 및 코코넛유 등이었다.
제안 방법
- 바이오디젤 및 바이오디젤 혼합연료의 품질분석은 지식경제부 고시 제2009-68호의 별표 2. 바이오 디젤(BD100) 및 고시 제2011-302호의 별표 3. 자동차용경유의 품질기준 항목 및 규정된 시험방법에 따라 분석하였다.4) Table 2와 3에서 현행 바이오디젤 및 자동차용 경유의 품질기준 및 분석시험방법을 확인할 수 있다.
- 그 결과 동물성유지는 우(牛)지, 돈(豚)지, 계(鷄)지 및 피혁 부산물 등이 있으며, 식물성유지는 폐식용유, 대두유, 팜유 그리고 향후 도입가능 팜핵 유 및 코코넛유 등이었다.6,7) 따라서 이러한 원료물질 및 바이오디젤을 국내 연구소, 바이오디젤 제조사 및 석유관리원 자체적으로 원료 조달과 바이오디젤을 제조하여 평가시료를 확보하였다. Fig.
- Table 1에는 현행 바이오디젤(BD100) Rancimat 시험방법과 유럽에서 바이오디젤 혼합경유에 적용중인 변형된 Rancimat 시험방법을 비교하였다. Rancimat 시험방법은 연료를 110℃ 가온 상태에서 일정량의 공기 흘리며 산화시켜 산화생성물인 유기산들이 증류수에 녹아 전도도가 급격히 증가하는 시점에서의 시간(유도기간, h)을 측정하는 방법인데, 변형된 Rancimat 시험방법인 EN15751과 EN 14112 시험방법의 차이점은 시험 시료량을 3.
- 국내 보급 원료의 약 76%를 차지하는 폐식용유(33%) 및 팜유(43%) 유래 바이오디젤과 ‘10년 12월에 허용된 동물성(돈지)유지 유래 바이오디젤을 바이오디젤 생산사를 통해 확보하고 정유사 연구소를 통해 확보한 바이오디젤이 포함되지 않은 베이스 경유에 2, 5, 7, 10 부피%씩 혼합 제조하여 평가시료를 확보하였다.
- 이 시험방법은 Methyl nonadecanoate (C19:0 FAME)를 내부표준물질로 이용하며 지방산메틸에스테르(FAME) C6:0부터 C24:1까지 분석이 가능한 시험방법으로서 칼럼은 DB wax(길이 30m, 내경 0.25mm, 필름두께 0.25μm)칼럼, 온도조건은 60℃(2min)→10℃/min →200℃→5℃/min→240℃(7min), split ratio는100mL /min, 유량은 1mL/min으로 하여 분석하였다.
- 장기저장(3개월) 안정성을 평가하기 위하여 Fig. 3과 같이 3L 철재 캔을 밀봉된 상태와 대기에 노출된 상태(송곳으로 3~4개의 구멍을 냄)에서 햇빛이 들지 않는 창고에 저장하며 장기 보관 전·후의 산화안정성을 평가 비교하였다.
대상 데이터
- 국내에 유통되고 있는 바이오디젤 혼합경유(BD2)의 산화안정도 품질수준을 모니터링하기 위하여 국내 정유 4사(SK에너지, GS칼텍스, S-OIL, 현대오일뱅크)의 여름용과 겨울용(8월~11월) 자동차용경유(BD2)를 각 정유사의 공장을 통해 확보하였다.
- 25μm)칼럼, 온도조건은 60℃(2min)→10℃/min →200℃→5℃/min→240℃(7min), split ratio는100mL /min, 유량은 1mL/min으로 하여 분석하였다. 시험장비는 Agilent사의 7890 GC를사용하였다.
이론/모형
- 바이오디젤 혼합연료의 산화안정도 시험은 현재 유럽에서 적용중인 변형된 Rancimat 시험방법(EN 15751)을 적용하였다. Fig.
- 따라서 시료량의 증가에 따라 측정 셀의 크기 및 증류수량도 증가되었다. 본 연구에서 사용된 장비는 Methrom사의 Rancimat 743을 이용하였다.
