• 한국재난정보학회 논문집
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• 제17권1호
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• pp.10-24
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• 2021

연구목적: 본 연구의 목적은 현재 대체연료로 사용하고 있는 바이오디젤과 일반디젤 혼합물의 위험성을 장비별(태그방식과 펜스키마르텐 방식) 시험방식에 따른 인화점 및 연소점의(밀폐, 오픈) 차이를 비교 분석, 측정함으로서 혼합물의 위험성을 확인하고, 화학물질의 위험성 평방법을 확립하여 화재원인 물질의 감식과 감정에 참고 자료로 활용하고자 함이다. 연구방법: 인화점 실험 방법 및 결과 처리는 원유 및 석유 제품 인화점 및 연소점 시험방법으로 사용되고 있는 테그밀폐식 및 펜스키마텐스식 시험방법인 ASTM 및 KS M mode를 기준으로 실험하였다. 본 실험에 사용한 장비의 제조사는 일본의 TANAKA사에서 생산한 장비로 KS M 2010의 시험규격을 만족하는 시험장비로 인화점 및 연소점을 측정하였고, 바이오디젤과 일반디젤 혼합물의 시험방식에 따른 인화점(밀폐, 오픈) 차이를 확인하고, 바이오디젤과 일반디젤 혼합물의 발화점을 기존의 디젤과의 비교 발화위험성을 비교 분석하였다. 연구결과: 실험결과를 살펴보면 먼저 혼합물의 인화 위험성에 대한 실험 결과 분석으로 인화점이 64.5℃인 일반 디젤을 기준으로 했을 때 바이오디젤이 70% 함유된 물질의 인화점은 약 92℃로 확인되었고, 가솔린과 바이오디젤 또는 바이오디젤 혼합물을 합성했을 때 인화점이 낮아지는 경향을 확인할 수 있었다. 아울러 인화점과 연소점의 차이는 약 20~30℃정도로 분석되었고, 소량의 가솔린 또는 메탄올의 혼합시 인화점은 낮아지나, 연소점은 기존의 혼합물의 연소점과 유사하다는 것을 확인하였다. 결론: 본 연구에서는 기존의 위험물안전관리법렬상의 위험물 판정 기준에 대한 세부내용의 실효성 확보 및 위험물 판정의 신뢰성 및 재현성 확보를 목적으로, 인화성 혼합물에 대한 실험적 연구를 통해서 혼합물에 대한 위험성 판단기준을 확인, 소방현장에서 단속되는 인화성 액체 대한 실험적 판정 기준에 대한 참고적인 자료를 제공할 수 있을 것이다. 또한 향후 본 연구로 시험방법별 실험에 대한 노하우를 축적한다면 위험물의 위험성 평가 연구에 있어 기초 자료이자 위험물 판정에 관한 연구의 기반으로 활용될 수 있기를 기대한다.

• 공업화학
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• 제29권1호
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• pp.1-9
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• 2018

미세조류는 바이오연료 생산을 위한 가장 지속가능하고 장래성이 좋은 생산 원료로 여겨지고 있다. 하지만 최근의 몇몇 전과정평가 연구에 의하면 미세조류 바이오디젤 생산, 특히 배양 단계에 많은 에너지가 소요된다는 단점이 있다. 유기탄소, 질소 및 인과 같은 영양분, 그리고 배양에 필요한 용수 비용이 전체 배양 단계의 80%까지 이를 수 있다. 본 총설에서는 최근 미세조류 배양에 필요한 인공배지의 대체용으로 사용 가능성이 높은 하폐수, 유기비료 연소배가스, 유기성 폐기물 등에 대한 최근의 활용 경향과 사용 전략에 대하여 문한 조사를 통해 요약 및 고찰하였다.

• KSBB Journal
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• 제23권5호
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• pp.413-418
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• 2008

