• 청정기술
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• 제27권2호
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• pp.198-204
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• 2021

본 연구는 네팔산 자트로파 오일을 원료로 사용하여 바이오디젤을 제조하는 불균일 촉매를 사용하는 2-step 공정에 초점을 맞추었다. 첫 번째 단계로, 네팔산 자트로파 오일에 함유된 FFA의 에스테르화 반응에서 Amberlyst-15의 재사용 횟수가 FFA의 에스테르화 반응에 미치는 영향을 고찰하였다. 두 번째로, 돌로마이트 비드 촉매를 적용한 전이에스테르화 반응의 scale-up 가능성을 확인하고자 하였다. 네팔산 자트로파 씨앗 120 kg을 이용하여 30 L (27 kg)의 자트로파 오일을 얻었으며 씨앗으로부터의 오일 수득율은 약 25.0 wt%이다. 자트로파 오일의 산가와 FFA 함량은 각각 11.3 mgKOH g^-1 및 5.65%로 측정되었다. 비드형태의 Amberlyst-15 촉매를 사용하여 자트로파 오일의 에스테르화 반응을 수행한 결과, 신규 Amberlyst-15 촉매를 사용한 경우 반응 생성물의 산가는 0.26 mgKOH g^-1까지 낮출 수 있었다. Amberlyst-15 촉매의 재생을 거듭할수록 Amberlyst-15 촉매가 비활성화되어 에스테르화 반응 성능이 저하됨을 알 수 있다. 비활성화의 원인은 촉매가 부서짐과 동시에 불순물이 침적되기 때문인 것으로 판단된다. 자트로파 오일의 에스테르화 반응에 Amberlyst-15 촉매를 5회까지 반복하여 재사용할 수 있음을 알 수 있다. 두 번째 단계인 전이에스테르화 반응에는 돌로마이트 촉매를 비드 형태로 대량 제조하여 사용하였다. 돌로마이트 비드 촉매가 90 g 장착된 spinning catalyst basket 반응기에서 전처리된 자트로파 오일의 전이에스테르화 반응을 통해서 반응 시작 후 2 h 후에 바이오 디젤 89.1 wt%에 도달하였으며, 이는 동일한 조건에서 soybean oil 의 전이에스테르화 반응 실험 결과와 거의 유사하였다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 추계학술대회 초록집
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• pp.106.2-106.2
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• 2010

동식물성 기름과 메탄올의 전이에스테르화 반응에 의해 생산되는 바이오디젤은 환경친화성과 지속가능성이 인정됨에 따라 그 생산량이 급격히 증가하고 있어 대두유, 유채유, 팜유 등의 원료유 부족과 가격 상승, 수급 불안정 등의 문제가 대두되고 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 유리지방산 함량이 높은 저가유지 자원(폐식용유, 폐돈지, 폐우지, soapstock, trapped grease)과 새로운 오일 작물을 이용한 생산 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 비활용 해외 열대작물 씨앗에서 착유한 식물성 오일을 정제하여 바이오디젤 원료유를 생산하는 과정에서 발생하는 폐기물(폐유, 폐수)의 경제적 처리 방안으로 유화유 제조 원료(벙커C유, 물)와 유화유 제조 첨가제(무기계, 유기계)로 활용 가능성을 검토하였다. 열대작물 오일의 물성 분석 결과 고형물, 수분, 인지질(phospholipid), 유리지방산(free fatty acid) 함량이 기존 원료유보다 매우 높게 나타났다. 인지질은 바이오디젤 제조 반응후 에스테르와 글리세린의 층분리를 방해하고 유리지방산은 염기촉매와 결합하여 지방산염을 생성해 생산 수율을 감소시킨다. 고형물과 수분 역시 촉매반응에 악영향을 가지나 여과와 감압증발에 의해 쉽게 제거가 가능하다. 유리지방산은 산촉매 에스테르화 반응에 의해 제거가 가능하다. 인지질은 탈검(degumming) 과정을 통해 제거하며 탈검은 수용성 탈검, 산 탈검, 세정 공정으로 구성된다. 착유한 원료유의 고형물을 제거 후 물과 수세하여 수용성 인지질을 수화하여 층 분리해 제거하고 상층의 오일은 추가적인 산 탈검을 수행한다. 그 뒤 세정을 통해 사용된 탈검제인 산과 추가적으로 수화된 인지질을 제거하게 된다. 이러한 3단계의 탈검 과정에서 하층으로 오일과 물이 폐기물로서 배출되며 본 연구에서는 배출 폐기물을 다시 층분리하여 오일층과 물 층으로 구분하여 유화유 제조에 사용되는 벙커C유, 물, 그리고 기존 유기계 및 무기계 유화제의 대체 가능성을 조사하였다. 유화 연료유는 기름과 물을 균일한 분산상으로 혼합한 연료유로 연소시 오일계 성분의 미연분을 감소시켜 연료 효율 제고와 배출가스 성상을 개선하기 위해 개발되어 왔다. 본 발표에서는 다양한 종류의 상용 첨가제 및 바이오디젤 원료유 생산 폐기물을 활용해 유화 연료유를 제조하였으며 각 유화유의 장시간의 상(phase) 안정성을 비교하였다. 바이오 폐기물 중에는 천연 계면활성제(surfactant)인 인지질이 다량 함유되어 있어 기존의 무기계 및 유기계 유화제보다 상 안정성이 우수하게 나타났으며 바이오디젤 원료유 생산 공정의 폐기물인 폐유과 폐수의 활용이 가능한 것으로 나타났다.

