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초음파 및 극초단파 기법을 이용한 바이오디젤 제조방법과 장치

전문가 제언: ○ 최근 석유 및 천연가스 가용매장량의 고갈에 대한 우려와 함께 신흥경제국가의 성장, 환경문제 등 여러 가지 요인에 의해 에너지 및 연료의 시장가격이 급격하게 상승함에 따라 화석연료를 바이오매스 기반연료로 대체하기 위한 구조적 개편이 한층 요구되고 있다. 바이오연료는 새로운 착상은 아니다. Rudolf Diesel이 디젤엔진을 개발했을 때 이미 연료로 땅콩기름이 사용되었지만 그 당시에는 현재와는 달리 비용효과적인 면에서 관심을 끌지 못했다.

○ 최근 바이오디젤은 수송용이나 산업용으로 이용되는 석유디젤을 직접적으로 대체할 수 있는 바이오연료로 제조공정 개선을 위한 연구가 집중되고 있다. 현재 바이오디젤의 공업적인 생산방법은 염기촉매를 이용한 동식물성 기름과 저급 알킬알코올과의 에스테르화반응 및 에스테르교환반응에 의한 지방산 알킬에스테르의 합성방법이 주류이다. 그러나 이들 방법은 염기 촉매가 유리지방산, 물과의 상호작용에 의해 비누화 물질을 생성하기 때문에 복잡한 부수적인 공정이 필요한 것이 문제로 이러한 과제를 해결할 수 있는 획기적인 제조공정의 개발이 요구된다.

○ 이 발명(WO 2009/003109 A1)은 바이오디젤 연료의 합성방법과 관련하여 초음파 및 극초단파 에너지를 응용, 캐비테이션에 의한 고온?고압의 순간적인 제자리(in-situ) 반응장을 형성하여줌으로써 화학반응의 상승효과에 의한 화학반응속도의 증진과 함께 반응시간을 단축할 수 있는 제조공정과 장치를 제공하고 있다. 극초단파와 초음파 에너지를 적용함으로써 촉매 사용량의 축소 또는 촉매를 사용하지 않고 반응속도의 촉진에 의한 상대적으로 낮은 반응온도와 대기압 조건에서 공정가동이 가능하다는 이점을 가진다.

○ 우리나라의 경우 쌀겨와 폐식용유, 대두유 등을 원료로 바이오디젤을 생산하여 2004년부터 2년간의 시범사업을 통해 2006년 7월부터 바이오디젤의 상용화가 일부 시작됐다. 바이오디젤의 대부분은 산 및 염기 촉매를 이용한 1단계 또는 2단계의 에스테르 교환반응 공정에 의해 합성되지만 전환율 및 생산효율의 향상은 물론 저장안정성, 인화점 등 물리적 특성을 높이기 위한 제조공정의 개발이 필요하다.

저자: The Penn State Research Foundation
자료유형: 특허정보