- 확보된 바이오디젤의 구성성분 조성분석은 가스 크로마토그래피를 이용한 바이오디젤 함량 시험방법인 EN14103 시험방법을 참고하여 분석하였다. 이 시험방법은 Methyl nonadecanoate (C19:0 FAME)를 내부표준물질로 이용하며 지방산메틸에스테르(FAME) C6:0부터 C24:1까지 분석이 가능한 시험방법으로서 칼럼은 DB wax(길이 30m, 내경 0.
성능/효과
- 1) 국내 유통 및 유통 가능 바이오디젤은 동물성유지인 우(牛)지, 돈(豚)지, 계(鷄)지 및 피혁부산물과 식물성유지인 폐식용유, 대두유, 팜유, 팜핵 유 및 코코넛유 등이 있으며, 조성에 따라 4가지 형태의 구분되어질 수 있다.
- 2) 국내 유통 자동차경유(BD2)의 산화안정도 품질 수준은 최소30 시간, 평균 약68시간을 나타내어 유럽의 EN 590의 산화안정성 품질규격인 20시간 이상을 월등히 상회하는 품질을 나타내었다.
- 3) 바이오디젤 혼합량에 따른 산화안정도 평가 결과 바이오디젤 원료 물질의 산화안정도에 의존하며 혼합량에 따라 선형적인 저하를 나타내었다.
- 결론적으로 현재 국내에 유통되고 있는 경유(BD2)의 산화안정도 품질수준은 우수하나, 혼합하는 바이오디젤의 품질에 따라 경유의 산화안정도에 미치는 영향이 크다. 또한 바이오디젤의 산화안정성은 불포화지방산 함량에 의존하며, 국내 조달이 가능한 동물성유지 및 폐식용유 유래 바이오디젤의 경우 불포화지방산이 과량 함유되어 있어 산화안정도 품질이 열악한 상황이다.
- 원료물질별 바이오디젤의 조성과 품질분석을 위해 우선 국내 유통가능 바이오디젤 원료를 조사하였다. 그 결과 동물성유지는 우(牛)지, 돈(豚)지, 계(鷄)지 및 피혁 부산물 등이 있으며, 식물성유지는 폐식용유, 대두유, 팜유 그리고 향후 도입가능 팜핵 유 및 코코넛유 등이었다.6,7) 따라서 이러한 원료물질 및 바이오디젤을 국내 연구소, 바이오디젤 제조사 및 석유관리원 자체적으로 원료 조달과 바이오디젤을 제조하여 평가시료를 확보하였다.
- 10)의 27개 문헌의 평균 분석값에서도 유사한 구성성분 조성과 물성값(CFPP :평균 9℃)을 나타내었다. 기타 대두유 및 폐식용유 바이오디젤은 산화에 열악한 불포화지방산이 과량 함유되어 있어서 산화 안정성이 열악하였으며, 저온특성은 코코넛유 및 팜핵유 바이오디젤을 제외하고는 타 연료에 비해 우수하였다. 이는 저온특성이 열악한 포화 탄화수소에 비해 불포화탄화수소가 과량함유 되어있기 때문인 것으로 판단된다.
- 동물성유지는 식물성유지와는 달리 탄소수 17개의 지방산메틸에스테르가 약 0.5% 혼합되어 있으며, 왁스 형성을 촉진할 수 있는 포화지방산(C16:0 : 23~25%, C18:0 : 11%)이 상당량 포함되어 있어 저온특성(CFPP : 7~8℃)이 열악한 것으로 나타났다. 또한 불포화지방산(C18:1 : 43~44%, C18:2: 1~14%)도 57~60%로 상당량 포함되어 있어 산화 안정성(약 1.
- 동물성유지인 우(牛)지, 돈(豚)지, 계(鷄)지 및 피혁 부산물과 식물성유지인 폐식용유, 대두유, 팜유, 팜핵유 및 코코넛유 바이오디젤의 조성을 분석한 결과 4가지로 구분되어졌다. 동물성유지류, 코코넛 유와 팜핵유의 라우르산류(C12 FAME가 주성분), 그리고 폐식용유와 대두유가 유사한 구성성분을 나타내었고 마지막으로 팜유로 구분되어졌다. Table 4에 4가지 형태의 바이오디젤의 대표적인 구성성분 조성에 대해 나타내었다.