본 연구에서는 통성 혐기성 세균인 K. pneumoniae DSM2026 K. pneumoniae DSM4799를 이용하여 국내 바이오디젤 생산공정에서 발생된 폐글리세롤로부터 1,3-PD을 생산하고자 하였다. 폐글리세롤은 전처리 없이 이용하여 폐글리세롤에 포함되어 있는 불순물의 영향을 알아보았다. 실험 결과, 회분식 발효에서 폐글리세롤을 사용한 경우 순수 글리세롤에 비해 $1.1{\sim}2.5$배 향상된 1,3-PD 증가량을 나타내었으며, 이를 통해 바이오디젤 부산물인 폐글리세롤은 순수 글리세롤보다 효과적인 1,3-PD 생산 기질로의 사용가능성을 확인하였다. 배양액에서 글루코스 첨가 유무에 따른 1,3-PD의 생성 변화를 살펴본 결과, 글루코스에 의해 미생물의 성장이 30% 증가된 반면, 1,3-PD의 생산량은 글루코스가 첨가되지 않은 배양액에서 $1.3{\sim}2.9$배 정도 증가되었다. 또한 1,3-PD 발효 부산물인 2,3-BD 생산량은 글루코스 첨가시 $6{\sim}9\;g/L$까지 증가하는 경향을 보였다. 반회분식 배양에서는 글루코스 미첨가시 폐글리세롤로부터 26 g/L의 1,3-PD가 생성되었으며, 이는 순수글리세롤 사용했을 경우에 비해 $2{\sim}3$배 높은 생성량이었다. 본 연구를 통해, 전처리 과정을 거치지 않은 바이오디젤 부산물인 폐글리세롤이 효과적으로 1,3-PD 생산에 이용될 수 있음을 알 수 있으며, 이를 통해 보다 가격경쟁력이 있는 생물학적 1,3-PD 생산이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2007년도 춘계학술대회
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• pp.589-593
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• 2007

재생 가능한 자원인 동식물성 기름을 원료로 제조되는 수송용 연료 바이오디젤은 낮은 대기오염물질 배출과 $CO_2$ Neutral 특성으로 환경친화적인 연료로 인정을 받으며 전세계적으로 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 대부분의 상용화 공정은 염기촉매를 이용한 전이에스테르화 반응에 근거하고 있으며 높은 생산성을 위해 연속 공정을 채택하고 있다. 원료유 중의 유리지방산(free fatty acid, FFA)은 염기 촉매와 반응하여 지방산염(Soap)과 수분을 생성하며 반응촉매의 투입양을 증가시카고 반응 후에 글리세롤과 지방산 메틸에스테르와의 분리를 어렵게 만든다. 높은 수율과 후속공정의 부하를 줄이기 위해서는 식물성 원료유 중의 FFA는 고체 산촉매 하에서 메탄올과 에스테르화 반응시켜 전환 제거되어야 한다. 본 연구에서는 고체산 촉매인 Amberlyst-15을 충전한 4단 PBR(Packed Bed Reactor, 충전율 60%(v/v))에서 반응시간과 반응온도에 따른 대두원유의 전처리 효율을 조사하였으며 최적 전처리 조건을 도출하였다. 최적 전처리 조건에서 대두원유는 초기 산가 1.6에서 0.4-0.6으로 연속 전처리할 수 있었다. 본 연구에서는 연속 흐름 반응기인 PFR(Plug Flow Reactor)와 4단 CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor)에서 균질계 촉매인 KOH 존재하에 대두유와 메탄올과의 전이에스테르화 반응 특성을 조사하였으며 각 연속 반응시스템에서 최적 운전 조건을 도출하였다. PFR 반응기에서 반응온도, 반응시간, 반응물 흐름방향, static mixer(SM) 개수에 따른 반응특성을 조사한 결과, PFR에서의 최적 반응조건은 하향류 흐름 방향과 3개의 SM를 설치한 조건에서 반응시간 5.8분, 반응온도 90$^{\cdot}C$, 메탄올:오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%로 도출되었다. CSTR 반응기에서는 반응온도와 체류시간에 따른 반응특성을 조사하였으며 최적반응 조건으로 반응온도 80$^{\cdot}C$, 메탄올/오일 몰비 9:1, KOH 농도 0.8%, 체류시간 18.4분, 교반속도 250rpm로 조사되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권1호
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• pp.194-199
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• 2008

본 연구에서는 자트로파 오일로부터 바이오디젤을 생산하는데 적합한 유리지방산의 에스테르화 조건을 검토하였다. 자트로파 오일의 초기 산가는 11.5 mg KOH/g으로, 알칼리 촉매를 적용한 직접 전이에스테르화 공정은 바이오디젤 수율이 낮은 문제가 있어 유리지방산을 산촉매를 사용하여 에스테르화 후 전이에스테르화하는 2단계 반응공정의 적용이 필요하였다. 전처리 공정에 적합한 고체 산 촉매를 도출하기 위해 4가지 고체 산 촉매에 대한 성능 비교 연구를 수행하였으며 Amberlyst-15를 최적 촉매로 선정하였다. Amberlyst-15를 사용한 반응표면분석법(response surface method, RSM)에 의해 구한 최적 전처리 반응조건은 메탄올 6.79%, 촉매 17.14%로, 산가가 0.7 mgKOH/g으로 감소하였다. 전처리 후 알칼리 촉매 KOH를 이용한 전이에스테르화 반응을 가압 회분식 반응기에서 수행하여 바이오디젤을 생산하였다. 그 결과 지방산 메틸 에스터(fatty acid methyl ester, FAME) 함량 97.35%를 비롯하여 산화 안정성 8.17 h, 총 글리세롤 함량 0.125%, 저온필터막힘점(cold filter plugging point, CFPP) $0^{\circ}C$ 등으로 나타났으며 주요 바이오디젤 품질규격을 모두 만족하였다.

