• 제목/요약/키워드: Tropical Crop Oil

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황산을 이용한 열대작물 오일의 전처리 반응 최적화 및 바이오디젤 생산 (Optimization of Pre-treatment of Tropical Crop Oil by Sulfuric Acid and Bio-diesel Production)

  • 김덕근;최종두;박지연;이진석;박승빈;박순철
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제47권6호
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    • pp.762-767
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    • 2009
  • 해외 열대작물 씨앗에서 추출한 식물성 오일을 이용하여 바이오디젤을 생산하고 물성분석을 통해 차량연료로서의 사용가능성을 검토하는 연구를 수행하였다. 유리지방산 함량이 높은 열대작물 오일의 효율적인 바이오디젤 생산을 위해서는 유리지방산을 산촉매로 에스테르화한 후 전이에스테르화 반응하는 2단계 반응공정의 적용이 필요하였다. 전처리(에스테르화) 반응에 적합한 촉매를 선정하기 위해 3가지 산 촉매의 비교실험 수행 결과 황산이 최적 촉매임을 확인하였고, 반응표면분석법(response surface method, RSM)에 의해 도출한 최적 반응조건은 황산 촉매 0.982%와 메탄올 26.7%로 나타났다. 전이에스테르화 반응에 대한 최적화 실험을 반응표면분석법에 근거하여 수행하고, 결과로 KOH 촉매 1.24%, 메탄올 22.76%로 확인되었지만 본 연구팀의 선행 실험의 반응조건(KOH 0.8%)보다 과량의 촉매가 투입된 것으로 나타났다. 이에 대한 확인실험으로 메탄올과 촉매 투입량에 대한 추가 실험을 수행하였으며, 그 결과로서 최적 반응조건으로 KOH 촉매 0.8%와 메탄올:오일 몰비 6.2:1로 도출하였으며 반응생성물의 분석결과 지방산 메틸에스테르(fatty acid methyl ester, FAME) 100.8%, 산가 0.45 mgKOH/g, 수분 0.00%, 산화안정성 0.70 h, 총 글리세롤 함량 0.04%, Mono-glyceride 함량 0.04%, Di-glyceride 함량 0.01%, Tri-glyceride 함량 0.00%, 동점도($40^{\circ}C$에서) $4.041mm^2/s$, 저온필터막힘점 $1.0^{\circ}C$로 주요 바이오디젤 품질규격을 만족하는 것으로 나타났다.

Integrated Tree Crops-ruminants Systems in South East Asia: Advances in Productivity Enhancement and Environmental Sustainability

  • Devendra, C.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제24권5호
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    • pp.587-602
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    • 2011
  • Improved efficiency in the use of natural resources, pragmatic production systems and environmental sustainability, justified by the need for improved land use systems and increased productivity, are discussed in the context of Asian integrated systems, diversification, and issues of sustainability. The importance of these are reflected by serious inadequate animal protein production throughout Asia, where available supplies cannot match current and projected human requirements up to 2050. Among the ruminant production systems, integrated tree crops-ruminant production systems are grossly underestimated and merit emphasis and expansion. As an example, integrated oil palm- based system is an important pathway for integration with ruminants (buffaloes, cattle, goats and sheep), and provides the entry point for development. The importance and benefits of integrated systems are discussed, involving animals with annual and perennial tree crops, integration with aquaculture, the significance of crop-animal interactions, stratification of the systems, production options, improved use of forages and legumes, potential for enhanced productivity, implications for improved livelihoods of the rural poor and the stability of farm households. The advances in research and development in South East Asia highlight demonstrable increased productivity from animals and meat offtakes, value addition to the oil palm crop, sustainable development, and distinct economic impacts. The results from 12 out of a total of 24 case studies concerning oil palm over the past three decades showed increased yield of 0.49-3.52 mt of fresh fruit bunches (FFB)/ha/yr; increased income by about 30%; savings in weeding costs by 47- 60% equivalent to 21-62 RM/ha/yr; and an internal rate of return of 19% based on actual field data. The results provide important socio-economic benefits for resource-poor small farmers. Potential increased offtakes and additional income exist with the integration of goats. Additionally, the potential for carbon sequestration with tree crops is an advantage. The reasons for low adoption of the syatems are poor awareness of the potential of integrated systems, resistance by the crop- oriented plantation sector, and inadequate technology application. Promoting wider expansion and adoption of the systems in the future is linked directly with coherent policy, institutional commitment, increased investments, private sector involvement, and a stimulus package of incentives.

