바이오 디젤 연료는 저 분자량의 알코올과 반응 식물유 또는 동물 지방 얻어지는 천연이다. 이 반응을 에스테르 교환 반응이라고합니다. 즉, 새로운 지방산 에스테르 (모노 알킬 에스테르라고도 함)는 원래의 트리글리세리드에서 형성됩니다.
다른 맥락에서 '트랜스 에스테르 화'라는 단어를 사용하는 대신에, 바이오 매스는 알코올로 처리되기 때문에 알코올 분해를 겪는다고합니다. 그중에서도 주로 메탄올과 에탄올이 있습니다. 이 바이오 연료를 생산하기 위해 메탄올을 사용하는 것은 매우 일반적이어서 그것과 거의 동의어입니다.
바이오 디젤 펌프 B5. 출처 : Pxhere.
바이오 디젤은 디젤 연료, 디젤 또는 석유 디젤의 사용을위한 친환경 대안입니다 (그 구성이 석유 탄화수소로 구성되어 있음을 더욱 강조). 그러나 디젤 엔진의 성능 측면에서 특성과 품질이 크게 다르지 않으므로 두 연료가 서로 다른 비율로 혼합됩니다.
이러한 블렌드 중 일부는 바이오 디젤이 더 풍부하거나 (예 : B100) 석유 디젤이 더 풍부 할 수 있습니다 (단지 5-20 % 바이오 디젤 포함). 이러한 방식으로 바이오 디젤이 시장에 출시됨에 따라 디젤 소비가 확산됩니다. 일련의 윤리적, 생산적, 경제적 문제를 먼저 극복하지 않고서는 안됩니다.
단순한 관점에서, 기계를 움직이기 위해 에너지를 생성하고 연소 할 수있는 액체로 기름을 얻을 수 있다면 천연 유는 어떨까요? 그러나 이것만으로는 충분하지 않습니다. 화석 연료와 경쟁하거나 따라 잡으려면 화학 처리를 받아야합니다.
이 처리가 수소로 수행 될 때 식물성 기름이나 동물성 지방의 정제를 말합니다. 산화 정도가 낮거나 분자가 조각난 것입니다. 반면 바이오 디젤에서는 수소 대신 알코올 (메탄올, 에탄올, 프로판올 등)이 사용됩니다.
역사
에스테르 교환 반응
바이오 연료가 직면하게 될 첫 번째 문제에 대한 답은 과거에 발견되었습니다. 1853 년에 두 명의 과학자 E. Duffy와 J. Patrick은 Rudolf Diesel이 첫 번째 엔진을 작동하기 훨씬 전에 식물성 기름의 첫 번째 에스테르 교환 반응을 달성했습니다.
이 에스테르 교환 과정에서 오일 및 / 또는 지방의 트리글리 세라이드는 알코올 (주로 메탄올 및 에탄올)과 반응하여 지방산의 메틸 및 에틸 에스테르를 생성하고, 이차 생성물 인 글리세롤을 생성합니다. KOH와 같은 염기성 촉매는 반응 속도를 높이는 데 사용됩니다.
지방의 에스테르 교환의 가장 중요한 점은 80 년 후 벨기에 과학자 G. Chavanne이 식물성 기름의 높고 비생산적인 점도를 낮추기 위해이 반응을 방향 전환한다는 것입니다.
루돌프 디젤과 그의 엔진
디젤 엔진은 이미 19 세기 말 증기 엔진의 한계에 대응하여 1890 년에 등장했습니다. 엔진에서 원하는 모든 것을한데 모았습니다 : 파워와 내구성. 또한 모든 유형의 연료와 함께 작동했습니다. 루돌프 자신과 프랑스 정부의 찬사를받으며 그는 식물성 기름으로 작업 할 수있었습니다.
중성 지방이 에너지 원이기 때문에 불에 태우면 기계적 작업을 생성 할 수있는 열과 에너지를 방출 할 것이라고 생각하는 것이 논리적이었습니다. 디젤은 농부들이 유전에서 매우 먼 곳에서 자신의 연료를 처리 할 수 있다고 환영하면서 이러한 오일의 직접 사용을 지원했습니다.
디젤 엔진의 첫 번째 기능 모델은 1893 년 8 월 10 일 독일 아우 구 스타에서 발표 된 성공을 거두었습니다. 루돌프 디젤은 식물성 기름이 화석 연료와 경쟁 할 수 있다고 확고히 믿었 기 때문에 엔진은 땅콩 기름으로 작동했습니다. 그러나 후속 처리없이 조잡한 방식으로 처리 된 것과 같습니다.
땅콩 기름으로 작동하는이 엔진은 1900 년 파리에서 열린 세계 박람회에서 발표되었습니다. 그러나 당시에는 석유가 훨씬 더 접근하기 쉽고 저렴한 연료 공급원 이었기 때문에 많은 관심을 끌지 못했습니다.