• KSBB Journal
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• 제22권4호
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• pp.228-233
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• 2007

동물성 유지로부터 알칼리 촉매를 사용한 전이에스테르화 반응에 있어 적정 반응조건을 탐색한 결과는 다음과 같다. 1 L 규모의 회분식 반응기에서 적정 반응조건은 반응온도 65$^{\circ}C$, KOH 1.0% (w/w), 그리고 유지와 메탄올의 몰 비 (1:15)의 조건에서 20분 동안 반응 시에 98.9%의 높은 지방산 메틸에스테르 함유량을 얻을 수 있었다. 또한, 생산한 지방산 메틸에스테르의 물성을 분석해 본 결과, 점도는 4.2 (40$^{\circ}C$, cp)로 감소하였으며, 산가 0.08 (mg KOH/g), 밀도 865 ($15^{\circ}C,\;kg/m^3$)로 국내 바이오 디젤 품질규격을 만족시키는 결과를 얻었다. 알칼리 촉매를 이용한 동물성 유지의 전이에스테르화에 관한 연구를 통하여 식물성 유지와 더불어 바이오디젤의 원료 유지로써 동물성유지의 사용 가능성을 확인할 수 있었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.251.1-251.1
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• 2010

바이오디젤은 동식물성 기름과 메탄올의 트랜스에스테르화 반응에 의해 생산되는 지방산메틸에스테르(FAME, fatty acid methyl esters)로서, 트랜스에스테르화 공정에는 KOH, NaOH, $NaOCH_3$등의 균질계 화학촉매를 이용한 방법, 무촉매 공정인 초임계 메탄올 이용 방법, 그리고 효소촉매를 이용한 방법이 있다. 초임계 공정은 에너지 소비와 장치비가 커서 경제성이 떨어지는 것으로 보고되며 화학촉매 공정은 반응 효율이 높다는 장점을 가지고 있지만, 반응 및 정제단계가 복잡하고 정제과정에 폐수를 발생시키는 문제점을 가지고 있다. 고정화 효소를 사용하는 효소 공정은 에너지 비용의 절감, 후 처리 공정의 단순화, 고 순도의 글리세롤을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 반응 속도가 느리고 효소 가격이 비싸다는 단점이 있어 현재까지 상업화되지 못하고 있다. 반응속도가 높고 재사용이 가능한 효소 촉매 공정 개발을 위해 본 연구에서는 Candida rugosa, Rizhopus oryzae 2종을 실리카에 동시 고정화하였다. 고정화 Lipase의 제조는 실리카겔을 과산화수소를 이용하여 전처리를 하고 Acetone과 3-APTES의 혼합용액을 첨가한 후 실리카겔과 (silanization)을 진행 하였다. 그리고 glutaraldehyde를 첨가 하여 공유 결합을 형성 한 후에 증류수를 사용하여 실리카겔을 회수하여 lipase(Rizhopus oryzae, Candida rugosa 10% 용액)를 고정화 하였다. 고정화 효소의 효소 활성을 측정한 결과 3000-3500 Unit(${\mu}mol/g{\cdot}min$)으로 측정되었다. 제조된 고정화 효소를 이용하여 Canola Oil을 바이오디젤로 전환하는 실험을 진행하였으며 생성물로부터 고정화 효소를 분리한 후에 상층의 에스테르층을 취하여 수세한 뒤 원심분리하여 FAME 함량을 측정한 결과 83%의 바이오디젤을 얻을 수 있었다. 그리고 효소 촉매 트랜스에스테르화 반응의 Enzyme, Water, Methanol 투입량의 반응 변수들에 대하여 반응표면분석법(Response Surface Methodology)을 적용하여 최적 반응조건을 도출하는 연구를 수행하였다.