Influence of Moisture Content and Seed Dimensions on Mechanical Oil Expression from African Oil Bean (Pentaclethra macrophylla Benth) Seed

  • Aremu, Ademola K.;Ogunlade, Clement A.
    • Journal of Biosystems Engineering
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    • 제41권3호
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    • pp.193-200
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    • 2016
  • Purpose: New low-cost oilseeds are needed to meet an ever-increasing demand for oil for food, pharmaceutical, and industrial applications. African oil bean seed is a tropical crop that is underutilized and has high oil yields, but there have been no studies conducted on its mechanical oil expression up to now. The objective of this work was to investigate the effect of moisture content and seed dimensions on mechanical oil expression from the seeds. Methods: Fresh oil bean seeds were procured, de-hulled, and cleaned. Initial seed moisture content, obtained in accordance with the ASAE standard, was 12% dry basis (db). The seeds were further conditioned by dehydration and rehydration prior to oil expression to obtain four other moisture levels of 8, 10, 14, and 16% db. The major diameter of the seeds was measured using digital vernier calipers, and the seeds were classified into size dimensions (< 40, 41-45, 46-50, 51-55, and > 55 mm). The oil yield and expression efficiency were obtained in accordance with standard evaluation methods. Results: The highest oil yield and expression efficiency (47.74% and 78.96%, respectively) were obtained for a moisture content of 8% db and seed dimensions of < 40 mm, while the lowest oil yield and expression efficiency (41.35% and 68.28%, respectively) were obtained for a moisture content of 14% db and seed dimensions between 51-55 mm. A mathematical model was developed to predict oil yield for known moisture content and seed dimensions, with a coefficient of determination $R^2$ of 95% and the confidence level of the predictive model of 84.17%. The probability of prediction F ratio showed that moisture content influence was more significant than seed dimensions. Conclusions: The higher the moisture content and larger the seed dimensions, the lower the oil yield from African oil bean seeds.

인도네시아 열대작물 오일의 Amberlyst-15 촉매 에스테르화 반응 및 바이오디젤 물성 분석 (Esterification of Indonesia Tropical Crop Oil by Amberlyst-15 and Property Analysis of Biodiesel)

  • 이경호;;이준표;이진석;김덕근
    • 한국응용과학기술학회지
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    • 제36권1호
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    • pp.324-332
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    • 2019
  • 한국과 인도네시아를 포함한 대부분의 국가는 온실가스 감축을 위해 바이오디젤 같은 바이오연료 보급에 대한 강력한 정책을 추진하고 있다. 하지만, 바이오디젤 보급 확대를 위해서는 원료 부족 문제를 먼저 해결해야 한다. 본 연구에서는 원료 공급 안정성을 개선하고 바이오디젤 생산 가격을 낮추기 위해 비식용이면서 동시에 단위면적당 생산성이 높은 인도네시아 열대작물(R. Trisperma) 오일의 바이오디젤 생산 가능성을 조사하였다. 수확기간이 다른 두 종류의 오일은 많은 불순물과 높은 유리지방산 함량을 가지고 있어 효율적인 바이오디젤 생산을 위해, 에스테르화 반응과 전이에스테르화 반응을 실시하였다. 오일은 반응을 진행하기 앞서 여과와 수분제거 과정을 통해 반응의 효율을 높이고자 하였다. 에스테르화 반응은 불균질계 산 촉매인 Amberlyst-15를 사용하였으며, 반응 전 오일들의 산가는 각각 41, 17 mg KOH / g이었으나, 에스테르화 반응 후 3.7, 1.8 mg KOH/g으로 약 90% 이상의 전환율을 보이며 유리지방산 함량을 2%이하로 감소시켰다. 이후 전이에스테르화 반응은 KOH를 염기 촉매로 사용하여 바이오디젤 합성 실험을 진행하였다. 생성된 바이오디젤은 약 93%의 FAME 함량을 나타냈으며, 총 글리세롤의 함량은 0.43%으로 제품 규격(FAME 96.5%, 총 글리세롤 0.24%)에는 미달되었다. 이는 지방산 조성 분석 결과 일반적으로 관찰되지 않는 특이 지방산인 ${\alpha}$-Eleostearic acid가 10.7~33.4% 포함되어 나타나는 특성으로 판단되며, 추가 반응 최적화 및 분리정제 연구 진행으로 연료품질 규격 달성이 필요한 것으로 나타났다. 기존에 활용되지 못하던 비식용 원료로부터 바이오디젤 생산 기술을 확보할 경우 바이오디젤 보급 확대를 위한 안정적 원료 공급에 기여할 것으로 판단된다.

