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Applied Chemlstry,

Vo]. 13, No. 2, OCtober ZO09, 281－깠섭

폐식용유를 이용한 Bio- fuel의 물리화학적 특성

쇼섶보 · 남병욱’ · 킴수진 · 김해리 한국기술교육대학교

Chamcteristies of physicochemical proPerties on Bio- fuel manllfactU"d by

waste veget’ lble 011

鍵쁘소蜘쁘嫩므 · Bycong-Uk Nam" · Su-Jin Kim · Hae-RI Kim’Department of Apphed Chemical Englneering, Korea University of Technology and Education,

307 Gajeon ’ri, Byeongcheon- myeon, Cheonan, Chungnam 330- 708

AbstraCt

Fossil fuel resources are decreasing but environmental pollution 15 increaslng.

Fuel energies replacing petrodiesel must be environmentany feasible, technically

available and economically competitive. Recentiy, biodiesel has been more

artractive due to its environmental benefits and has been used as fuel of diesel

engine. In this work, we have dealt with waste vegetable oil(WVO) instead of

pure vegetable 011. Also, we prepared transesterified WVO(trans- WVO) through

transesterification of WVO. WVO/ diesel, trans- WVO/ diesel and WVO/ kerosene

blends were made with various compositions. Each blend was evaluated by

physicochemical properties which are viscosity, iodine value and the acid

number. Finally, we cou1d find some composition of the blends can be available

for apPlication in the diesel engine.

1 . 서 론 최근들어 화석연료의 사용량이 급증하면서， 온실가스（이산화탄소，COZ）가 대량 배출됨에

따라 지구 온난화가 가속화 되고 있고， 화석연료의 매장량 또한 한정되어 있어 자원 고갈의

위기에 직면하고 있다． 이에 세계 국가와 연구기관에서는 지구 온난화와 화석 연료의 고갈

의 문제를 해결하기 위해서 대쳬에너지의 개발을 적극적으로 시도하고 있다【1]. 이러한 대

쳬에너지 중 자동차 연료의 대체에녀지인 바이오 연료는 기존의 인프라를 거의 그대로 사용

할 수 있어 대쳬 에너지원으로 이상적인 것으로 평가 받고 있어 최근들어 그 사용량이 점진

적으로 늘어나고 있는 형국이다． 하지만， 바이오디젤의 원료인 옥수수등의 곡물가격 또한

그 수요에 힘입어 크게 상승하는 문제점을 야기한 바 있다．

본 연구에서 는 이 러 한 문제를 고려 하여 사용후 회수된 식물성 오일（폐식용유， Waste

Vegetable 011, WVO）과 이 를 전이 에 스테르화 반응후 제조한 식물성 오일

(Transesterification Waste Vegetable 011）을 경유（Diesel) 및 등유（Kerosene）와 조성별

로 블렌딩（Blending）하여， 물리화학적 물성치（점도， 요오드가 및 전산가）를 측정하여 자동차

연료로서의 이용 가능성을 확인하였다．

2. 실 험

28 1

I282 유정현 · 남병욱 · 김수진 · 김해리

본 연구에서 사용되어진 WVO는 대학 구내식당에서 나온 폐식용유를 사용하였다． 물성치

연구에 관한 재료는 요오드가（Iodine value) 측정법에 필요한 시약으로 Duksan Chemical

사의 CC14(Carbon Tetrachloride) , Kanto Chemical사에서 구입한 Wijs’s Reagent를 사용

하였고， Daejung Chemicals사의 KI (Potassium fodide）와 NAZSZO3(Sodium Thiosulfate

Anhydrous）을 사용하였다． 전산가 측정법에 필요한 시약은 Alfa Aesar사의 �－Naphtol

benzaine, D.I water, Duksan Chemical사의 C6HSCH3(Tofuene）와 (CH3)ZCHOH

(IsoPropyl Alcoh이）을 사용하였다． 본 연구에서는 경유 및 등유와 혼합하기 전， 회수된WVO에 포함되어 있는 불순물을 제거해주는 과정을 수행하였다． 불순물과 찌꺼기가 엔진으

로 유입되게 되면 엔진 안에서의 고온， 고압과 찌꺼기로 인한 코킹（coking）현상이 발생

[ 2,3］할 수 있어 입자를 충분히 제거해 줘야하므로， 필터링 장치를 이용하여 불순물을 제거

해주었다． Fig l. 은 필터링 장치의 도식도이다．

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1 ==:::::：닐F∥t.r·d wvoFig 1. Schematic description of the filtering process

본 연구에 사용된 전이에스테르화된 식물성 오일（trans-WVO）은 WVO의 트리글리세라이

드（tri-glyceride）와 메탄올（Methan이）의 전이에스테르화 반응에 의해 생성되어지며， 촉매제

로는 KOH(Potassium Hydroxide）을 사용하였다． WVO와 trans- WVO, 경유 및 등유를 성

분비 에 따라 균일하게 혼합해주기 위 해 HOMO- MIXER(Model:SSCS12CA）를 사용하여3O00rpm으로 10분 동안 WVO과 경유의 성분비（0/100, 10/9O, 20/8O, 50/ 50, 80/ 20.

