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바이오원유-에탄올/파일럿 디젤유 이종연료 혼소를 통한 디젤엔진의 연소 및 배출가스 특성에 관한 연구
A Study on Combustion and Emission Characteristics of a Diesel Engine Fuelled with Pyrolysis Oil-Ethanol and Pilot Diesel 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.18 no.5, 2017년, pp.420 - 427  

김민재 (가천대학교 대학원 기계공학과) ,  이석환 (한국기계연구원) ,  조정권 (교통안전공단) ,  윤준규 (가천대학교 기계공학과) ,  임종한 (가천대학교 기계공학과)

초록
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최근 화석연료의 고갈, 지구온난화 그리고 환경오염이 세계적인 공공의 문제로 대두됨으로써 신재생에너지에 관한 연구들이 많이 진행되고 있다. 이러한 신재생에너지들 중 바이오연료는 다루기 쉬울 뿐만 아니라, 낮은 가격과 풍부한 자원성이 미래에 화석연료를 대체할 수 있는 잠재성을 가지고 있다. 바이오연료 중 본 연구에서 사용한 급속 열분해유는 폐목재나 억새, 갈대와 같은 비식용작물에서부터 추출되었고, 이는 무한한 자원성 때문에 디젤엔진에서 디젤유를 대체할 신재생에너지로 주목받고 있다. 하지만 열분해유는 낮은 세탄가, 높은 점도, 높은 산도 그리고 낮은 발열량으로 인해 디젤엔진에 직접적으로 적용하기가 어렵다. 따라서 이러한 낮은 물질적 특성을 개선하기 위해서 본 연구에서는 에탄올과 같은 알코올계 연료와 혼합하여 투입하였다. 알코올계 연료인 에탄올이 열분해유의 저장 및 보관성에도 도움을 줄뿐 아니라 점도를 낮춰주어 엔진에 적용하기 수월하게 만들기 때문이다. 열분해유-에탄올 혼합연료를 파일럿 분사한 디젤유 이후 분사하여 연소시켜 이때의 연소 및 배기특성에 대해 고찰해 보았고, 그 결과로 미연탄화수소와 일산화탄소는 증가하는 경향을 띄지만 NOx와 PM이 현저히 줄어든 결과를 확인할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Recently, the depletion of fossil fuels, global warming and environmental pollution have emerged as a worldwide problem, and studies of new renewable energy sources have been progressed. Among the many renewable energy sources, the use of bio fuel has the potential to displace fossil fuels due to lo...

주제어

#Combustion   #Diesel Engine   #Dual Fuel   #Emission   #Ethanol   #Pilot Injection   #Pyrolysis Oil  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 디젤엔진의 단점인 PM과 NOx의 배출을 동시에 저감하기 위해 디젤엔진에서 이종연료의 연소 전략을 시행하였으며, 다음과 같은 결과를 얻었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
제1세대 바이오연료는 어떤 문제를 야기할 수 있는가? 현재 신재생에너지를 개발하는 연구들 중 하나가 바이오매스를 통해 고체나 액체, 기체상의 연료를 제조하는 연구이다[1-4]. 현재 사용되고 있는 제1세대 바이오연료인 바이오에탄올, 바이오디젤은 콩이나 옥수수와 같은 식용작물에서 제조되기 때문에 부차적인 문제로 기아나 기근과 같은 윤리적인 문제를 야기할 수 있다. 하지만 본 연구에서 사용된 목질계 열분해유(Wood Pyrolysis Oil, WPO)는 제2세대 바이오연료로서 폐목재, 톱밥, 억새와 같은 비식용작물에서 제조되기 때문에 그 자원의 양이 무한에 가까우며 자유롭게 얻을 수 있다.
목질계 열분해유는 어떤 단점이 있는가? 실제로 산림자원이 풍부한 북미나 북유럽에서는 이 목질계 열분해유를 난방용 연료로 사용하거나 발전용 보일러와 터빈에 성공적으로 이용하고 있으며, 정제과정을 통하여 좀 더 고품질의 오일로 제조하여 자동차나 선박과 같은 수송용 운송기관에 적용하려고자 하는 시도들이 진행되고 있다. 그러나 목질계 열분해유는 그 연료의 특성상 발열량과 자발화특성이 낮으며 연료내 고체입자들로 인해 연소특성이 저하되는 단점이 있다. 또한 높은 점도와 산도를 보유하고 있어 미립화특성을 저하시키고 연료분사계를 쉽게 손상시키는 단점이 있다.
제2세대 바이오연료는 어떤 분야에서 사용되고 있는가? 하지만 본 연구에서 사용된 목질계 열분해유(Wood Pyrolysis Oil, WPO)는 제2세대 바이오연료로서 폐목재, 톱밥, 억새와 같은 비식용작물에서 제조되기 때문에 그 자원의 양이 무한에 가까우며 자유롭게 얻을 수 있다. 실제로 산림자원이 풍부한 북미나 북유럽에서는 이 목질계 열분해유를 난방용 연료로 사용하거나 발전용 보일러와 터빈에 성공적으로 이용하고 있으며, 정제과정을 통하여 좀 더 고품질의 오일로 제조하여 자동차나 선박과 같은 수송용 운송기관에 적용하려고자 하는 시도들이 진행되고 있다. 그러나 목질계 열분해유는 그 연료의 특성상 발열량과 자발화특성이 낮으며 연료내 고체입자들로 인해 연소특성이 저하되는 단점이 있다.
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참고문헌 (10)