• 환경생물
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• 제30권1호
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• pp.31-38
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• 2012

한국 내 전국적으로 5곳의 담수에서 2010년 4월부터 2011년 6월에 걸쳐 담수시료를 채취한 후, 각 담수시료에서 $Botryococcus$ $braunii$의 출현을 확인하고 microcapillary-pipetting method를 이용하여 5주를 분리하였다. 분리된 $B.$ $braunii$의 18S rRNA sequencing 후, BLAST search를 통한 분석 결과는 $B.$ $braunii$와 가장 높은 상동성을 나타낸 것으로 확인되어 형태적 동정결과와 일치하였다. 진화, 계통분류학적 분석결과, 분리된 5주의 $B.$ $braunii$는 단일 계통인 Trebouxiophyceae으로 분류되었다. 18S rRNA sequence의 계통 분류학적 분석에서 $B.$ $braunii$ KNU6는 다른 분리된 $B.$ $braunii$와 같은 분류군 내에서 거리의 차이가 있었고, 또한 세포크기, 점액질의 양 등의 형태적 특징도 차이를 보였다. 한국에서 분리된 5주의 $B.$ $braunii$는 모두 race A type의 분류군에 포함되며, 탄소수 $C_{23}-C_{33}$의 지방산에서 유래된 alkadienes과 alkatrienes를 생산하는 것으로 사료되며, $B.$ $braunii$를 이용한 바이오디젤을 생산하기 위한 최적의 배양조건을 찾는 연구가 필요하다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권5호
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• pp.223-229
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• 2020

최근 3세대 바이오매스라고 알려진 미세조류를 이용하여 생산되는 바이오디젤은 기존의 교통수단에 사용되는 화석연료를 대체할 수 있는 유일한 재생에너지로 알려져 있다. 미세조류 중에서도 Scenedesmus obliquus는 다른 미세조류 대비 성장이 빠르고 건조세포무게 대비 지질을 40-50 % 축적이 가능하여 바이오디젤 생산에 있어 야외 및 대규모 재배에 적합한 지질생산 우수 종으로 알려져 있다. 미세조류를 이용한 바이오디젤 생산을 위해서는 높은 바이오매스 생산량 확보가 선행되어야 하며 배양공정의 제어를 위해 효과적인 세포 질량 측정 및 분석이 필요하다. 본 연구는 S. obliquus를 75일 동안 배양하며 흡광도, 현미경 이미지, 라만 분광법 등으로 미세조류의 성장 변화를 측정하고, 측정된 값들에 대한 상관관계를 관찰하였다. 배양 60일과 배양 75일 기간에, 흡광도의 변화량이 3 % 미만인 반면, 현미경으로 관찰한 미세조류의 숫자는 3배 이상 증가하였다. 또한, 라만 분광법으로 측정된 결과에서는 β-카로틴에 해당하는 997 cm^-1, 1148 cm^-1, 1515 cm^-1의 강한 피크값이 측정되었으며, 배양 기간 동안 β-카로틴의 피크값은 초기보다 3배 이상 증가하는 것이 관찰되었다. 따라서 라만 분광법을 이용하면 미세조류 배양에서 세포 내 성장 물질과 성장 정도를 알아내어 높은 바이오매스를 생산할 수 있을 것이다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제30권4호
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• pp.715-725
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• 2013

