[논문]첨가제에 따른 바이오디젤 산화안정 특성 연구

강형규; 송호영; 도진우; 박수열; 나병기

doi:10.12925/jkocs.2015.32.4.639

첨가제에 따른 바이오디젤 산화안정 특성 연구
A study on the Property of Oxidation Stability in Biodiesel by the Additives 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.32 no.4, 2015년, pp.639 - 648

강형규 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 송호영 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 도진우 (한국석유관리원 석유기술연구소) , 박수열 (한국화학연구원) , 나병기 (충북대학교 화학공학과)

초록
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바이오디젤은 지방산 중의 일부물질이 대기중의 산소와 결합하여 유기지방산 등을 형성하며 밀도, 동점도, 전산가, 산화안정도 등의 물성 특성에 영향을 준다. 바이오디젤의 산화안정성 문제를 해결하기 위해 바이오디젤에 다양한 산화방지제를 첨가하여 물성 변화의 특성을 분석하였다. 첨가제의 함량이 증가함에 따라 산화안정도는 증가하는 경향을 나타내고 대부분 첨가량에 비례적으로 증가하였다. 7종의 첨가제 중 TBHQ가 가장 우수한 성능을 보이며 propyl gallate, butyl-amine, aniline, pyrogallol 등 4종의 첨가제도 목표치인 500 ppm 첨가 시 10시간 이상의 성능을 보였다. pyrogallol이 전산가에서 품질기준에 부적합하여 첨가제로서 적절하지 않은 것으로 나타났으며, hydroquinone계열의 TBHA, DTBHQ는 산화안정도에서 품질기준은 만족하나 연구과제의 목표치인 10 시간 이상에 미치지 못하는 결과를 보여 개발 첨가제로서는 결함이 있는 것으로 판단하였다. 또한 propyl gallate도 전산가에서 품질기준에 적합하나 500 ppm 첨가 시 수치가 높고 첨가제 증가에 따른 전산가 증가 경향이 커서 첨가제로서 부적합한 것으로 판단하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Some materials of fatty acids in the biodiesel affect the physical/chemical properties like density, kinematic viscosity, total acid number and oxidation stability by forming an organic fatty acid in combination with oxygen in the air. To solve the problem of the oxidative stability of biodiesel, various kinds of antioxidant has added and analyze the characteristics of the physical/chemical property changes by the addition of antioxidant. Oxidation stability increased by the increase of additives content. The TBHQ among the seven kinds of the additives showed the best performance. Also, 4 kinds of additives like propyl gallate, butyl-amine and pyrogallo has showed above 10 hr of oxidation stability at the addition of 500 ppm. In case of pyrogallo, this is not appropriate as an additive to suitable quality standards of total acid number. TBHA, DTBHQ of hydroquinone was satisfied with the quality standard of oxidation stability but the target of this research(above 10 hr) did not satisfied with oxidation stability. Propyl gallate is also a suitable at the quality standards of total acid number but it was shown not to be an appropriate to the additives due to increasing the total acid number by increasing of the content of additives at the addition of 500 ppm.

주제어

AI 본문요약
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가설 설정

[16-17] 바이오디젤의 산화는 바이오디젤 내에 포함된 메틸에스터 중에서 이중결합이 있는 메틸에스터 즉, 불포화 메틸에스터 때문이다. 불포화 메틸에스터의 산화는 이중결합의 수와 위치에 따라 달라진다. 긴사슬 지방산 메틸에스터의 경우 이중결합이 2개 이상인 에스터가 이중결합이 1개인 에스터에 비해 산화에 대한 반응성이 약 2배가 되는 것으로 알려져 있으며 원료의 정제정도에 따른 산화안정도는 크루드 대두유, 탈검대두유, 정제대두유의 순서이다.

제안 방법

바이오디젤에 t-부틸하이드로퀴논(TBHQ), t부틸하이드로아니솔(TBHA), 디-t-부틸하이드로퀴논(DTHQ), 프로필갈레이트(Propyl gallate), 피로갈롤(Pyrogallol), 디부틸-p-페닐아민(DMSF1X), 디페닐-p-페닐렌디아민(DMSF2X)의 산화방지제를 각각 100 ppm, 200 ppm, 300 ppm, 400 ppm, 500 ppm 첨가하여 110 ℃에서 10 일 동안 강제 산화를 시키고 산화안정성, 밀도, 동점도 및 전산가 등의 물성시험을 진행하였다. 적합성 시험에 사용된 시험법은 Table 1에 나타내었다.
본 연구에서 사용한 산화방지제는 propyl gallate, TBHA, TBHQ, DTBHQ, buty-amine, aniline, pyrogallol 등 총 7종이다. 순수한 폐식용유 바이오디젤에 첨가제를 250 ppm, 500 ppm, 750 ppm을 첨가하고 산화안정도를 각각 시험하였다. 바이오디젤 산화안정성 시험은 Fig.

대상 데이터

본 연구에서 사용한 산화방지제는 propyl gallate, TBHA, TBHQ, DTBHQ, buty-amine, aniline, pyrogallol 등 총 7종이다. 순수한 폐식용유 바이오디젤에 첨가제를 250 ppm, 500 ppm, 750 ppm을 첨가하고 산화안정도를 각각 시험하였다.