열대작물 오일로부터 바이오디젤 생산을 위한 전처리 공정 연구 (Study on Pre-treatment of Tropical Crop Oil for Bio-diesel Production)

  • 김덕근;박지연;이준표;박순철;이진석
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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    • pp.249.2-249.2
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    • 2010
  • 최근의 고유가와 환경오염에 대한 대응 수단으로 수송용 바이오연료의 보급에 대한 관심이 세계적으로 높아지고 있다. 이 중 바이오디젤은 동식물성 기름으로부터 메탄올과의 전이에스테르화 반응에 의해 생산되는 경유대체 연료로서 환경 친화성과 지속가능성이 인정됨에 따라 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 바이오디젤의 생산량이 증가함에 따라 대두유, 유채유, 팜유 등의 원료유 가격 상승 및 수급 불안정 문제가 대두되고 있으며 식량자원과의 충돌 문제도 발생되고 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 유리지방산 함량이 높은 저가유지 자원(폐식용유, 폐돈지, 폐우지, soapstock, trapped grease)을 이용한 공정 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 비활용되고 있는 해외 열대작물 열매씨앗에서 착유한 식물성 오일의 바이오디젤 원료유로서의 사용 가능성을 검토하였다. 열대작물 오일의 물성 분석 결과 고형물, 수분, 인, 유리지방산 함량이 대두원유보다 매우 높게 나타났다. 오일 중의 인지질은 바이오디젤 제조 반응후 에스테르와 글리세린의 층분리를 방해하여 공정 효율을 감소시키고 유리지방산은 염기촉매와 결합하여 지방산염을 생성해 생산수율을 감소시키는 문제를 일으킨다. 고형물과 수분은 여과와 감압증발에 의해 쉽게 제거가 가능하였다. 15~20%의 유리지방산 함유 열대작물 오일의 전처리를 위해 균질계 산촉매와 비균질 고체 산촉매를 이용해 에스테르화 반응 효율을 조사한 결과 황산이 가장 높은 효율을 보였다. 반응표면분석법(Response Surface Method, RSM)을 적용해 메탄올과 촉매량의 2변수 에스테르화반응 최적화를 수행한 결과 메탄올 26%, 촉매 0.98%로 최적 조건이 도출되었으며 초기 산가 33mgKOH/g에서 0.98mgKOH/g으로 감소됨을 확인하였다. 전처리 정제한 오일의 물성분석 결과 고형물 0.1%, 수분 0.10%, 산가 1.0mgKOH/g, 인함량 20ppm 이하로 바람직한 원료유가 생산됨을 알 수 있었다. 제조된 원료유를 이용해 전이에스테르화 반응 최적화 실험을 RSM에 근거하여 진행한 결과 KOH 0.8%, 메탄올:오일 몰비 6.2:1, 반응온도 $60^{\circ}C$, 교반속도 200rpm, 반응시간 30분으로 나타났으며 증류 정제전 97.3%, 증류후 100.0%의 바이오디젤을 생산 할 수 있었다. 열대작물 오일의 전처리 공정은 메탄올을 과잉양으로 사용함으로 효과적인 알콜 회수 공정이 중요하다. 전처리 후 층분리를 통해 회수되는 메탄올 중의 수분함량은 2%~7%로서 이를 전처리 반응에 재사용하기 위해서는 0.3%이하의 수분함량으로 정제가 필요하다. 본 연구에서는 고가의 증류탑 형태가 아닌 단증류방식으로 2단계 내지 3단계로 0.3% 수분의 메탄올 회수 조건을 도출하였으며 파일롯 공정 설계를 진행하고 있다. 이로서 본 연구의 열대작물 오일은 저가로 충분한 물량의 확보가 가능하다면 바이오디젤 원료 자원으로서 큰 활용가치가 있는 것으로 판단된다.