  1. M. Ringer, V. Putsche and J. Scahill, Large scale Pyrolysis Oil Production: A Technology Assessment and Economic Analysis, Technical Report, NREL/TP-510-377779, 2006. 

  2. Y. Solantausta, N. Nylund, M. Westerholm, T. Koljonen and A. Oasmma, "Wood-Pyrolysis Oil as Fuel in a Diesel-power Plant", Bioresource Technology, Vol. 46, pp. 177-188, 1993. DOI: https://doi.org/10.1016/0960-8524(93)90071-I 

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  3. A. Shihadeh and S. Hochgreb, "Diesel Engine Combustion of Biomass Pyrolysis Oils", Energy & Fuels, Vol. 14, pp. 260-274, 2000. DOI: https://doi.org/10.1021/ef990044x 

    상세보기 crossref

  4. R. Prakash, R. Singh and S. Murugan, "Performance and Emission Studies in a Diesel Engine Using Bio Oil-diesel Blend", 2011 2nd International Conference on Environmental Science and Technology, Vol. 6, pp. 428-433, 2011. 

  5. A. Acala, and A. V. Bridgwater, "Upgrading fast pyrolysis liquids: blending bio-oil, bio diesel and (bio)alcohols", TCbiomass, 2011. 

  6. D. Chiaramonti, A. Oasmma and y. Solantausta, "Power Generation Using Fast Pyrolysis Liquids from Biomass", Renewable & Sustainable Energy Reviews, Vol. 11, pp. 1056-1086, 2007. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2005.07.008 

    상세보기 crossref

  7. S. K. Yoon, N. J. Choi and M. S. Kim, "Effects of canola biodiesel fuel blended with diesel on the combustion and exhaust emissions characteristics in a CRDI engine", Journal of the Korean Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 13, No. 5, 2573-2578, 2014. 

  8. S. K. Yoon and N. J. Choi, "Effects of injection timing on the combustion and emission characteristics in a common rail diesel engine with bio-diesel blended fuel", KAIS Spring Conference, pp. 90-91, 2014. 

  9. B. Beld, E. Holle, and J. Florjin, "An experimental study on the use of pyrolysis oil in diesel engines for CHP applications", 19th European Biomass Conference and Exhibition, pp. 1191-1187, 2011. 

  10. S. H. Lee, Y. G. Jang, S. H. Kim, and J. H. Lim, "Feasibility Study of Using Wood Pyrolysis Oil in a Dual-Injection Diesel Engine", Transactions of KSAE, Vol. 22, No. 4, pp. 1-9, 2014. DOI http://doi.org/10.7467/KSAE.2014 

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