이론/모형

바이오디젤 산화안정성 시험은 Fig. 3과 같이 바이오디젤을 110 ℃ 공기 흐름 조건에서 산화시켜 산화물인 유기산이 증류수에 녹아 전도도가 급격히 증가하는 시간을 측정하는 시험으로 본 연구에서는 EN 14112(가속산화안정성) 시험 방법을 적용하였다.[26]

성능/효과

첨가제 함량이 증가함에 따라 산화안정도는 증가하는 경향을 보이고 있으며 대부분 첨가량에 비례적으로 증가한다. 7종의 첨가제 중 TBHQ가 가장 우수한 성능을 보이며 propyl gallate, butyl-amine, aniline, pyrogallol 등 4종의 첨가제도 목표치인 500 ppm 첨가 시 10 시간 이상의 성능을 보였다.
첨가제에 대한 밀도, 동점도, 전산가, 산화안정도 등을 품질기준과 비교하여 첨가제로서 적합한지 여부를 확인하였고, 그 결과 pyrogallol이 전산가에서 부적합하여 첨가제로서 적절하지 않은 것으로 나타났으며, hydroquinone계열의 TBHA, DTBHQ는 산화안정도에서 품질기준은 만족하나 연구과제의 목표치인 10 시간 이상에 미치지 못하는 결과를 보여 개발 첨가제로서는 결함이 있는 것으로 판정하였다. 또한 propyl gallate는 전산가에서 품질기준에 적합하나 500 ppm 첨가 시 수치가 높고 첨가제 함량 증가에 따른 전산가 증가 경향이 커서 첨가제로서 부적합한 것으로 판단된다.
첨가제의 함량에 따른 산화안정도 실험, 물리적/화학적 특성분석 등의 시험결과로 부터 TBHQ, butyl-amine, aniline 등이 바이오디젤 산화방지제로서 적합한 것으로 판단된다. 또한, 첨가제의 사용은 경제적 비용의 문제도 함께 고려하여야 하는 사항으로 바이오디젤의 품질 향상과의 적절한 검토가 요구된다.

후속연구

첨가제의 함량에 따른 산화안정도 실험, 물리적/화학적 특성분석 등의 시험결과로 부터 TBHQ, butyl-amine, aniline 등이 바이오디젤 산화방지제로서 적합한 것으로 판단된다. 또한, 첨가제의 사용은 경제적 비용의 문제도 함께 고려하여야 하는 사항으로 바이오디젤의 품질 향상과의 적절한 검토가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	바이오디젤의 제조기술에는 무엇이 제안되었는가?	[1] 자연에 존재하면서 에너지 자원의 고갈문제가 없는 재생 가능한 바이오메스인 대두유, 유채유, 팜유 등의 식물성기름 및 돈지, 우지 등의 동물성 지방과 폐식용유 등의 유지로부터 대량 생산이 가능한 바이오디젤은[2] 경유와 점도, 밀도 등의 물성이 유사하고[3-4] 세탄가가 높아 디젤엔진에서 압축착화연소가 가능하므로 연료공급시스템과 엔진의 특별한 구조 변경 없이 경유에 대체 또는 혼합하여 사용할 수 있고[5-11] 기존의 석유 유통 인프라를 그대로 활용할 수 있어 새로운 석유 대체연료로서 주목받고 있다. 이러한 바이오디젤의 제조기술에는 알카리촉매법[12], 산촉매법[13], 리파아제효소반응법[14], 초임계메탄올법[15] 등이 제안되고 있고 자동차용 연료로 사용 시에 연료 품질면에서 산화안정성과 겨울철 저온유동성 향상 등 기술적으로 해결하여야 할 문제들이 A. Monyem[16-18] 등의 연구에서 제시되고 있다.
	바이오디젤의 특징은 무엇인가?	석유자원의 고갈에 대응하고 지구 온난화의 주요 원인인 온실가스와 대기오염물질인 자동차 배출가스를 감소시키기 위하여 기존의 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 연료인 신재생에너지에 대한 관심이 집중되고 있다.[1] 자연에 존재하면서 에너지 자원의 고갈문제가 없는 재생 가능한 바이오메스인 대두유, 유채유, 팜유 등의 식물성기름 및 돈지, 우지 등의 동물성 지방과 폐식용유 등의 유지로부터 대량 생산이 가능한 바이오디젤은[2] 경유와 점도, 밀도 등의 물성이 유사하고[3-4] 세탄가가 높아 디젤엔진에서 압축착화연소가 가능하므로 연료공급시스템과 엔진의 특별한 구조 변경 없이 경유에 대체 또는 혼합하여 사용할 수 있고[5-11] 기존의 석유 유통 인프라를 그대로 활용할 수 있어 새로운 석유 대체연료로서 주목받고 있다. 이러한 바이오디젤의 제조기술에는 알카리촉매법[12], 산촉매법[13], 리파아제효소반응법[14], 초임계메탄올법[15] 등이 제안되고 있고 자동차용 연료로 사용 시에 연료 품질면에서 산화안정성과 겨울철 저온유동성 향상 등 기술적으로 해결하여야 할 문제들이 A.
	천연 산화방지제와 합성 산화방지제에는 무엇이 있는가?	바이오디젤 산화방지제는 천연 산화방지제와 합성 산화방지제로 구분할 수 있다. 천연 산화방지제에는 Tocopherol, Ascorbic acid, β-carotene 등이 있고, 합성 산화방지제는 페놀 화합물이 대표적이며 BHA(butylatedhydroxyanisole), BHT (butylatedhydroxytoluene), PG(propyl gallate), TBHQ(tert-butylhydroquinone)가 있다. BHT의 경우 가격이 저렴하다는 장점이 있다.

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743 Rancimat user guide, Metrohm

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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