바이오디젤은 세계 화석연료의 흐름을 변화시킬 수 있는 환경 친화적 대체물질로 관심의 대상이 되고 있으며 대체연료 외에도 다양한 분야에서 수많은 응용 연구가 진행되고 있다. 최근에는 원유의 정제로부터 얻어진 석유제품을 대체하려는 다양한 움직임이 활발하게 진행되고 있다. 그 중 윤활기유로서의 식물성 오일은 급속도로 발전된 석유산업으로 인해 상용화 되지 못했던 오일로 관심의 대상이 되고 있으며 자연친화적 생분해성과 무독성, 윤활유로서의 낮은 휘발성과 우수한 계면윤활 등 대체 오일로써 충분한 가능성을 지니고 있다. 하지만 우수한 윤활 및 마모성능에도 불구하고 윤활연구에 넓게 활용되지 못했던 이유 중에는 지방산메틸에스테르가 갖는 열악한 산화안정성(oxidation stability) 및 열화안정도(thermal stability) 때문으로 보고되고 있다. 따라서 바이오디젤을 윤활기유 내 일정비율로 혼합하여 윤활성능 및 산화안정성의 변화를 확인하였으며 사구식 내마모 성능시험 후 발생되는 산화 및 열화현상을 알아보았다. 또한 산화에 따른 혼합 오일의 윤활특성 변화를 분석하였으며 이러한 결과를 바탕으로 윤활유 또는 윤활 향상제로서의 가능성을 살펴보았다.

• 대한기계학회논문집B
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• 제36권7호
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• pp.745-752
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• 2012

디젤엔진은 바이오연료 적용을 위한 엔진으로서 가솔린엔진과 비교해 사용연료가 바이오연료와 유사한 높은 세탄가를 가지며, 가솔린엔진과 달리 점화계통 장치의 불필요 등 기존 엔진의 개조비용 등에서 유리한 장점이 있다. 따라서 본 연구에서는 상용 디젤 엔진의 커먼레일 분사시스템을 사용하여 바이오연료인 식물성 팜유의 분무거동특성을 해석하고, 그 결과를 기존의 디젤엔진 연료인 경유와 비교 분석하였다. 실험변수로서는 분사압력과 경유에 대한 바이오디젤 연료의 혼합비율(BD3, BD5, BD20, BD30, BD50, BD100)을 달리하였다. 분사압력은 500bar, 1000bar, 1500bar 및 1600bar로 설정하고 분사기간은 $500{\mu}s$로 동일하게 하였다. 본 연구의 결과로서, 분사압력이 동일한 경우 사용한 바이오디젤 연료의 혼합비 변화에 대한 거시적 분무거동특성(분무선단도달거리 및 분무각)의 변화는 뚜렷하지 않았다. 특히 분무각의 경우 본 연구의 모든 실험조건에 있어서 약 $15^{\circ}$의 값을 나타내었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제39권7호
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• pp.716-721
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• 2015

환경오염에 대한 심각성이 대두되면서 대기오염에 대한 규제가 강화되고 있다. 육상에서 사용하는 자동차 및 산업용 발전설비 뿐만아니라 선박용 디젤기관에서도 규제를 시행하고 있어, 대체연료로서 바이오연료에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 따라서 실습선의 발전기관에 직접 바이오연료를 적용하여 기초적인 연구를 하고자 한다. 다만 실습선 안전을 위해 바이오연료의 비율을 많이 하지 못하지만 그래도 실험실에서 하는 작은 기관보다는 대형이면서, 큰 출력기관의 상태를 알아보는 중요한 기초자료가 될 것이다. 선박디젤발전기에서 바이오연료가 연소특성 및 배기배출물특성에 어떤 영향을 미치는지 연구하였다. 그 주요한 결과를 요약하면 다음과 같다. 바이오연료는 물리적 화학적 성분이 디젤경유와 비슷하여 실용 선박기관에 사용이 가능함을 알 수 있었다. 그리고 연료소비율과 NOx는 약간 증가하였으나, 일산화탄소와 매연은 감소하는 경향이 확인되었다. 또한 연소압력은 디젤경유와 바이오연료의 사용에 따라 크게 변화하지 않음을 알 수 있었다.

