• Proceedings of the KAIS Fall Conference
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• 2010.11a
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• pp.298-300
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• 2010

화석 연료인 석유, 천연가스, 석탄의 점진적 고갈이 예상됨에 따라 전 세계는 석유와 유사한 성질을 갖는 바이오 오일을 에너지원 및 화학원료로 사용하려는 노력이 증가하고 있다. 바이오 오일 활용분야 중 가장 큰 부분을 차지하고 있는 것은 바이오 디젤로 식물성 오일과 알콜의 전이에스테르화 반응에 의하여 생산되며, 바이오 디젤 1톤당 100kg의 글리세롤이 부산물로 생성된다. 본 연구에서는 바이오 디젤 부산물인 폐글리세롤을 이용하여 다양한 유도체의 생산 및 그 유도체의 가능성에 대하여 살펴보았다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.248.1-248.1
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• 2010

수송용 바이오연료로써 바이오디젤의 보급 활성화에 따른 원료인 식물성 기름의 가격 상승 및 수급 불안정성 문제를 해결하고자 그동안 활용되지 않았던 폐유지를 바이오디젤 생산 원료로 사용하여 바이오디젤 생산 단가를 낮추고 원료의 수급 안정성도 확보하려는 시도가 이루어지고 있다. 폐유지의 경우 대부분 유리지방산 함량이 높아 염기 촉매를 적용하는 방법으로는 비누의 생성으로 전환이 힘들며 산 촉매를 적용하여 유리지방산을 에스테르화하는 공정을 필요로 한다. 에스테르화 반응에서는 반응 부산물로 물이 생성되며, 생성된 물은 바이오디젤 생산 반응을 저해하고 역반응을 유도하며 촉매의 활성을 감소시킨다. 본 연구에서는 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분의 영향을 검토하였다. 산 촉매로 액상 촉매인 황산과 고체 산 촉매인 Amberlyst-15를 사용하였다. 초기 수분 함량이 0, 1, 2, 5, 10, 20%로 증가하였을 때, 지방산 메틸 에스테르 함량이 크게 감소하였으며, 1%의 수분 함량에서도 반응이 크게 저해받는 것으로 나타났다. 따라서 고유리지방산 함량 오일의 에스테르화 반응에서 수분에 의한 저해가 중요한 변수라는 것을 알 수 있다. Amberlyst-15는 황산보다 수분의 영향에 의해 지방산 메틸 에스테르 함량이 빠르게 감소하였다. 이는 다공성의 Amberlyst-15에서 생성된 물이 반응물질들이 active site에 접근하는 것을 방해하였기 때문인 것으로 생각된다. 황산을 사용하였을 경우에는 오일 대 메탄올 몰비를 1:3에서 1:6으로 증가시킴으로써 정반응 속도가 증가하여 수분에 대한 영향이 감소하는 현상이 나타났다. 에스테르화 반응 종료 12시간 후에 바이오디젤과 메탄올 내에 수분 함량을 분석한 결과 12%의 수분이 바이오디젤 층에 존재하며 88%의 수분은 메탄올 층에 존재하였다. 반응 중에 생성된 수분을 제거하기 위해, 에스테르화 반응 30분 후에 물을 포함하는 메탄올과 촉매 층을 새 메탄올과 촉매로 교환하는 2단계 반응을 수행함으로써 지방산 메틸 에스테르 함량을 향상시킬 수 있었다. 반응 초기에는 황산이 Amberlyst-15보다 높은 활성을 보였지만, 시간이 지날수록 두 촉매 사이의 에스테르화 성능 차이는 감소하였다. 따라서 2단계 에스테르화 반응이 수분의 저해작용을 줄이는 한 가지 대안으로 제안될 수 있다. 또한 에스테르화 반응에서 물의 저해 작용을 줄이기 위해 앞으로 투과증발막의 적용 또는 물에 저해작용을 받지 않는 구조의 촉매 사용을 검토할 필요가 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.05a
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• pp.176.1-176.1
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• 2011

바이오디젤 대체 원료로서 폐돈지, 폐우지를 이용한 오일 추출 및 바이오디젤 생산 반응을 진행하고 이때 사용되는 과잉 메탄올의 회수 및 재사용에 관한 연구를 수행하였다. 추출된 오일의 상태에 따라 전처리를 위한 에스테르화 반응여부를 판단하게 되지만 에스테르화 반응과 전이에스테르화 반응 모두에서 상당량의 과잉 메탄올을 투입하게 된다. 에스테르화 반응에서는 이론량보다 20~50배 가량을 투입하고 전이에스테르화 반응에서는 오일:메탄올 이론 몰비인 3:1 보다 2~4배 가량을 이용하게 된다. 에스테르화 반응에 사용되는 촉매는 균질계 액체 산 촉매와 불균질계 고체 산 촉매가 이용될 수 있으며 본 연구에서는 황산을 이용한 에스테르화 반응을 실시하였으며 전이에스테르화 반응에서는 KOH를 촉매로 이용하였다. 각각의 공정에 사용된 과잉 메탄올의 재이용 방안을 조사하였으며 메탄올을 단증류를 통해 회수하는 방법과 회수된 메탄올을 이용한 에스테르화 반응 및 전이에스테르화 반응을 실시해 반응성을 조사하였다. 이를 통해 미반응 과잉메탄올의 회수 정제시 메탄올의 최대 수분함량(%) 허용치를 결정할 수 있었다. 회수된 메탄올을 재이용함에 따라 바이오디젤 생산비 중의 원료(메탄올) 및 설비비 절감이 가능할 것으로 판단된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2011.11a
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• pp.113.1-113.1
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• 2011

