초음파가 도입된 전이에스테르화 반응을 이용한 돈지원료 바이오디젤의 제조

Production of Lard Based Biodiesel Using Ultrasound Assisted Trans-Esterification

동물성유지는 식물성유지에 비해 산화안정성이 뛰어나며, 높은 발열량과 세탄가를 보여 불완전 연소율이 낮다는 장점을 가지고 있으나 포화지방산의 함량이 높고, 원료유지에 불순물 함량이 높아 정제과정이 필요하다는 단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 동물성 유지로 폐돈지를 선정하여 초음파에너지를 이용한 전이에스테르화반응의 최적조건을 설정하고자 하였다. 또한 기존공정의 가열 및 교반을 대체할 수 있는 초음파에너지 효과를 확인함으로써 새로운 바이오디젤 제조공정을 제시하고자 하였다. 기존가열방식을 이용한 폐돈지의 전이에스테르화 반응은 $55^{\circ}C$에서 메탄올과 돈지의 반응몰비 12에서 1 h 반응한 경우 가장 우수한 전환특성을 나타내었다. 전이에스테르화 반응에 초음파에너지를 조사할 경우 최적 초음파 조사세기 500 W에서 반응시간을 30 min으로 크게 단축할 수 있었다. 또한 제조된 바이오디젤의 성능평가 결과 점도는 $0{\sim}70^{\circ}C$ 범위에서 1.3~4.0 cP, 발열량은 40.3 MJ/kg으로 바이오디젤 성능기준을 만족하였다.

An animal fat is an attractive biodiesel energy source for its high stability against oxidation and low incomplete combustion ratio due to the high heating value and cetane value. However, it requires a refinery process because of the high content of saturated acid and impurity which increas the boiling point. In this study, the optimum biodiesel synthetic process of lard is suggested. Indeed, we demonstrate new biodiesel production processes to alter conventional process of heating and mixing by applying ultrasonic energy. While the optimum reaction temperature and mole ratio of methanol and lard, when using conventional mixing and heating process, were $55^{\circ}C$ and 12, respectively, the reaction time were reduced to 30 minutes by applying ultrasonic irradiation power of 500 W. The new process applying ultrasonic irradiation yielded synthetic biodiesel properties as followings: 3.34 cP of the viscosity, 37.0 MJ/kg of the caloric value and below 0.25 mgKOH/g of the acidic value, which satisfy biodiesel quality criteria.