초임계 메탄올을 이용한 폐 대두유 바이오디젤 제조

Abstract

본 연구에서는 전처리 없는 one-step 초임계 메탄올 공정의 가능성을 실증하기 위하여 초임계 메탄올 하에서 폐 대두유의 전이에스터화 반응에 관한 기초 연구를 진행하였다. 실험은 반응온도 320-350℃, 압력 10-35MPa, 반응시간 0-15min, 몰 비 15:1-60:1(methanol : oil), 교반속도를 0-1000rpm 까지 변화시켜가며 비활성 분위기인 닫힌계에서 수행하였다. 반응 후의 액상을 회전식 증발기를 통하여 잔류메탄올을 증발시키고 층 분리 후 상층을 GC(Gas chromatography)로 정성 및 정량분석 하였다. 초임계메탄올 하에서 정제 대두유를 이용한 바이오디젤 제조 시 평형에서의 FAMEs(Fatty acid methyl esters) 함량은 약 93%였다. 압력에 대한 영향은 거의 없었으며, 몰 비는 증가할수록 높은 FAMEs 함량을 보였으며 45:1 이상에서는 함량이 더 이상 증가하지 않았다. 교반속도에 대해서는 250rpm 이상에서는 영향을 받지 않았다. 폐 대두유 바이오디젤 제조에 앞서 폐 대두유의 산가와 수분 함량이 측정되었으며, 앞 실험에서 평형 값을 갖던 반응 조건 (335℃, 10분, 20MPa, 45:1, 500rpm)으로 고정한 후 전이에스터화하였다. 초임계 메탄올 하에서 정제 대두유로부터 제조된 바이오디젤은 FAMEs 함량 93%를 보였으나, 폐 대두유로부터 제조된 바이오디젤은 FAMEs 함량이 그에 비해 낮고 다양하게 나타났고, 폐 대두유의 산가가 높을수록 이를 원료로 한 바이오디젤의 FAMEs의 함량이 낮음을 확인할 수 있었다. 이는 유지가 고온에서 가열받을 때 산폐를 통해 생성된 aldehyde, ketone, alcohol 등의 다양한 카르보닐 화합물과 또한 같은 조건에서 중합을 통해 생성된 이중체, 삼중체로 예상되는 고분자 물질들로 인한 것으로 사료된다. 폐 대두유로부터 제조된 바이오디젤은 기존의 촉매 공정과 같이 증류 조작을 통해 바이오디젤 표준 규격을 만족시켰다. One-step 초임계 메탄올 공정은 기존의 촉매 공정과 비교하여 반응 시간이 짧고 및 원료유지의 전처리 공정, 촉매를 회수하기 위한 수세 과정이 필요 없는 훨씬 간단하고 친환경적인 공정임을 확인할 수 있었다.