- 5g으로 증가시킨 것이다. 따라서 시료량의 증가에 따라 측정 셀의 크기 및 증류수량도 증가되었다. 본 연구에서 사용된 장비는 Methrom사의 Rancimat 743을 이용하였다.
- 하지만 BD100 품질기준을 만족하는 폐식용유와 팜유는 모두 20시간 이상을 유지하였다. 또한 3개월 간 철재캔의 밀봉 및 대기노출의 저장 전 후 시험 오차범위 내로 큰 차이를 나타내지 않았다.
- 라우르산류(C12 FAME가 주성분)인 코코넛유 및 팜핵유 바이오디젤은 기존 식물성유지 바이오디젤과 달리 C14 이하 지방산메틸에스테르 함량이 70%이상 함유되어 있어 왁스형성이 어려운 저비점 성분에 의해 저온특성이 우수한 결과(-8~-9℃)를 나타내었으며, 불포화탄화수소는 약15%이하로 낮게 함유되어 있어 산화안정도도 우수한 결과(11.6~33.5시간)를 나타내었다. Hoekman et al.
- 2%로 국내 분석값에 비해 과량 포함되어 있는 것으로 나타나 있다. 물성값은 저온특성(CFPP)이 평균 13℃로 국내 분석값에 비해 약 3℃ 정도 높았다.
- 22시간으로 품질기준인 6시간에 미치지 못하였다. 바이오디젤 혼합경유의 품질분석 결과는 Table 3에 나타내었는데 바이오디젤이 혼합되지 않은 바탕시료의 경우 윤활성이 품질기준을 벗어나는 결과를 나타내었으며, 바이오디젤 혼합에 따라 품질기준을 만족하는 것을 확인할 수 있다. 이는 바이오디젤의 윤활성 향상 효과에 의한 것이다.
- 바이오디젤 혼합량에 따른 산화안정도 품질분석 결과 산화안정도가 열악한 돈지 및 폐식용유 유래 바이오디젤의 경우 2%의 미량 혼합에도 급격히 산화안정도가 저하 되다가 5% 이상으로 혼합량이 증가될 경우에는 완만한 선형의 형태로 낮아졌다.
- 팜유는 알려진 바와 같이 C16:0 FAME의 함량이 약48%로 과량 함유되어 있어 필터막힘점(CFPP) 저온특성이 약 10℃로 가장 열악한 특성을 나타내었으나 산화에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 이중, 삼중 불포화지방산이 다소 적어 산화안정성이 우수하였다.11,12) Hoekman et al.
후속연구
- 1-3) 이에 국내 정부에서도 2006년 전국 상용화 보급 이후 바이오디젤 보급 활성화 정책을 활발히 추진하고 있으며, 2012년부터 2~5%로 의무화 보급을 시작하였다.4) 또한 현재 검토되고 있는 신재생연료의무혼합제도(RFS)의 도입 시에는 더욱더 활발히 바이오디젤의 보급이 추진되리라 기대된다.5,6) 따라서 바이오디젤의 혼합량 증가와 그에 따른 안정적인 원료수급 문제의 해결을 위해 동물성유지, 폐식용유 및 미세조류 원료 등 바이오디젤의 원료다양화가 이루어 지고 있다.
- 또한 바이오디젤의 산화안정성은 불포화지방산 함량에 의존하며, 국내 조달이 가능한 동물성유지 및 폐식용유 유래 바이오디젤의 경우 불포화지방산이 과량 함유되어 있어 산화안정도 품질이 열악한 상황이다. 따라서 향후 바이오디젤 원료 다양화 및 혼합량 증가에 따른 바이오디젤 혼합경유의 산화안정성 문제가 충분히 발생될 소지가 있으므로 품질관리에 주의를 기울여야 할 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.