• 한국유기농업학회지
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• 제17권3호
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• pp.381-391
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• 2009

녹비 작물의 이용은 화학비료의 사용을 대체하고 물질순환에 의한 안전한 농작물 생산을 가능하게 할 수 있다. 이에 본 연구는 바이오디젤 생산의 원료로 이용되는 유채 종자의 유채의 녹비 환원에 의한 질소무기화 및 옥수수의 질소 흡수 389 수확 후 잔유물의 녹비 이용 가능성을 평가하였다. 유채 수확 후 잔류물의 질소함량은 0.53%로 낮았으며 탄질율은 63으로 나타났다. 유채 잔유물의 부숙기간 없이 환원 직후 파종한 처리구는 옥수수의 질소 흡수를 지연시켰으며, 생육에서도 30일간 부숙기간을 설정한 처리구의 옥수수보다 억제되어 유채 잔유물의 녹비 환원 직후 후작물의 파종은 주의해야 할 것으로 판단되었다. 유채 잔유물의 녹비 환원 90일 후 질소무기화는 암모늄태 질소(24.2mg/kg)보다 질산태 질소(58.4mg/kg)에서 높았으며, 방출된 무기태 질소에 대한 옥수수의 흡수 및 이용량은 부숙기간 없이 환원 직후 파종한 처리구와 30일간 부숙기간을 설정한 처리구에서 각각 86%와 88%로 나타났다.

• 공업화학
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• 제19권5호
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• pp.497-503
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• 2008

디젤 및 바이오디젤의 구성 성분 중에 포함된 n-파라핀과 포화 지방산 메틸에스테르가 저온에서 결정화되는 것을 방지하기 위하여 여러 가지 기술들이 알려져 있다. 그 중에서 메타크릴레이트 공중합체가 디젤의 유동점과 저온필터막힘점을 낮출 수 있는 효과적인 저온유동성 향상제로 알려져 있다. 본 논문에서는 C12, C18 및 C22 지방 알콜과 메타크릴산의 에스테르화 반응에 의하여 알킬 메타크릴레이트 단량체를 합성하여 스티렌과 30:70, 50:50 및 70:30의 몰 비율로 라디칼 공중합체를 합성하였다. 합성한 공중합체의 구조를 $^1H-NMR$ 및 FT-IR 스펙트럼으로 분석하였으며 GPC로 분자량을 측정하였다. 디젤 및 바이오디젤을 5% 함유한 경유(BD5)에 100~5000 ppm의 공중합체를 첨가하여 유동점 및 CFPP 등의 저온 유동성을 평가하였다. 저온 유동성을 평가한 결과, 스티렌-스테아릴 메타크릴레이트 공중합체(PStmSMAn)의 저온 유동성이 다른 공중합체에 비하여 우수하였으며 특히, PSt82SMA18 공중합체 5000 ppm을 함유한 BD5의 유동점이 첨가 전에 비해 $25^{\circ}C$, CFPP $9^{\circ}C$ 강하되는 결과를 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권1호
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• pp.88-91
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• 2014

본 연구에서는 Nannochloropsis oceanica로부터 바이오디젤 원료유로 활용하기 위한 미세조류 오일을 추출하였다. 용매추출법을 이용하여 오일을 추출하였으며, 미세조류의 건식 및 습식 조건에서 오일 추출률(yield) 및 오일 추출 효율(efficiency)을 비교하였다. N. oceanica는 지방산 함량이 317.8 mg/g cell으로 건조중량 대비 30% 이상의 높은 오일함량을 나타내었으며, 미세조류의 건식 조건에서 습식 조건보다 높은 오일 추출률을 나타내었다. 사용된 용매에 대해서 헥산 < 헥산-메탄올 < 클로로포름-메탄올 순으로 오일 추출률이 증가하였다. 그러나 추출된 오일의 지방산 함량을 분석한 결과, 오일 추출률이 증가할수록 지방산 함량은 감소하여 엽록소와 같은 불순물을 포함하고 있는 것으로 나타났다. 따라서 오일 추출률과 지방산 함량을 고려한 오일 추출 효율은 건식 조건에서 헥산-메탄올 이용 추출에서 82.6%의 가장 높은 효율을 나타내었고, 습식 조건에서는 클로로포름-메탄올 이용 추출에서 88.0%로 가장 높은 효율을 나타내었다. 따라서 경제적으로 미세조류의 건조가 가능한 경우에는 헥산-메탄올을 사용하고, 건조 비용이 높은 경우에는 습식 조건에서 클로로포름-메탄올을 사용한 용매추출법이 바람직하다.