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촉매 사용 에스테르교환반응에 의한 바이오디젤의 생산

전문가 제언: ○ 바이오디젤은 지방산 알킬에스테르류 화학구조를 가진 청정 연소 디젤연료이다. 바이오디젤 생산방법 중에서 식물유와 동물성지방의 알칼리촉매 에스테르교환 프로세스가 현재 가장 일반적으로 채용되는 방법이다. 에스테르교환은 기본적으로 연속 반응이다.

○ 원료(오일 또는 지방)에 유리지방산이나 물이 높은 비율로 포함되면, 알칼리촉매는 유리지방산과 반응하여 비누를 형성하며, 물은 트리글리세리드를 디글리세리드로 가수분해하여 더 많은 유리지방산을 형성한다. 이들은 바람직하지 않은 반응으로 바이오디젤 제품의 수율을 떨어뜨린다. 따라서 원재료를 정제한 후에, 산성 원료는 비누화반응을 억제하기 위한 전처리가 필요하다.

○ 유리지방산을 줄이는 방법에는, 산성 촉매 존재 하에 메탄올에 의한 유리지방산의 에스테르화, 촉매로서 요오드를 사용하는 경우 및 염화아연 등의 촉매와 함께 산성 원료에 글리세롤을 더하고 고온으로 가열하는 방법이 있다. 첫 방법은 분리, 부식, 독성 등의 환경문제를 배제할 수 있으나 반응이 느리다는 문제가 있으며, 마지막 방법은 알코올이 필요하지 않고 반응에서 생성된 물이 곧바로 증발된다는 장점이 있다.

○ 국내 바이오디젤 시장은 정부의 ‘바이오디젤 중장기 보급계획’에 따라 경유에 혼합되는 바이오디젤 비율이 2010년부터 1.5%에서 2.0%로 상향조정되고, 바이오디젤 경유에는 유류세를 2010년까지 면제하고 있다. 이에 따라 국내시장 규모는 확대되고 있으며 일부업체(SK 케미컬)는 수출도 검토하고 있다.

○ 현재 국내에서 생산되는 바이오디젤은 경유와 대비하여 경제성이 낮아 유류세 면세 등으로 보조가 필요하고 충분한 국산원료 확보가 어렵다는 점 등 여러 과제들이 있어, 고품질의 저가제품 생산을 위한 기술력과 원료 확보대책이 요망되고 있다. 본고는 산업체에서 채용된 다양한 원료유의 유리지방산 감소방법과 조 바이오디젤의 정제방법을 개설한 것으로 이 분야 연구에 유용한 자료를 제시하고 있다.

저자: Dennis Y.C. Leung, Xuan Wu, M.K.H. Leung
자료유형: 학술정보