페트로 디젤
1913 년 디젤이 사망 한 후 석유 정제 과정에서 디젤 오일 (디젤 또는 석유 디젤)을 얻었습니다. 그래서 땅콩 기름 용으로 설계된 디젤 엔진 모델은 다른 식물성 기름이나 바이오 매스 기름보다 점성이 덜한이 새로운 연료와 함께 작동하도록 개조하고 재건해야했습니다.
이것이 석유 디젤이 수십 년 동안 가장 저렴한 대안으로 우세한 방식입니다. 기름을 모으기 위해 많은 헥타르의 식물성 덩어리를 심는 것은 실용적이지 않았고, 결국에는 너무 점성이있어서 엔진에 문제를 일으키고 가솔린으로 얻은 것과 같은 수확량과 같지 않았습니다.
이 화석 연료의 문제점은 대기 오염을 증가시키고 석유 활동의 경제 및 정치에 의존한다는 것입니다. 그것에 의지 할 수 없다는 점을 감안할 때, 어떤 상황에서는 식물성 기름이 무거운 차량과 기계를 동원하는 데 사용되었습니다.
제 2 차 세계 대전의 바이오 연료
제 2 차 세계 대전에서 분쟁의 결과로 석유가 부족하기 시작했을 때 여러 국가에서는 다시 식물성 기름으로 전환해야한다는 사실을 알게되었습니다. 그러나 그들은 그들의 디자인이 견딜 수없는 점도의 차이로 인해 수십만 대의 모터의 손상을 처리해야했습니다.
전쟁 후 국가들은 다시 한번 식물성 기름을 잊고 휘발유와 석유 디젤만을 태우는 관행을 재개했습니다.
바이오 디젤의 탄생
점도 문제는 1937 년 벨기에 과학자 G. Chavanne에 의해 소규모로 해결되었으며, 그는 에탄올 처리 된 팜유에서 지방산의 에틸 에스테르를 얻는 방법에 대한 특허를 받았습니다.
그러므로 바이오 디젤은 공식적으로 1937 년에 탄생했다고 말할 수 있습니다. 그러나 그 재배와 대량 생산은 오스트리아 농업 대학에서 1985 년까지 기다려야했습니다.
이러한 식물성 기름을 에스테르 교환 반응에 적용함으로써 점도 문제가 마침내 해결되어 석유 디젤의 성능과 일치하고 그 위에 녹색 대안을 나타냅니다.
속성
바이오 디젤의 특성은 생산 된 원료에 따라 전 세계적으로 달라집니다. 금색에서 짙은 갈색까지 다양한 색상을 가질 수 있으며, 이는 생산 과정에 따라 물리적 인 모양입니다.
일반적으로 윤활성이 좋은 연료로 엔진 소음을 줄이고 수명을 연장하며 유지 보수에 대한 투자가 적습니다.
발화점이 120ºC보다 높기 때문에 외부 온도가이 온도를 초과하지 않는 한 화재의 위험이 없습니다. 52ºC에서도 연소 할 수있는 디젤의 경우는 그렇지 않습니다 (불이 붙은 담배의 경우 매우 쉽게 얻을 수 있음).
벤젠 및 톨루엔과 같은 방향족 탄화수소가 부족하기 때문에 유출 또는 장기간 노출시 발암 위험을 나타내지 않습니다.
마찬가지로, 구성에 황이 없기 때문에 오염 가스 SO 2 또는 SO 3를 생성하지 않습니다 . 디젤과 혼합하면 천연 황 화합물보다 더 큰 윤활 특성을 제공합니다. 사실 황은 바람직하지 않은 원소이며 디젤이 탈황되면 바이오 디젤이나 기타 첨가제로 회수해야하는 윤활유를 잃게됩니다.
획득 및 생산
바이오 디젤은 에스테르 교환 된 식물성 기름이나 동물성 지방에서 얻습니다. 그러나 그들 중 어느 것이 원료를 구성해야합니까? 이상적으로는 작은 재배 지역에서 더 많은 양의 기름이나 지방을 생성하는 것입니다. 더 적절한 용어로 말하면 농지가 차지하는 헥타르의 수입니다.
좋은 바이오 디젤은 작은 밭에서 많은 양의 기름을 생산하는 작물 (곡물, 씨앗, 과일 등)에서 비롯되어야합니다. 그렇지 않으면 그들의 작물은 전체 국가를 덮을 필요가 있고 경제적으로 실행되지 않을 것입니다.
일단 바이오 매스가 수집되면 오일은 무한한 과정을 통해 추출되어야합니다. 예를 들어, 초 임계 유체를 사용하여 오일을 운반하고 용해하는 경우가 있습니다. 오일을 얻은 후에는 점도를 낮추기 위해 에스테르 교환을 실시합니다.
에스테르 교환은 초음파, 초 임계 유체, 기계적 교반 등에서 배치 반응기에서 오일과 메탄올 및 염기를 혼합하여 달성됩니다. 메탄올이 사용되면 지방산 메틸 에스테르 (FAME, 영어 약어 : 지방산 메틸 에스테르)가 얻어진다.