미세조류 내의 엽록소는 바이오디젤 전환 반응에서 산 촉매의 활성을 억제 할 뿐만 아니라, 짙은 색상을 띄게하여 바이오디젤 품질규격으로부터 벗어나게 한다. 미세조류의 엽록소 분석은 용매에 의해 엽록소를 추출한 후, 흡광도를 측정하여 그 함량을 계산하는 방법을 널리 사용하고 있다. 건조된 미세조류의 분석은 선택되는 용매에 따라 최대 추출량이 달라지는 것을 제외하고 큰 문제가 없지만 미세조류를 lipid 오일로 변환하면, 용매에 녹지 않아 추출이 되지않는 문제가 발생하여 흡광도 측정을 어렵게 한다. 따라서 미세조류의 형태가 powder일 때와 오일인 경우를 구분하여 용매를 선택해야 하며, 오일 또는 powder 형태 구분 없이 사용할 수 있는 분석법을 적용하여 서로 다른 엽록소 함량을 비교한 후 분석법 간의 상호 장단점을 파악해야한다. 본 연구에서는 메탄올을 용매로 사용하는 분석법(porra et al.)과 아세톤을 용매로 사용하는 분석법(Humphrey and Jeffrey)을 적용하여 엽록소 함량을 비교하였고, AAS(Atomic Absorption Spectrometer)를 통한 Mg 함량 측정을 통해 엽록소 함량을 계산하는 분석법간의 차이를 확인하였다.

• Microbiology and Biotechnology Letters
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• v.39 no.3
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• pp.238-244
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• 2011

Biodiesel, mono-alkyl esters of long chain fatty acids, is one of the alternative fuels derived from renewable lipid feedstock, such as vegetable oils or animal fats. For decade, various lipases have been used for the production of biodiesel. However, the production of biodiesel by enzymatic catalyst has profound restriction in industry application due to high cost. To overcome these problems, many research groups have studied extensively on the selection of cheap oil sources, the screening of suitable lipases, and development of lipase immobilization methods. In this study, we produced biodiesel from plant oil using Proteus vulgaris lipase K80 expressed in Escherichia coli cells. The recombinant lipase K80 was not only expressed in high level but also had high specific lipase activity and high stability in various organic solvents. Lipase K80 could produce biodiesel from olive oil by 3-stepwise methanol feeding method. The immobilized lipase K80 also produced biodiesel using the same 3-stepwise method. The immobilized lipase could produce biodiesel efficiently from various plant oils and waste oils.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.38 no.6
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• pp.501-511
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• 2014

Bio-oil derived from biomass through fast pyrolysis process has the potential to displace a significant amount of petroleum fuels. However, the use of bio-oil in a diesel engine is very limited because of its poor properties, e.g., its low energy density, low cetane number, and high viscosity. Therefore, bio-oil should be emulsified or blended with other fuels that have high centane numbers. Because bio-oil has poor miscibility with petroleum fuels, the most suitable candidate fuels for direct mixing are alcohol fuels. In this study, bio-oil was blended with ethanol, and two types of cetane improvers were added to a blended fuel to improve the self-ignition property. The two types of cetane improvers, PEG 400 and 2-EHN, made it possible for bio-oil blended fuels to combust in a diesel engine with a maximum bio-oil content of 15 wt%. A high-compression-ratio piston is also proposed for the combustion of bio-oil in a diesel engine.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.250.2-250.2
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• 2010