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참깨 품질 개량에 관한 연구 제1보 참깨 유질평가와 지방산조성의 품질간 차이 (Breeding of Sesame (Sesamum indicum L.) for Oil Quality Improvement 1. Study on the evaluation of oil quality and the differences of fatty acid composition between varieties in sesame)

  • 이정일;강철환
    • 한국작물학회지
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    • 제25권1호
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    • pp.54-65
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    • 1980
  • 참깨의 유질을 개량하기 위한 기초연구로 참깨유구성지방산 종류별 함량의 품종간 차리와 조성의 특성을 밝히고자 시험을 하였는 바 기 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 불포화지방산인 Olieic acid는 평균 39% 함유 되어 있으며 최저함량은 32.6%에서 최고함량은47.3%까지 14.7%의 변이복을 가지적 주지방산인 Linoleic acid의 함량은 평균적으로 45.8%이며 최w저 31.1%에서 최고 54.9%까지 무려 23.8%의 품종간 차를 보였다. 2. 포화지방산인 Palmitic acid와 Stearic acid의 함량에서는 Palmitic acid의 평균함량은 9.5% 최저 4.6%, 최고 18%로서 13.4%의 품종간 차이가 있으며 Stearic acid 평균함량 4.8%, 최저 1%에서 최고 9%까지 8%의 품종간 변이를 보였다. 3. 품종 유래에 따른 지방산 조성 차이를 보면 한국품종과 미국품종들이 Palmitic, Stearic acid 함량이 가장 낮고 필수지방산인 Linoleic acid 함량이 가장 높았는데 특히 한국품종은 가장 양질유 품종들이었다. 대체로 재배기간의 온도가 높을수록 포화 지방산 함량이 높은 경향이었다. 4. 특히 한국재래종은 불포화양질유지방산 함량이 세계적으로 가장 높았으며 재래종인 만성종은 Linoleic acid 함량이 54.9%이며 Oleic + Linoleic acid 함량이 92%에 이르러 참깨 지방산 개량육종에 중요한 유전자원이라 할 수 있다. 5. 참깨 종피색별 지방산조성 차이에서는 양질지방산인 Linoleic acid 함량과 Oleic acid함량이 가장 높았던 것은 황색 종피종(47.5%)이었으며 그다음이 갈색 종피종이었다. 6. 지방산 조성의 숙기별 차를 보면 포화지방산에서는 숙기별 차이가 거의 없으나 불포화지방산중 Oleic acid는 조숙에서 만숙으로 갈수록 함량이 감소하는데 반해서 Linoleic acid는 만숙일수록 함량이 증가하는 경향이었다. 특히 조숙종에서는 Oleic acid 함량이 Linoleic acid 함량보다 약간 더 높아서 중ㆍ만숙종과 조성 패턴이 다름을 보여 주었다. 7 착과습성에 따른 지방산조성 차이에서는 1과성은 포화지방산이 높고 3과성은 불포화지방산중 Linoleic acid 함량이 1과성보다 월등히 높았으나 Oleic acid 함량은 1과성보다 약관 낮은 편이었다. 8. 실방수 차이에서는 3과성 2실4수이 불포화지방산이 가장 높았고 포화지방산에서는 1과성 2실4수이 가장 높았다. 4실8수에서는 일정한 영향이 보이지 않았다. 9. 지방산 간의 상관관계를 보면 불포화지방산과 포화지방산 간에는 r =-0.955**의 높은 부의 상관을 보여 지방산 개량육종의 전망을 밝게 해주며 O1eic과 Linoleic acid간에도 에우 높은 부상관을 나타내고 있어 필수지방산 함량을 높이는 개량 육종도 가능하다.