반면에 에탄올을 사용하면 지방산 에틸 에스테르 (FAEE)를 얻을 수 있습니다. 바이오 디젤을 특징 짓는 것은이 모든 에스테르와 산소 원자입니다.
메탄올과 글리세롤
메탄올은 주로 바이오 디젤 생산에 원료로 사용되는 알코올입니다. 반면에 글리세롤은 다른 산업 공정을 지원하는 데 사용할 수있는 부산물이므로 바이오 디젤 생산의 수익성을 높일 수 있습니다.
글리세롤은 3 개의 DMARD를 생성하기 위해 메탄올로 대체 된 원래의 트리글리 세라이드 분자에서 유래합니다.
바이오 디젤의 종류
다른 오일이나 지방은 자체 지방산 프로필을 가지고 있습니다. 따라서 각 바이오 디젤은 에스테르 교환의 결과로 다른 모노-알킬 에스테르를 가지고 있습니다. 그럼에도 불구하고 이러한 에스테르는 탄소 사슬의 길이가 거의 다르지 않기 때문에 생성 된 연료는 특성간에 큰 진동을 나타내지 않습니다.
따라서 바이오 디젤에 대한 분류는 없지만 생산을 위해 선택한 기름이나 지방의 공급원에 따라 효율성과 수익성이 다릅니다. 그러나 바이오 디젤-페트로 디젤 혼합물이 있습니다. 두 연료가 혼합 될 수 있고 서로 혼화되어 엔진에 유익한 특성을 제공하기 때문입니다.
순수 바이오 디젤은 B100이라고합니다. 이는 그 구성에서 석유 디젤 0 %와 같습니다. 그런 다음 다른 믹스가 있습니다.
-B20 (80 % 석유 디젤 포함).
-B5 (95 % 석유 디젤 포함).
-B2 (98 % 석유 디젤).
1996 년 이전에 제작 된 자동차는 솔벤트 작용으로 인해 성능이 저하 된 특정 부품을 교체하지 않고는 엔진에 B100을 사용할 수 없었습니다. 그러나 오늘날에도 공장 보증에 많은 농도의 바이오 디젤을 허용하지 않는 자동차 모델이 있으므로 B20보다 낮은 혼합물을 사용하는 것이 좋습니다.
이점
다음은 바이오 디젤이 석유 디젤에 비해 갖는 장점과 친환경적이고 매력적인 대안이되는 일련의 장점을 분석 한 것입니다.
-재생 가능하고 종종 폐기물로 손실되는 원료 인 바이오 매스에서 얻습니다.
-생분해 성 및 무독성입니다. 따라서 실수로 쏟아져도 토양이나 바다를 오염시키지 않습니다.
-인화점이 높아 보관 및 운반시 더욱 안전합니다.
- 이산화탄소 때문에 온실 가스를 생성하지 않습니다 이 출시 식물에 의해 흡수가 같은 양을 나타냅니다. 덕분에 교토 프로토콜도 준수합니다.
-식물성 기름을 추출한 작물 재배를위한 농촌 활동을 장려합니다.
-기름에 튀긴 기름으로도 만들 수 있습니다. 재활용 된 기름 (가정용 또는 식당에서 생산 된 기름을 폐기하고 지하수를 오염시키는 대신)을 사용하여 더 많은 녹색 연료를 생산할 수 있기 때문에이 점이 큰 도움이됩니다.
-석유 및 그 파생물로부터 장기적으로 독립하는 방법을 나타냅니다.
-연소시 잔여 물을 적게 남깁니다.
-세균성 조류는 대두와 해바라기 씨 외에도 식용 불가능한 (많은 사람들에게 바람직하지 않은) 바이오 디젤의 유망한 공급원입니다.
단점
이 연료로 모든 것이 완벽하지는 않습니다. 바이오 디젤은 또한 석유 디젤을 대체하려면 극복해야 할 한계가 있습니다. 이러한 제한 또는 사용상의 불편 함은 다음과 같습니다.
-응고 온도가 높기 때문에 저온에서는 겔이됩니다.
-용제 력은 1990 년 이전에 조립 된 자동차에 존재하는 천연 고무와 폴리 우레탄 폼을 파괴 할 수 있습니다.
-석유 디젤보다 비싸다.
-바이오 디젤 원료로 사용시 부가가치가 반영되어 농작물 및 식량 가격 상승
-바이오 매스에 따라 많은 헥타르의 재배가 필요할 수 있으며, 이는 이러한 목적에 맞지 않는 생태계를 가져와야하므로 야생 동물에 영향을 미칠 것입니다.
- 그것의 연소시 아황산 가스를 발생하지 않지만,이 질소 산화물의 높은 농도를 해제 않는다은 NO X .
-많은 양의 식품이 사용될 것이며, 기근을 채우는 대신 바이오 디젤 생산에 사용될 것입니다.
참고 문헌
- Wikipedia. (2019). 바이오 디젤. 출처 : en.wikipedia.org
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