100/0）로 혼합해주었고， trans- WVO와 경유의 혼합유 및 WVO와 등유의 혼합유를 위와 동

일한 성분비 별로 혼합해 제조하였다． 물성 연구의 하나인 점도는 OoC에서 400C까지 IOOC

간격을 주어 Blook field를 이용하여 점도 값을 측정하였다． 또 다른 물성치인 요오드가

(Iodine value) 측정은 Wij ’5 Reagent를 이용한 적정 방법을 사용하였다． 여기서 요오드가

란 ’유지 1009에 흡수되는 유지의 g수’로서 불포화 지방산 내에 있는 이중결합과 결합하는

요오드의 값을 구하는 지표이다． 전산가 측정방법은 �－Naphtol benzaine 지시약을 이용하

여 KOH를 가하여 적정하므로써 전산가를 측정하였다． 전산가란 ’유지 19속에 함유된 산성

성분을 중화시키는데 필요한 KOH mg수’를 말한다． 연료에 포함되는 유리지방산의 기준으로

서 알칼리를 이용한 중화적젓에 의해 펏가뒤다．

3. 결과 및 토론

3. 1 점도（Vi$cositv)

점도는 온도변화에 따라 영향을 받으므로， 온도가 낮아도 점도 상승이 적은 특성을 갖을

수록 연료 사용 시， 연료 분사에 유리하고 엔진부품에도 무리를 주지 않을 수 있다． 따라서

WVO와 경유의 혼합유와， 전이에스테르화 과정을 거친 trans- WVO와 경유의 혼합유를 0℃

웅용화학， 제 13 권 제 2 호． 2009

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폐식용유를 이용한 Bio:fuel의 물리화학적 특성 283

에서 40℃까지 10℃ 간격을 주어 점도를 측정하여 Fig 2. 로 나타내었다． 편의상 WVO와

경유의 혼합유를 BD라 칭하고， trans- WVO와 경유의 혼합유를 BDT라 칭하기로 하자． 이

때 숫자는 각각 WVO와 trans- WVO의 함유된 비율이다． 또한 WVO와 등유의 혼합유의 점

도 비교를 위하여 WVO와 등유의 혼합유의 점도를 같은 방법으로 측정한 결과를 Fig 3．에

나타내었다． 마찬가지로 WVO와 등유의 혼합유를 KBD로 칭하며， 표기는 위 와 동일하다．宛繃뉵 of h· “ㅏ硼沿ID눈”I

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Fig 2. Viscosity behaviors of WVO/ Diesel and trans- WVO/ Diesel blend compositions with a

variation of temperature.

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Fig 3. Viscosity behaviors of WVO/ Kerocene blends with a variation of temperature.

WVO와 trans- WVO를 동일 온도상에서 비교했을 시， trans- WVO가 WVO에 비해 점도

가 낮음을 확인할 수 있었으며， 이는 디젤유의 점도값에 근접하여 경유 대체유로서 가능성

을 확인하였다． 경유와 등유（kerocene）를 비교했을 때， 본래 등유의 점도 값이 더 작으므로

trans- WVO와 등유의 혼합유 제조는 의미가 없다고 판단하여 WVO와 등유의 혼합유에 대

해 조사하였다． 그 결과 WVO／경유 혼합유 대비 WVO의 함량이 더 늘어나도 경유와의 점

도 차이를 최소화 할 수 있음을 확인하였다． 또한 WVO와 등유 혼합유는 장기간 방치하여

도 상분리가 일어나지 않음도 확인하였다．

3. 2 요오드가（I。dine value)

요오드가는 측정을 통해 식물성 오일에 이중 결합이 얼마나 있는가를 조사할 수 있는 지

표로 Fig 4. (a）는 WVO와 경유의 혼합유의 성분별 요오드가 변화와 trans. WVO와 경유의

혼합유의 성분별 요오드가의 변화를 비교하여 나타낸 것이며， (b）는 WVO와 등유의 혼합유

의 성 분별 요오드가의 변화를 나타낸 것 이 다． 경 유에 비 해 WVO와 경 유의 혼합유 및

trans- WVO와 경유의 혼합유의 요오도가는 높게 나왔다． 또한 WVO와 등유의 혼합유의 경

우도 WVO의 비율이 커질수록 요오드가 값이 커지나， WVO와 경유의 혼합유와 큰 차이가

없음을 확인하였다． 이는 식물성유가 도입됨에 따라 화학구조상 이중결합이 증가함을 뜻하

고 이는 포화탄화수소 대비 동절기 응고 특성이 적어짐을 의미한다．

Applied Cheㅃstry, Vol. 13, N0. 2, 2009

ㅣ284 유정현 · 남병욱 · 김수진 · 김해리

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Fig 4. Iodine value

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behaviors with the ratio

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of WVO and trans- WVO at room temperature, (a)

WVO/ Diesel and trans- WVO/ Diesel blends, (b) WVO/ Kerosene blends.

3. 3 전산가（Acid Number)

전산가는 연료에 포함되는 유리지방산의 기준으로서 Fig 5. 는 각 성분별 전산가 측정치

를 나타낸것이다． 전이반응 전과 후를 비교했을때 전이 후 더 낮은 acid number를 가짐을

확인할 수 있었다． 이는 전이반응후 유리지방산이 적어짐을 의미하고 PH 측정결과 5에서 7

로 증가함을 확인하였다．

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Fig 5. The measured acid number of bio ’fuel

4. 결 론

본 연구에 서 는 대 체 에 너 지 원으로서 WVO의 엔진 연료로서 의 사용 가능성 을 알아보았다．

특히 경유 이외에도 등유와 혼합하여 변화를 시도해봄으로서 등유와 WVO의 성분비에 따른

물리�화학적 실험을 한 결과， 등유와 WVO를 혼합한 혼합유의 일부 조성에서도 디젤 엔진

에 적용이 가능한 점도와 요오드가 가지는 것으로 확인되었다． 한편， 전산가의 경우， 전이반

응에 의해 PH가 중성화되는 것으로 보아 전이반응전의 혼합유에 대한 PH 의존에 대해서 는

좀 더 보완이 필요하다고 판단된다．

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웅용화학， 제 l3 권 제 2 호， 2009