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Rainfed Areas and Animal Agriculture in Asia: The Wanting Agenda for Transforming Productivity Growth and Rural Poverty

  • Devendra, C.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제25권1호
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    • pp.122-142
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    • 2012
  • The importance of rainfed areas and animal agriculture on productivity enhancement and food security for economic rural growth in Asia is discussed in the context of opportunities for increasing potential contribution from them. The extent of the rainfed area of about 223 million hectares and the biophysical attributes are described. They have been variously referred to inter alia as fragile, marginal, dry, waste, problem, threatened, range, less favoured, low potential lands, forests and woodlands, including lowlands and uplands. Of these, the terms less favoured areas (LFAs), and low or high potential are quite widely used. The LFAs are characterised by four key features: i) very variable biophysical elements, notably poor soil quality, rainfall, length of growing season and dry periods, ii) extreme poverty and very poor people who continuously face hunger and vulnerability, iii) presence of large populations of ruminant animals (buffaloes, cattle, goats and sheep), and iv) have had minimum development attention and an unfinished wanting agenda. The rainfed humid/sub-humid areas found mainly in South East Asia (99 million ha), and arid/semi-arid tropical systems found in South Asia (116 million ha) are priority agro-ecological zones (AEZs). In India for example, the ecosystem occupies 68% of the total cultivated area and supports 40% of the human and 65% of the livestock populations. The area also produces 4% of food requirements. The biophysical and typical household characteristics, agricultural diversification, patterns of mixed farming and cropping systems are also described. Concerning animals, their role and economic importance, relevance of ownership, nomadic movements, and more importantly their potential value as the entry point for the development of LFAs is discussed. Two examples of demonstrated success concern increasing buffalo production for milk and their expanded use in semi-arid AEZs in India, and the integration of cattle and goats with oil palm in Malaysia. Revitalised development of the LFAs is justified by the demand for agricultural land to meet human needs e.g. housing, recreation and industrialisation; use of arable land to expand crop production to ceiling levels; increasing and very high animal densities; increased urbanisation and pressure on the use of available land; growing environmental concerns of very intensive crop production e.g. acidification and salinisation with rice cultivation; and human health risks due to expanding peri-urban poultry and pig production. The strategies for promoting productivity growth will require concerted R and D on improved use of LFAs, application of systems perspectives for technology delivery, increased investments, a policy framework and improved farmer-researcher-extension linkages. These challenges and their resolution in rainfed areas can forcefully impact on increased productivity, improved livelihoods and human welfare, and environmental sustainability in the future.

Feed Resources for Animals in Asia: Issues, Strategies for Use, Intensification and Integration for Increased Productivity