• 청정기술
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• 제11권4호
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• pp.171-179
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• 2005

바이오디젤은 동물성 또는 식물성 유지를 알코올과 반응시켜 생성된 물질로서 경유와 유사한 특성을 가지고 있어 기존 제품에 혼합하여 연료로 사용하고 있으며 대기오염을 감소시키는 효과와 재생 가능한 바이오매스로부터 생산된다는 장점을 가지고 있다. 기존의 알칼리 또는 산성 촉매를 사용하는 공정에 비하여 초임계 상태의 메탄올을 사용하여 바이오디젤을 제조하는 공정은 반응시간이 짧고 촉매를 사용하지 않아 분리/정제 공정이 단순하여 경제적이기 때문에 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 국내의 경우 연간 20만톤의 폐식용유가 발생하고 있기 때문에 이의 재활용 방안으로 국내 고유의 초임계 공정이 상업화 될 경우 막대한 에너지 회수와 이산화탄소 저감 그리고 환경 개선 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 추계학술대회 초록집
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• pp.171.2-171.2
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• 2011

지속가능한 발전과 저탄소 녹색성장의 개념이 대두되면서 우리나라를 비롯한 주요 선진국은 자국의 화석연료 의존도를 낮추고 대체에너지로 환경친화적이며, 청정에너지로 각광받는 신 재생에너지의 활용에 경제적, 정책적 지원을 아끼지 않고 있는 실정이다. 실제로 유럽에서는 바이오매스의 일종인 우드칩을 활용한 가정용 보일러가 보급되고 있으며, 동남아시아에서는 열대식물을 이용한 저온열분해를 활용하여 바이오디젤을 생산하고 있다. 우리나라의 경우 대부분의 바이오매스는 발생되는 임야에서 재이용되거나 경제성이 있을 경우에 운송되어 재활용되고 있으며, 임부목과 같은 일부 바이오매스는 수익성이 없어 발생현지에 방치되는 경우도 있다. 본 연구에서 주목한 왕겨의 경우 미곡종합처리장에서 대량으로 발생되지만 그 활용도에 있어서 축적된 바이오에너지에 비해 에너지회수율이 저조하다고 할 수 있다. 왕겨는 임야에서 발생되는 폐목재나 다른 바이오매스에 비해 함유되어 있는 수분이 적고(12%), 휘발분의 함량이 많으며(58%), 고정탄소(17%), 회분(13%)로 열분해/가스화에 적용가능하다. 본 실험에서 생산된 합성가스의 활용방법으로는 보일러를 이용한 스팀 및 전력생산, 가스엔진을 이용한 전력생산, 폐열회수 등이 있으며 생산된 합성가스를 활용하기 위해서는 오염물질의 정제특성에 대한 연구가 선행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 합성가스 내에 존재하는 분진, 타르, HCl, HCN, $NH_3$의 제거효율을 조사하였다.

• Journal of Plant Biotechnology
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• 제37권1호
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• pp.25-46
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• 2010

최근 원유 및 석탄 등의 가격 급등에 따른 에너지 비용이 가중되고 있으며 지속적인 상승이 예상되어 기업은 물론 개인들도 에너지 사용에 보다 많은 부담을 가지게 될 것이다. 따라서 에너지원을 다양화하고 에너지를 안정적으로 공급하는 체계 구축이 시급하며, 기후변화협약의 규제에 대응하고 기존 에너지원과의 가격경쟁력을 확보하여 차세대 산업으로 성장시키기 위한 기술 확보가 절실한 시점이다. 유럽의 경우 바이오디젤 원료 및 공업적 원료로서 식물성 유지확보에 많은 정책적 배려를 하고 있다. 식용 식물성유지의 과잉생산에 따른 폭락과 미국과의 무역마찰을 피하기 위해 농업의 재편을 시도하고 있으며, BHA (Blair House Agreement)를 미국과 맺고 우루과이라운드에 입각한 국산 보조프로그램에 관련된 문제를 해결하였다. 온대지방에서 바이오디젤 연료의 원료로 적합한 유채 기름은 이미 유럽에서 상용화가 이루어지고 있으며, 유채기름을 구성하고 있는 지방산 중에서 oleic acid 함량이 높아야 겨울철 저온유동점이 영하로 낮아져 바이오디젤을 자동차연료로 쓰기에 유리하다. 중부 이남의 농지에 2모작으로 유채재배가 국내에서 가능할 경우 바이오디젤 원료확보와 동시에 헥타르 (ha) 당 7톤 이상의 이산화탄소 ($CO_2$)저감을 주는 효과가 있으며, 농업분야에서 환경 친화적 바이오에너지 생산이 가능해 지고 농민들의 소득증대와 관상용으로 지역관광 발전에도 크게 도움이 될 수 있을 것으로 생각된다.