빛과 공기 중의 이산화탄소를 고정화하여 생성되는 바이오매스(biomass)로부터 다양한 에너지 및 물질을 생산하는 연구는 석유고갈과 환경문제 해결의 한 방안으로서 활발히 진행되어 왔으며, 앞으로도 그 지속 가능성과 환경 친화성에 의해 바이오에너지 이용 및 보급은 꾸준한 증가세를 보일 것으로 전망된다. 바이오디젤, 바이오에탄올의 경우는 미국, 브라질, EU, 한국 등에서 상용화되어 사용되고 있으며 그 생산량이 계속적으로 증가하고 있다. 하지만, 바이오연료의 보급 증가는 식량 자원과의 충돌과 열대우림 파괴 등의 부작용을 일으키고 있다. 이러한 문제 해결의 일환으로 단위면적당 생산성이 대두, 유채보다 월등한 것으로 보고되는 미세조류에 대한 관심이 증가하고 있으며 우수 미세조류종 개발, 미세조류 고속배양 및 수확, 미세조류로부터 에너지 및 유용물질, 소재 생산에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 미세조류로부터 바이오디젤 원료유를 생산하기 위해 Soxhlet을 이용한 추출 방법을 이용하였다. 추출되는 오일은 사용 용매의 극성에 따라 물성과 추출 효율에 차이가 큰 것으로 나타났다. 강한 극성의 용매일 경우, 엽록소와 단백질이 같이 추출되는 문제가 있으며 약한 극성 용매는 세포벽의 방해로 용매가 세포내부로 흡수되지 못하는 문제가 있다. 추출 효율이 높은 극성용매의 경우 불순물을 제거해야 고순도의 바이오디젤의 생산이 가능하고 비극성 용매는 추출 오일의 물성은 좋으나 수율이 매우 낮게 측정되었다. 이러한 동시추출을 방지함과 동시에 추출 효율을 높이기 위해 본 연구에서는 세포벽 파괴 후 용매추출하는 방법으로서 미세조류를 Microwave에 노출시켜 오일 추출율을 증가시키는 전처리 연구를 수행하였다. 전처리시, Microwave에 의한 열 발생은 미세조류를 탄화시키기 때문에 열매체로서 물을 혼합하여 탄화를 방지하고 세포벽 내외부의 가열효과로 세포벽을 파괴하고자 하였다. Microwave에 의한 에너지 손실을 줄이며 세포벽 파괴에 효과적인 수분혼합비를 조사하였으며 Microwave에 노출 후 잔류수분을 건조하고 효율적으로 용매를 접촉시키기 위해 분쇄를 수행하였다. 모든 전처리 반응을 거친 미세조류에서 약 2배 증가된 추출수율을 얻을 수 있었으며, SEM을 통해 전처리 미세조류와 미전처리 미세조류를 분석해본 결과 전처리 미세조류의 다공성이 증가함을 확인하였다. 또한, 90%의 메탄올에 미세조류를 녹여 엽록소 함유량을 측정한 결과, 전처리 미세조류의 엽록소가 미전처리 미세조류보다 약 7배가량 감소함을 확인할 수 있었다.

• Journal of the Korean Applied Science and Technology
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• v.36 no.1
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• pp.324-332
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• 2019

Most countries including Korea and Indonesia have strong policy for implementing biofuels like biodiesel. Shortage of the oil feedstock is the main barrier for increasing the supply of biodiesel fuel. In this study, in order to improve the stability of feedstock supply and lower the biodiesel production cost, the feasibility of biodiesel production using two types of Indonesian tropical crop oils, pressed at different harvesting times, were investigated. R. Trisperma oils, a high productive non-edible feedstocks, were investigated to produce biodiesel by esterification and transesterification because of it's high impurity and free fatty acid contents. the kindly provided oils from Indonesia were required to perform the filtering and water removal process to increase the efficiency of the esterificaton and transesterification reactions. The esterification used heterogeneous acid catalyst, Amberlyst-15. Before the reaction, the acid value of two types oil were 41, 17 mg KOH/g respectively. After the pre-esterification reaction, the acid value of oils were 3.7, 1.8 mg KOH/g respectively, the conversions were about 90%. Free fatty acid content was reduced to below 2%. Afterwards, the transesterification was performed using KOH as the base catalyst for transesterification. The prepared biodiesel showed about 93% of FAME content, and the total glycerol content was 0.43%. It did not meet the quality specification(FAME 96.5% and Total glycerol 0.24%) since the tested oils were identified to have a uncommon fatty acid, generally not found in vegetable oils, ${\alpha}$-eleostearic acid with much contents of 10.7~33.4%. So, it is required to perform the further research on reaction optimization and product purification to meet the fuel quality standards. So if the biodiesel production technology using un-utilized non-edible feedstock oils is successfully developed, stable supply of the feedstock for biodiesel production may be possible in the future.

• Tribology and Lubricants
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• v.26 no.2
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• pp.111-121
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• 2010

The purpose of this study is to examine the effect of diesel soot contents on the deterioration of engine oil in terms of the changes in the dielectric constants of diesel engine oils. Therefore, it is figured out the level of oil deterioration by investigating how are the dielectric constants of diesel engine oils changed according to changes in diesel soot contents. The measured data will be able to be used as the reference data to judge the level of oil deterioration induced by diesel soot when the previously developed oil deterioration sensor will be applied at diesel vehicles in the future.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2007.06a
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• pp.579-584
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• 2007

대두유로부터 생산된 바이오디젤과 바이오디젤 혼합 연료유를 대상으로 지방산메틸에스터 함량과 화학적 분석을 통해 산화 특성과 오일의 수명 예측 연구를 수행하였다. 바이오디젤, 경유, BD5, BD20은 산화가 진행될수록 산가(Acid number), 동점도(Kinematic Viscosity) 및 밀도(Density)는 증가하였다. 산가 측정결과의 활용에 의해 임의의 온도조건에서 정확한 사용수명을 예측하기 위하여 화학속도론에 의거하여 각각의 연료에 대한 사용수명식을 도출하였다. 도출된 사용수명식으로부터 바이오디젤이 가장 빠르게 산화가 진행되었고 바이오디젤 혼합량이 증가할수록 사용수명이 단축되는 것을 확인할 수 있었다.