  • Devendra, C.;Leng, R.A.
    • Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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    • 제24권3호
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    • pp.303-321
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    • 2011
  • The availability and efficient use of the feed resources in Asia are the primary drivers of performance to maximise productivity from animals. Feed security is fundamental to the management, extent of use, conservation and intensification for productivity enhancement. The awesome reality is that current supplies of animal proteins are inadequate to meet human requirements in the face of rapidly depleting resources: arable land, water, fossil fuels, nitrogenous and other fertilisers, and decreased supplies of cereal grains. The contribution of the ruminant sector lags well behind that of non-ruminant pigs and poultry. It is compelling therefore to shift priority for the development of ruminants (buffaloes, cattle, goats and sheep) in key agro-ecological zones (AEZs), making intensive use of the available biomass from the forage resources, crop residues, agro-industrial by-products (AIBP) and other non-conventional feed resources (NCFR). Definitions are given of successful and failed projects on feed resource use. These were used to analyse 12 case studies, which indicated the value of strong participatory efforts with farmers, empowerment, and the benefits from animals of productivity-enhancing technologies and integrated natural resource management (NRM). However, wider replication and scaling up were inadequate in project formulation, including systems methodologies that promoted technology adoption. There was overwhelming emphasis on component technology applications that were duplicated across countries, often wasteful, the results and relevance of which were not clear. Technology delivery via the traditional model of research-extension linkage was also inadequate, and needs to be expanded to participatory research-extension-farmer linkages to accelerate diffusion of technologies, wider adoption and impacts. Other major limitations concerned with feed resource use are failure to view this issue from a farming systems perspective, strong disciplinary bias, and poor links to real farm situations. It is suggested that improved efficiency in feed resource use and increased productivity from animals in the future needs to be cognisant of nine strategies. These include priorities for feed resource use; promoting intensive use of crop residues; intensification of integrated ruminant-oil palm systems and use of oil palm by-products; priority for urgent, wider technology application, adoption and scaling up; rigorous application of systems methodologies; development of adaptation and mitigation options for the effects of climate change on feed resources; strengthening research-extension-farmer linkages; development of year round feeding systems; and striving for sustainability of integrated farming systems. These strategies together form the challenges for the future.

바이오디젤 원료유 생산 부산물을 이용한 유화유 제조 연구 (Study on Manufacturing Emulsion Oil Using Biodiesel Feedstock Oil Production By-product)

  • 김덕근;전상구;윤상준;박순철
    • 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.

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Integrated Eco-Engineering Design for Sustainable Management of Fecal Sludge and Domestic Wastewater

  • Koottatep, Thammarat;Polprasert, Chongrak;Laugesen, Carsten H.
    • 한국습지학회지
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    • 제9권1호
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    • pp.69-78
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    • 2007
  • Constructed wetlands and other aquatic systems have been successfully used for waste and wastewater treatment in either temperate or tropical regions. To treat waste or wastewater in a sustainable manner, the integrated eco-engineering designs are explained in this paper with 2 case studies: (i) a combination of vertical-flow constructed wetland (CW) with plant irrigation systemfor fecal sludge management and (ii) integrated CW units with landscaping at full-scale application for domestic wastewater treatment. The pilot-scale study of fecal sludge management employed 3 vertical-flow CW units, each with a dimension of $5{\times}5{\times}0.65m$ (width ${\times}$ length ${\times}$ media depth) and planted with cattails (Typha augustifolia). At the solid loading rate of 250 kg total solids (TS)/$m^2.yr$ and a 6-day percolate impoundment, the CW system could achieve chemical oxygen demand (COD), TS and total Kjeldahl nitrogen (TKN) removal efficiencies in the range of 80 - 96%. The accumulated sludge layers of about 80 - 90 cm was found at the CW bed surface after operating the CW units for 7 years, but no clogging problem has been observed. The CW percolate was applied to 16 irrigation Sunflower plant (Helianthus annuus) plots, each with a dimension of $4.5{\times}4.5m$ ($width{\times}length$). In the study, the CW percolate were fed to the treatment plots at the application rate of 7.5 mm/day but the percolate was mixed with tap water at different ratio of 20%, 80% and 100%. Based on a 1-year data of 3-crop plantation were experimented, the contents of Zn, Mn and Cu in soil of the experimental plots were found to increase with increasing in CW percolate ratios. The highest plant biomass yield and oil content of 1,000 kg/ha and 35%, respectively, were obtained from the plots fed with 20% or 50% of the CW percolate, whereas no accumulation of heavy metals in the plant tissues (i.e. leaves, stems and flowers) of the sunflower is found. In addition to the pilot-scale and field experiments, a case study of the integrated CW systems for wastewater treatment at Phi Phi Island (a Tsunami-hit area), Krabi province, Thailand is illustrated. The $5,200-m^2$ CW systems on Phi Phi Island are not only for treatment of $400m^3/day$ wastewater from hotels, households or other domestic activities, but also incorporating public consultation in the design processes, resulting in introducing the aesthetic landscaping as well as reusing of the treated effluent for irrigating green areas on the Island.

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